1、开题报告一、个人信息学号： 姓名： 毕业院校：性别：男 学院：自动化 专业名称：自动化民族：汉 政治面貌： 出生日期：二、题目信息题目编号： 题目：PLC 控制伺服电机变频调速控制系统设计指导教师： 题目类型：理论研究类 题目来源：国家级项目面向专业：自动化 研究方向：三、主要学习工作经历：四、选题依据选题背景与意义： 通过 PLC 控制伺服电机能够获得精准的定位，同时也有的通过步进电机来获取定位，步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，是一种控制用的特种电机，利用其没有累积误差的特点，广泛应用开环控制。但是，想必伺服电机的闭环控制，控制精度不够。伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程，
2、电气伺服系统根据所驱动电机类型分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统，交流伺服系统按其采用的驱动电机类型分为永磁同步（SM 型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM 型）电动机交流伺服系统。由于直流伺服电动机存在机械结构复杂，维修工作量大包括电刷、换向器等则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。随着微处理技术、大功率电力电子技术的成熟和电机永磁材料的发展和成本降低，交流伺服系统得到长足发展并将逐步取代直流伺服系统。随着电机理论、永磁材料、电力电子技术、控制理论和计算机技术的惊人发展。交流伺服系统的研究和应用，自 20 世纪 20 年代末以来，取得了举世瞩目的进展，已具备有宽调速范围，高稳速精
3、度、快动态响应及四象限运行等良好的技术性能，其动、静态特性已完全可以与直流伺服系统相媲美。多年来，“交流取代直流伺服”这一愿望正逐渐变为现实，并不断有新的研究成果和新产品出现。近十年来，国内外日益完善的永磁交流伺服系统不断涌现，性能指标不断提高，应用范围不断大。纵观日前国内市场现状，国外知名品牌的永磁交流伺服系统占据了国内绝大多数中高端应用领域，而国内成熟产品主要应用在中低端设备领域中，如简易数控机床、服装加工机械、包装机械等等、究其原因是国外知名品牌的产品具有较明显的技术优势。总之，伺服系统正朝着交流化、全数字化、采用新型电力电子半导体器件、高度密集化、智能化、模块化和网络化的方向发展。选题
4、的意义：（1）采用 PLC 的伺服控制是运动控制的一种方式，特别是在精确定位控制中大量应用。本课题结合实际应用，对 PLC 及伺服系统进行深入学习。（2）通过本题进一步对 PLC、触摸屏以及伺服系统接口设计的学习，加强理论知识在实践中的应用。文献综述：近年来，随着科学技术不断发展，伺服技术不断成熟，它被更多的应用到智能控制、自动控制领域，成为现代装备、自动化设备等不可缺少的一项重要技术。相比较一般变频调速电机而言，伺服电机不但能够实现精准的速度控制，而且能够实现精准的角度（位置）控制，具有较强的动态特点。而 PLC 以其技术成熟、性能稳定等优势，应用于伺服电机控制系统中，能够提高其整体性能。P
5、LC，是指一种可编程的控制器，通过执行内部预存的程序实现用户指令的逻辑运算及顺序控制，并通过数字或者模拟等形式实现机械动作。PLC 主要由电源、中央处理单元及通讯模块等方面构成。其中 CPU 作为 PLC 的核心，起着神经中枢的重要作用。当 PLC 运行过程中，首先以扫描的方式接收设备的状态及数据，并从程序存储器中读取、分析用户指令，然后执行逻辑或者运算，发挥相应的控制功能。PLC 使用操作较为简单、应用范围较广，且具有较强的抗干扰能力，将其应用于伺服电机控制中，能够显著增强系统整体性能。可编程程序控制器如今已广泛运用于电器控制中。可编程程序控制器除了可以按事先编好的程序进行不同的逻辑控制,还
6、具有自动诊断、随意编程、体积小、通用性好、可靠性高等特点。所以,可编程程序控制器正在逐步取代继电器-接触器控制系统。对于一般简单的机电一体化控制系统,常常采用廉价的步进电机,其控制精度已经足够;对于要求控制精度高,并且速度、负载变化大的场合,则应该采用交流伺服电机,又因其使用方便,所以常常取代了直流伺服电机. 交流伺服电机必须与驱动器配套使用才能够正常工作,伺服驱动器为伺服电动机提供动力及相应的控制信号,并且根据电动机尾部的光栅传感器检测到的电机速度或位置信号,实时调整电机动作,使其与设计人员既定的使用要求相匹配。伺服电机是一种将数字脉冲信号转换为机械角位移或者角速度的元件。在控制过程中，通过
7、执行元件，仅需要输入脉冲顺序等信号，即可以调整设备旋转的方向、速度、位移等，这也成为它与其他电机存在差别的主要原因。交流伺服电动机的驱动器常见的种控制模式有:位置控制、速度控制和转矩控制. 位置控制是通过上位机提供给伺服驱动器的脉冲控制信号来控制伺服电机动作的,而速度控制和转矩控制则是通过上位机提供的模拟量控制信号去控制伺服电机的。交流伺服电机额定电压为常用的市电 220 V,功率在交流伺服电机中属于小功率型,体积较小;驱动器则是与交流伺服电机同一生产厂家的、功率相匹配的驱动器. 这里驱动器的控制模式选用位置控制,为一种常见的、易用的、成本较低的驱动器控制模式,一都能够满足实际机电一体化系统的
8、控制需要. 选用的设备既能达到让学生学会典型交流伺服系统的目的,而且使用方便、价格适中。速度控制的目的就是要让伺服电机根据控制要求最快速的进行动作响应。速度控制是一个反馈控制系统，组成速度控制回路，即速度环。Srv- on 口，接 PLC 输出继电器控制，控制伺服驱动器启动、停止。Zerospd口是伺服驱动器本身的启动、停止控制端。Spr/trqr 口，接 PLC 模拟量输出，对伺服电机的速度进行控制。以完成速度控制要求。PLC 在伺服电机控制中的应用，能够提高定位控制系统性能、且降低结构复杂性。技术不断发展，PLC 在伺服电机中的应用将成为必然趋势。因此相关人员还应加强对技术的研究力度，不断
9、提高电机控制能力，实现对整个生产全过程的控制，从而促进相关领域可持续发展。主要参考文献：1韩焱青. PLC 控制的变频调速定位伺服系统J. 自动化应用,2010,(11):50-52+55.2卢建飞,张文辉,陈荣昌. 基于 S7-200PLC 的伺服电机调速系统控制方法J. 自动化应用,2014,(10):36-38.3苗涛,曹云东. 利用 PLC 模拟量控制伺服电机转速J. 科技信息(科学教研),2008,(07):82+104.4陈英俊,黄崇林. 交流伺服电机的 PLC 控制综合性实验开发与设计J. 实验技术与管理,2017,(02):147-150.5陶可瑞,朱连庆. PLC 控制伺服电
10、机应用设计J. 中国高新技术企业,2009,(13):13-14.6王家乐. PLC 控制伺服电机的应用设计探讨J. 山东工业技术,2016,(03):163.7闫娓,陈忠提,赵安. PLC 触摸屏直接控制伺服电机程序设计J. 机床电器,2009,(04):37-38+41.8黄声华，吴芳. 永磁交流伺服系统国内外发展概况A.华中科技大学.20069吴晨曦.蒋嵘.基于 plc-伺服驱动的位置控制系统设计B. 湖南工程学院机械系.200810 舒志兵交流伺服运动控制系统（第二版） M清华大学出版社，200611 舒志兵现代伺服运动控制系统（第一版） M黑龙江人民出版社，200412谭茀娃，金如麟
11、永磁同步电动机系统的应用和研究J交流永磁同步伺服系统，2005，（ 3）13 寇宝泉,程树康 交流伺服电机及其控制M 北京:机械工业出版社, 200814 司鹏辉步进电机和交流伺服电机性能 综合比较 J电子测试,2015(1) :8586,4715 孙兴伟,侯广政,王可,等 交流伺服电机速度控制模式实现方法的研究 J 机床与液压, 2012(15) :5455,916 钟肇新,范建东 可编程控制器原理及应用M 广州:华南理工大学出版社,2006:152 15717 张燕宾.变频调速应用实践M.北京：机械工业出版社，200518 刘 涳.常用低压电器与可编程程序控制器M.西安：西安电子科技大学出
12、版社，2005五、研究目标与内容研究目标：通过 PLC 控制交流伺服电机，达到系统可变频调速的目标研究内容：1. 电机由 V20 变频器来控制，变频器由分布式输入输出模块进行控制2. 通过 PROFINET 以太网由主站 PLC 对变频器进行远程控制，并可通过工业在上位机 PC 实现远程控制六、创新之处直流伺服电动机存在机械结构复杂，维修工作量大包括电刷、换向器等则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。随着微处理技术、大功率电力电子技术的成熟和电机永磁材料的发展和成本降低，交流伺服系统得到长足发展并将逐步取代直流伺服系统。已具备有宽调速范围，高稳速精度、快动态响应及四象限运行等良好的技术性能。七、研
13、究思路一、 系统总体设计方案综合考虑，确定本设计的系统结构。系统主要由三部分构成：电源部分、 控制核心部分，执行部分。1电源部分：AC 220V 提供动力控制能源。DC 24V 开关电源，为 PLC 供电，提供伺服控制信号电源。2控制核心部分：该部分是由 PLC 负责发出控制信号，伺服驱动器对伺服电机进行闭环控制，对其各种信息做出快速、准确的反应，处理随时变化的信号。3执行部分：该部分由执行电机拖动所需机械设备进行工作，电机工作情况由自身编码器反馈给驱动器进行闭环控制，机械部分可由传感器反馈给 PLC 进行闭环控制。二、 系统所需部件选用（一）伺服电动机1伺服电动机的基本要求：伺服电动机的主要
14、任务是能量转换，因此，对它的要求与一般动力用电机要求类似，希望能量转换效率高、 结构简单、 使用方便、 容易维护、 坚固耐用、 体积小、 重量轻、 价格低等。伺服电动机又称为执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件，它将输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度输出，输入的电压信号又称为控制信号或电压信号，改变控制电压可以变更伺服电动机的转速及转向。2伺服电动机的选择：本设计要求快速、 准确地实现控制目标，决定采用力川系列交流伺服系统。本系统具备响应快、 精度高、；具有共振抑制和控制功能；具有全闭环控制功能；控制方式多样、 保护措施齐全。（二）PLC 选用此次设计采用西门子系列 PLC，该系列 PLC 精确、体积小，并由数字量和模拟量，可准确地实现控制目标八、研究计划及预期成果2017.1.72017.3.8 论文选题，以及审核题目 2017.3.82017.3.15 确定研究方向，查阅文献了解课题背景和意义2017.3.152017.3.22 查阅文献，了解比较相关课题的研究和内容2017.3.222017.4.30 研究自己的研究内容2017.4.302017.5.30 修改，完善论文以及准备最终答辩预期成果：通过 PC 端远程控制，接由 PLC 控制变频调速，并可随意切换伺服电机的速度，达到控制的目标速度九、导师具体意见十、开题报告会意见导师签名：
