運動控制與伺服驅動技術及應用

中國智能制造挑戰賽運動控制與伺服驅動技術及應用

第1章運動控制技術

第2章機器人運動控制算法

第3章S7-200PLC伺服運動控制

第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制

第5章運動控制綜合實訓2第1章運動控制技術1.1運動控制技術的定義運動控制是通過機械傳動裝置對運動部件的位置、速度進行實時的控制管理，使運動部件按照預期的軌跡和規定的運動參數（如速度、加速度參數等）完成相應的動作。 3第1章運動控制技術1.2運動控制系統的組成結構典型的現代運動控制系統的硬件主要由上位計算機、運動控制器、功率驅動裝置、電動機、執行機構和傳感器反饋檢測裝置等部分組成。1.2.1運動控制系統的基本構成4第1章運動控制技術（1）人機界面：PC機/觸摸屏/工控機；（2）運動控制器：專用運動控制器/開放式結構運動控制器；（3）驅動器：全數字式驅動器；（4）執行機構：步進電機/伺服電機/直線電機；（5）反饋機構：位置反饋元件（角度、位移）/速度反饋元件；（6）傳動機構：齒型帶/減速器/齒輪齒條/滾珠絲杠。5第1章運動控制技術1.2.2運動控制系統的典型構成1.開環控制系統（OpenLoop）步進電機的開環運動控制系統：沒有位置檢測反饋裝置，最大的特點是控制方便、結構簡單、價格便宜。6伺服電機的開環運動控制系統：通過運動控制器輸出脈沖類型信號給伺服驅動器，伺服驅動器工作于位置控制模式。第1章運動控制技術1.2.2運動控制系統的典型構成2.閉環控制系統（CloseLoop）半閉環運動控制系統：位置反饋采用轉角檢測元件，直接安裝在伺服電機端部。7全閉環運動控制系統：采用光柵等檢測元件對被控單元進行位置檢測，可以消除從電機到被控單元之間整個機械傳動鏈中的傳動誤差，利用控制器實現雙閉環（位置環與速度環）。第1章運動控制技術1.2.3運動控制系統的反饋元件運動控制系統反饋元件的核心是傳感器：1.霍爾傳感器霍爾傳感器的作用是產生電機換相信號。2.測速發電機測速發電機的作用是產生電機速度信號。3.旋轉變壓器旋轉變壓器的作用是產生電機位置信號。4.光電式位置檢測元件旋轉式光電編碼器（檢測電機位置、速度和換相信號）光柵尺（檢測負載位置）反饋元件獲取系統中的信息并向運動控制器反映系統狀況。反饋原件在閉環控制系統中形成反饋回路，將指定的輸出量反饋給運動控制器。控制器則根據反饋信息進行控制決策。8第1章運動控制技術

1.2.3運動控制系統的反饋元件編碼器的兩種應用方式：安裝在伺服電機端部，直接反饋電機的實際轉速，可獲得較高的定位精度。安裝在運動控制系統負載端部，直接反饋實際位置，可以消除從電機到被控單元之間整個機械傳動鏈中的傳動誤差，得到很高的靜態定位精度。9第1章運動控制技術

1.2.4運動控制系統的機械傳動機構（1）齒型帶：價格便宜、反應慢，控制帶寬窄的場合（小于10Hz）；（2）齒輪減速器：間隙較大，擺線和外擺線齒輪減速相齒隙較小，但價格貴；（3）諧波齒輪減速箱：體積小、傳動比大、齒隙小，但價格較貴，剛性不高（10Hz-30Hz）；（4）蝸桿減速器：應用場合有限，不適合低速時使用，潤滑要求高、效率低；（5）齒輪齒條：傳動行程長、反向間隙較大，非線性因素，易引起系統振蕩，電機噪聲；（6）滾珠絲杠：可以適合多種情形的傳動，精度高、齒隙較小、可以達到較高的速度，對大行程的傳動不合適，抗彎抗扭的剛性和慣量限制了電機選型和系統控制帶寬。10第1章運動控制技術1.3伺服控制系統伺服系統是運動控制的中樞神經和動力系統。伺服系統由伺服驅動器、電機、編碼器構成。伺服驅動器是信號轉換和信號放大的中樞。伺服電機是伺服系統的執行機構，小功率伺服系統中多用永磁式伺服電機。編碼器實時記錄位置信息并反饋信號，構成閉環控制。11第1章運動控制技術伺服控制系統構成12第1章運動控制技術伺服控制系統構成---控制器13第1章運動控制技術伺服控制系統構成---驅動裝置14運動控制與伺服驅動技術及應用

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第5章運動控制綜合實訓16第2章機器人運動控制算法2.1工業機器人的種類及組成（a）直角機器人 （b）關節機器人（c）Scara機器人 （d）Delta機器人工業機器人是機電一體化的系統，組成包括：1.機械結構件 2.電機、減速器、編碼器3.驅動器 4.控制器與示教器5.執行機構 6.輸入輸出7.開關電源 17第2章機器人運動控制算法2.2工業機器人運動學2.2.1機器人運動學正解機器人運動控制的理論基礎是運動學分析。運動學分析可以確定機器人末端執行器的位置與姿態(常稱:位姿)。182維轉成3維第2章機器人運動控制算法六軸關節機器人的運動學正解機器人運動學中普遍采用4×4矩陣，即“齊次矩陣”、“齊次變換”。機器人法蘭姿態的表示法常見的有旋轉矩陣（RotationMatrix）、歐拉角（EulerAngle）、四元數（Quaternion）、“軸-角”（Axis-Angle）。六軸關節機器人的運動學正解，是通過機器人硬件參數與六軸的旋轉角，計算出法蘭中心三維坐標與法蘭的空間姿態。將每一次平移或旋轉變換都以齊次矩陣表示，從法蘭中心開始，將所有矩陣進行乘法運算。19第2章機器人運動控制算法六軸關節機器人的運動學案例ABB六軸關節機器人IRB-240020第2章機器人運動控制算法2.2.2機器人運動學逆解所謂逆解，即以機器人硬件參數、法蘭中心坐標、法蘭姿態為已知條件，推算六個電機，即六軸的旋轉角度。法蘭姿態描述方式不盡相同，KABA和KUKA采用歐拉角，卡諾普采用旋轉矩陣，ABB采用四元數，可以互相換算。逆解一般有這兩種思路：（1）可以從齊次矩陣中通過消元法解得1到5軸的角度。（2）可以從若干三角形中解得角度。21第2章機器人運動控制算法2.2.2機器人運動學逆解若干三角形逆解的方法：取法蘭長度c4與姿態解出第4，5軸的旋轉角和法蘭中心的(dx,dy,dz)偏移值。通過法蘭中心坐標p[0]、偏移值(dx,dy,dz)計算第4、5、6這三軸的交點坐標p[1]。通過解p[1]p[2]p[3]、p[1]p[3]p[4]等三角形計算出第1、2、3這三軸的旋轉角（當b=0）；當b≠0時，可推導出計算公式：22第2章機器人運動控制算法2.2.3STL三維建模的關節機器人運動學正解與逆解機械結構借助于STL三維建模，逐關節研究機器人的運動規律：由Rhinoceros三維建模。通過三維的平移與旋轉組裝成關節機器人各STL部件,并進行運動實驗。23第2章機器人運動控制算法2.2.4機器人運動編程控制一：示教器編程：通過示教器對工具末端的坐標點、工具的姿態進行逐一添加指令的編程方式。24第2章機器人運動控制算法2.2.5機器人運動編程控制二離線編程：滿足示教器編程無法實現的個性化需求，需要二維或三維視覺檢測。配備工控機（工業電腦），以視覺與算法為主要手段，通過人工智能（AI），配合接口和高速通訊，自動生成機器人運動的動態程序。25第2章機器人運動控制算法2.2.6插值與插補目的：實現在離散位姿點之間平滑無卡頓地通過G、H兩點之間機器人平滑曲線運動，無卡頓利于高速運行。插值的數學算法：拉格朗日插值，牛頓插值法，埃爾米特插值，三次樣條插值。配備工控機（工業電腦），以視覺與算法為主要手段，通過人工智能（AI），配合接口和高速通訊，自動生成機器人運動的動態程序。26第2章機器人運動控制算法2.2.6插值與插補（1）兩電機勻速插補：（2）三電機變速插補二個電機，用絲桿或連桿都可以實現二維曲線的繪制。三個電機就可以繪制出空間曲線、3D打印、3D雕刻。27第2章機器人運動控制算法2.2.7機器人運動控制拓展由于機械結構的限制，很多位置與姿態是到不了的，都得設置限位，還要注意在180度，90度時形成的奇異點，方程無解或無窮多解，要作特殊的處理：如加上微小偏移值以避開奇異點。末端位移與各軸轉動角，線速度與軸的旋轉速度，以及線加速度與軸的旋轉加速度等計算，參見雅可比（Jacobian）矩陣與海森（Hessian）矩陣，雅可比（Jacobian）矩陣是一階偏導的矩陣，常用于處理速度，海森（Hessian）矩陣是二階偏導的矩陣，常用于處理加速度。28

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第5章運動控制綜合實訓30第3章S7-200PLC伺服運動控制3.1運動控制器與驅動器運動控制器是運動控制系統的核心，可以是專用控制器，但一般都是采用具有通信能力的智能裝置，如工業控制計算機（IPC）或可編程邏輯控制器（PLC）等。PLC運動控制系統采用PLC作為運動控制器，驅動器為變頻器、伺服電機驅動器、步進電機驅動器等。31第3章S7-200PLC伺服運動控制3.2西門子S7-200PLC運動控制實驗裝置32第3章S7-200PLC伺服運動控制

3.2西門子S7-200PLC運動控制實驗裝置33第3章S7-200PLC伺服運動控制3.3案例1：自動輸送分揀線3.3.1西門子MM420變頻器1）MM420變頻器的電氣連接2）MM420變頻器復位的方式（1）設定P0010=30(出廠設置)（2）設定P0970=1，所有參數自動復位成缺省設置，約需要60秒。34功率接線端子控制端子第3章S7-200PLC伺服運動控制3）MM420變頻器的控制方式（1）BOP控制

a.參數P1000=1，輸出頻率由BOP的按鈕設定;

b.手動操作基本操作面板BOP控制變頻器，實現電動機啟動、停止、換向、調速等功能。（2）外部開關和電位器控制

a.參數P1000=2，輸出頻率由端子3、4之間輸入的模擬電壓（0-10V）設定;

b.通過外部的開關連接變頻器的數字輸入端子DIN1、DIN2，輸入控制命令；

c.通過外部電位器（可調電阻）連接變頻器的模擬輸入端子AIN+、AIN-，輸入頻率設定值。（3）外部開關實現多段速控制

a.參數P1000=3，輸出頻率由固定頻率設定。

b.通過外部的開關連接變頻器的數字輸入端子DIN1、DIN2、DIN3；

c.通過外部開關的組合通斷輸入端子的狀態實現電動機速度的有機調速。35第3章S7-200PLC伺服運動控制4）MM420變頻器參數快速設置流程圖

36第3章S7-200PLC伺服運動控制5）BOP方式控制電機運行的操作方法a、按下綠色啟動按鈕，電動機起動并保持停止狀態。b、按下“數值增加”按鈕提高頻率，電動機轉動，其速度逐漸增加到50Hz。c、當變頻器的輸出頻率達到50Hz時，按下“數值減小”按鈕，電動機的速度及其顯示值逐漸下降。d、按下“方向按鈕”，可以改變電動機的轉動方向。e、按下紅色按鈕，電動機停車。注：如需要按下變頻器啟動按鈕時電動機就以某速度運行，可以在以上設置的基礎上，設定P1040=設定值（頻率），具體操作步驟為：a、設定P0003=2（因為P1040參數的訪問級是2級）b、設定P1040=20（MOP的設定頻率值20Hz）37第3章S7-200PLC伺服運動控制6）外部開關和電位器控制方式的參數設置38第3章S7-200PLC伺服運動控制7）外部開關多段速控制---設置數字輸入端子39第3章S7-200PLC伺服運動控制8）外部開關多段速控制---設置固定頻率40第3章S7-200PLC伺服運動控制例3-1：直接選擇方式要求利用3個開關控制一臺三相交流異步電動機以35Hz頻率運行，同時要求具有啟停、反向功能。41設置順序參數代號設置值說明1P001030調出出廠設置參數2P09701恢復出廠值3P00032參數訪問級4P00101快速調試5P01000選擇Kw單位，工頻50Hz6P0304380電動機的額定電壓V7P03050.13電動機的額定電流A8P03070.01電動機的額定功率Kw9P031050電動機的額定頻率Hz10P03111250電動機的額定速度RPM11P07002選擇命令源（外部端子控制）12P07011數字端子1的功能（正向開關）13P070212數字端子2的功能（反向）14P070315數字端子3的功能（直接選擇）15P10003選擇頻率設定值（固定頻率）16P100335設定固定頻率3的數值（35Hz）17P10800電動機最小頻率Hz18P108250電動機最大頻率Hz19P11202斜坡上升時間s20P11212斜坡下降時間s21P39001結束快速調試第3章S7-200PLC伺服運動控制例3-2：直接選擇+ON方式要求利用3個開關控制一臺三相交流異步電動機分3段速運行，同時要求具有反向功能，試著設置合適的參數值。42設置順序參數代號設置值說明1P001030調出出廠設置參數2P09701恢復出廠值3P00032參數訪問級4P00101快速調試5P01000選擇Kw單位，工頻50Hz6P0304380電動機的額定電壓V7P03050.13電動機的額定電流A8P03070.01電動機的額定功率Kw9P031050電動機的額定頻率Hz10P03111250電動機的額定速度RPM11P07002選擇命令源（外部端子控制）12P070116數字端子1的功能（直接選擇+ON）13P070212數字端子2的功能（反向）14P070316數字端子3的功能（直接選擇+ON）15P10003選擇頻率設定值（固定頻率）16P100110設定固定頻率1的數值（10Hz）17P100330設定固定頻率3的數值（30Hz）18P10800電動機最小頻率Hz19P108250電動機最大頻率Hz20P11202斜坡上升時間s21P11212斜坡下降時間s22P39001結束快速調試第3章S7-200PLC伺服運動控制例3-3：BCD碼選擇+ON方式要求利用3個開關控制一臺三相交流異步電動機分7段速運行，同時要求具有反向功能，試著設置合適的參數值。43設置順序參數代號設置值說明1P001030調出出廠設置參數2P09701恢復出廠值3P00032參數訪問級4P00101快速調試5P01000選擇Kw單位，工頻50Hz6P0304380電動機的額定電壓V7P03050.13電動機的額定電流A8P03070.01電動機的額定功率Kw9P031050電動機的額定頻率Hz10P03111250電動機的額定速度RPM11P07002選擇命令源（外部端子控制）12P070117數字端子1的功能（BCD選擇+ON）13P070217數字端子2的功能（BCD選擇+ON）14P070317數字端子3的功能（BCD選擇+ON）15P070412AIN+端子的功能（反轉）16P10003選擇頻率設定值（固定頻率）17P100110設定固定頻率1的數值（10Hz）18P100215設定固定頻率2的數值（15Hz）19P100320設定固定頻率3的數值（20Hz）20P100425設定固定頻率4的數值（25Hz）21P100530設定固定頻率5的數值（30Hz）22P100635設定固定頻率6的數值（35Hz）23P100740設定固定頻率7的數值（40Hz）24P10800電動機最小頻率Hz25P108250電動機最大頻率Hz26P11202斜坡上升時間s27P11212斜坡下降時間s28P39001結束快速調試第3章S7-200PLC伺服運動控制3.3.2案例1總體說明1.任務要求為某企業設計一條工件自動傳送、分揀系統，用來運送金屬工件和橡膠工件，并能夠自動將兩種工件分揀到不同的物料存儲區域。根據客戶給出的技術要求，綜合考慮生產工藝、經濟成本、機械結構、控制方式、環保水平等條件，設計出安全可靠、性價比好、易用性高的系統方案，并給出系統的設計圖紙和控制程序。2.技術要求（1）工件材質：鋁、橡膠；（2）工件外形尺寸：圓柱體，直徑300mm，高200mm；（3）上料方式：手動上料，無需設計；（4）傳送方式：上料后自動開始高速傳送，在工件到達分揀工位之前自動轉為低速傳送，分揀完成后自動停止；（5）分揀方式：鋁質工件存放至系統前置料倉，橡膠工件存放至系統后置料倉；（6）控制系統：采用PLC作為下位機，安裝組態軟件的工控機作為上位機；（7）控制模式：全自動啟停控制，或上位機遠程控制；44第3章S7-200PLC伺服運動控制3.案例1系統總體設計本案例基于PLC、變頻器、交流減速電機來實現輸送帶的傳輸控制，達到輸送帶啟停、調速的功能，完成自動分揀橡膠工件/鋁工件的目的。45第3章S7-200PLC伺服運動控制4.案例1的變頻器參數46設置順序參數代號設置值說明1P001030調出出廠設置參數2P09701恢復出廠值3P00032參數訪問級4P00101快速調試5P01000選擇Kw單位，工頻50Hz6P0304380電動機的額定電壓V7P03050.13電動機的額定電流A8P03070.01電動機的額定功率Kw9P031050電動機的額定頻率Hz10P03111250電動機的額定速度RPM11P07002選擇命令源（外部端子控制）12P070116數字端子1的功能（直接選擇+ON）13P070216數字端子1的功能（直接選擇+ON）14P070312數字端子2的功能（反向）15P10003選擇頻率設定值（固定頻率）16P100110設定固定頻率1的數值（10Hz）17P100240設定固定頻率2的數值（40Hz）18P10800電動機最小頻率Hz19P108250電動機最大頻率Hz20P11202斜坡上升時間s21P11212斜坡下降時間s22P39001結束快速調試第3章S7-200PLC伺服運動控制3.4案例2：直線往復運動工作臺3.4.1步進電機運動控制1.步進電機：永磁式（PM），反應式（VR）和混合式（HB）。2.永磁式步進電機：一般為兩相，轉矩和體積較小，步距角一般為7.5度或15度。

3.反應式步進電機：一般為三相，可實現大轉矩輸出，步距角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。

4.混合式步進電機：混合了永磁式和反應式的優點。它又分為兩相、三相和五相：兩相步距角為1.8度，而五相步距角為0.72度，三相步進電機步矩角為1.2度。47第3章S7-200PLC伺服運動控制PLC與步進驅動器的連接

48第3章S7-200PLC伺服運動控制S7-200PLC-步進電機電氣連接

49第3章S7-200PLC伺服運動控制3.4.2案例2總體說明1.任務要求為某企業設計一條工件自動往復運動工作臺，用來在不同直線工位件運送工件。根據客戶給出的技術要求，綜合考慮生產工藝、經濟成本、機械結構、控制方式、環保水平等條件，設計出安全可靠、性價比好、易用性高的系統方案，并給出系統的設計圖紙和控制程序。2.技術要求（1）工件外形尺寸：圓柱體，直徑300mm，高200mm；（2）上料方式：手動上料，無需設計；（3）傳送方式：系統上電后自動復位工作臺，采用滾珠絲桿傳動方式，導程0.5mm，在兩個不同工位之間往復運行；（4）控制系統：采用PLC作為下位機，安裝組態軟件的工控機作為上位機；（5）控制模式：全自動啟停控制，或上位機遠程控制；50第3章S7-200PLC伺服運動控制3.系統總體設計本案例基于PLC、滾珠絲桿、步進電機及其驅動器來實現工作臺的定位控制，達到工作臺往復運動的功能。51第3章S7-200PLC伺服運動控制4.案例2的PLC程序設計程序由主程序Main、子程序SBR0、SBR1組成。52第3章S7-200PLC伺服運動控制3.5案例3：精確轉盤定位3.5.1電氣伺服運動控制思考：1.伺服系統有幾種控制模式？分別是？2.伺服系統一般有幾個控制環？分別是？

53第3章S7-200PLC伺服運動控制3.5案例3：精確轉盤定位3.5.2伺服運動控制的系統配置電氣伺服運動控制系統主要涉及步進電機、伺服電機的控制，其配置一般由伺服控制器、驅動器和驅動元件(或稱執行元件伺服電機)組成。伺服運動控制系統的結構模式一般是：控制裝置+驅動器+伺服電機。

54第3章S7-200PLC伺服運動控制3.5案例3：精確轉盤定位3.5.3伺服驅動器

55第3章S7-200PLC伺服運動控制3.5案例3：精確轉盤定位伺服驅動與變頻驅動的區別

56第3章S7-200PLC伺服運動控制3.5案例3：精確轉盤定位3.5.3伺服驅動器---歐姆龍（OMRON）R88D-GT02H

57第3章S7-200PLC伺服運動控制3.5.4案例3總體說明1.任務要求為某企業設計一條工件加工旋轉工作臺，用來在圓周的不同角度上裝配工件。根據客戶給出的技術要求，綜合考慮生產工藝、經濟成本、機械結構、控制方式、環保水平等條件，設計出安全可靠、性價比好、易用性高的系統方案，并給出系統的設計圖紙和控制程序。2.技術要求（1）工件外形尺寸：圓柱體，直徑300mm，高200mm；（2）上料方式：手動上料，無需設計；（3）傳送方式：系統上電后自動復位工作臺，采用渦輪蝸桿減速傳動方式，減速比30：1，圓周運動；（4）控制系統：采用PLC作為下位機，安裝組態軟件的工控機作為上位機；（5）控制模式：全自動啟停控制，或上位機遠程控制；58第3章S7-200PLC伺服運動控制3.系統總體設計本案例基于PLC、渦輪蝸桿減速器、步進電機及其驅動器來實現轉盤的定位控制，達到精確控制轉盤旋轉角度的功能。59第3章S7-200PLC伺服運動控制4.案例3的PLC程序設計程序由主程序Main、子程序SBR0、SBR1、中斷程序HSC_INT和中斷程序INT0組成組成。60第3章S7-200PLC伺服運動控制4.案例3的PLC程序設計程序由主程序Main、子程序SBR0、SBR1、中斷程序HSC_INT和中斷程序INT0組成組成。61第3章S7-200PLC伺服運動控制3.6案例4：工件傳送加工生產線1.任務要求為某企業設計一條工件傳送加工生產線，將工件從原始工位快速并精確地傳送到裝配工位，進行加工之后再快速返回原始工位。根據客戶給出的技術要求，綜合考慮生產工藝、經濟成本、機械結構、控制方式、環保水平等條件，設計出安全可靠、性價比好、易用性高的系統方案，并給出系統的設計圖紙和控制程序。2.技術要求（1）工件外形尺寸：圓柱體，直徑300mm，高200mm；（2）上料方式：手動上料，無需設計；（3）傳送方式：系統上電后自動復位工作臺，傳送機構采用滾珠絲桿傳動方式，導程0.5mm；加工工位采用伺服電機和渦輪蝸桿減速傳動方式，減速比30：1；（4）控制系統：采用PLC作為下位機，安裝組態軟件的工控機作為上位機；（5）控制模式：全自動啟停控制，或上位機遠程控制；62第3章S7-200PLC伺服運動控制3.系統總體設計本案例基于PLC、伺服電機、伺服驅動器、渦輪蝸桿減速器、步進電機及其驅動器來實現工件的傳送與加工控制，達到精確控制裝配工位位置和加工工位運動角度的功能。63運動控制與伺服驅動技術及應用

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第2章機器人運動控制算法

第3章S7-200PLC伺服運動控制

第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制

第5章運動控制綜合實訓65第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.1SINAMICST-CPU功能說明4.1.1SINAMICST-CPU概述專業用于復雜運動控制工藝要求的S7-300CPU控制對象為：伺服電機，步進電機，感應電機，液壓比例閥等66第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.1.2SINAMICST-CPU的技術優勢集成SIMATICS7PLC和SIMOTION運動控制器雙內核，控制器間的數據交換由硬件完成，不需要用戶額外編制任何程序。SINAMICS驅動器參數調試、運動控制程序編制、PLC邏輯程序編制，都是在工程師所熟悉的STEP7軟件平臺上完成。S7-TechLibrary，符合PLCopen標準，方便用戶直接使用現成的運動控制指令，實現復雜的運動控制任務。通過接口ProfibusDP（Drive）連接驅動器。可以連接伺服、步進、變頻器等多種驅動器。可以實現開環、閉環、速度、位置等多種控制方式。最多32軸的精確速度控制。67第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.1.3SINAMICST-CPU的技術特點兩個集成的PROFIBUS接口：（1）DP/MPI接口，可參數化為MPI或DP接口（DP的主站或從站），用于連接其它SIMATICPLC系統組件。（2）DP（DRIVE）接口，優化用于連接帶PROFIBUS的驅動系統，支持所有主要的西門子驅動系統。DP（DRIVE）接口通過PROFIdrive行規V3認證。其DP時鐘同步特性，可實現高速生產過程的高質量位置同步控制。SIMATICS7-300T-CPU本體集成有高速輸入/輸出，用于運動控制工藝功能。68第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.1.3SINAMICST-CPU的技術特點靈活組建分布式運動控制系統通過ProfifibusDP組成分布式的運動控制系統；連接IM174接口模塊，通過ProfifibusDP組成分布式的運動控制系統。69第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.1.4接口模塊IM174S7-300T-CPU通過IM174接口模塊，將非西門子的驅動器、液壓執行機構到西門子全集成自動化（TIA,TotallyIntegratedAutomation）中，優化系統成本。70第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.2

SINAMICSS120功能說明1.AC/AC單軸驅動器：控制單元+功率模塊71控制單元：CU310DP或CU310PN功率模塊：PM340第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制2.DC/AC多軸驅動器（1）控制單元：整個驅動系統的控制部分；（2）電源模塊：將交流轉變成直流，并能實現能量回饋；（3）電機模塊（也稱功率模塊）：單軸或雙軸模塊，作為電機的供電電源；（4）傳感器模塊：將編碼器信號轉換成DRIVE-CLiQ可識別的信號，若電機含有DRIVE-CLiQ接口，則不需要此模塊；（5）直流＋24V電源模塊：用于系統的控制部分的供電；（6）端子模塊和選件板：根據需要可連接或插入I/O板和通訊板。72第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制2.DC/AC多軸驅動器（1）控制單元CU320（2）電源模塊基本型（BLM）：整流單元，但無回饋功能。依靠連接制動單元和制動電阻實現快速制動；智能型（SLM）：整流回饋單元，直流母線電壓不可調；主動型（ALM）：整流回饋單元，且直流母線電壓可調。（3）電機模塊電機模塊即逆變單元，分為書本型和裝機裝柜型。73第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制2.DC/AC多軸驅動器74第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制2.DC/AC多軸驅動器75第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.1SINAMICST-CPU與S120基本案例本案例所配置硬件如下：1個S7-300站點，由以下部分組成：1臺具有MPI接口的PG，并且該PG已正確安裝了下列軟件包和調試工具：1根PROFIBUS電纜（通過MPI/DP接口將PG連接到CPU；1臺SINAMICSS120（通過DP接口連接到CPU317T-2DP）；1臺有增量編碼器的伺服電機；1臺有DRIVE-CLiQ接口和絕對編碼器的伺服電機。76第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.2組態CPU317T-2DP77第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.3更改MPI/DP接口的傳輸速率4.3.4DP（驅動器）組態中至關重要的設置4.3.5生成技術系統數據4.3.6使用HWConfig組態驅動器78第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.7PG/PC接口的組態79第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.8將硬件組態下載到目標硬件中80第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.9使用S7TConfig組態S120---181第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.9使用S7TConfig組態S120---282第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.9使用S7TConfig組態S120---383第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.9使用S7TConfig組態S120---484第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.9使用S7TConfig組態S120---585第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.9使用S7TConfig組態S120---686第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.9使用S7TConfig組態S120---787第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.9使用S7TConfig組態S120---888第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.9使用S7TConfig組態S120---989第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.9使用S7TConfig組態S120---1090第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.10使用S7TConfig組態軸---191第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.10使用S7TConfig組態軸---292第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制4.3.11創建技術DB4.3.12使用STEP7用戶程序控制軸在SIMATIC管理器中，打開示例項目“\Examples\PROJECT-CPU317T”。將以下列出的塊復制到項目中：OB1、FB100（SimplePositioning）、FB401（MC_Power）FB402（MC_Power）、FB405（MC_Halt）、FB410（MC_MoveAbsolute）DB100（IDB_SimplePositioning）、AxisData（用于控制軸的變量表）93運動控制與伺服驅動技術及應用

中國智能制造挑戰賽運動控制與伺服驅動技術及應用

第1章運動控制技術

第2章機器人運動控制算法

第3章S7-200PLC伺服運動控制

第4章SINAMICST-CPU與S120的運動控制

第5章運動控制綜合實訓95第5章運動控制綜合實訓5.1運動控制綜合實訓平臺---對象1實訓平臺源自對工業領域典型生產加工過程的抽象提取；提供圓盤同步、直線同步和圓盤式飛剪及物料卷繞等被控對象；西門子S120以及S7-300T-CPU運動控制的綜合實訓項目。96第5章運動控制綜合實訓5.1運動控制綜合實訓平臺---對象2實訓平臺源自對工業領域典型生產加工過程的抽象提取；提供圓盤同步、直線同步和圓盤式飛剪及物料卷繞等被控對象；西門子S120以及S7-300T-CPU運動控制的綜合實訓項目。97第5章運動控制綜合實訓5.1運動控制綜合實訓平臺---硬件配置98序號產品名稱與規格產品訂貨號數量1電源PM15076EP1333-4BA0012控制器CPU1516-3PN/DP6ES7516-3AN01-0AB013存儲卡MMC6ES7954-8LL03-0AA014數字量輸入模塊6ES7521-1BL00-0AB015數字量輸出模塊6ES7522-1BL01-0AB016模擬量輸入模塊6ES7531-7KF00-0AB017模擬量輸出模塊6ES7532-5HD00-0AB018工藝模塊TMPosInput26ES7551-1AB00-0AB019工藝模塊TMPTO46ES7553-1AA00-0AB01序號產品名稱產品訂貨號數量1控制單元CU320-2PN6SL3040-1MA01-0AA012存儲卡CF6SL3054-0EJ00-1BA013整流單元SLM6SL3130-6AE15-0AB114雙軸電機模塊DMM6SL3120-2TE13-0AD015單軸電機模塊SMM6SL3120-1TE13-0AD016伺服電機SERVO1FK7022-5AK71-1PA337TM156SL3055-0AA00-3FA01表1SIMATICS7-1500高級控制系統主要組成部分表2SINAMICSS120高性能驅動系統主要組成部分序號部件名稱/參數名稱部件規格/參數數量1帶刻度圓盤（小）直徑=118mm12帶刻度圓盤（大）直徑=180mm13同步皮帶（短）周長=590mm14同步皮帶（長）周長=632mm15電感式接近開關工作電壓=24VDC26伺服電機額定轉速=6000RPM27減速箱減速比=50:12序號部件名稱/參數名稱部件規格/參數數量1同步帶輪（小）節徑=22.28mm12同步帶輪（大）節徑=48.38mm13同步皮帶（短）周長=950mm14同步皮帶（長）周長=1912mm15同步帶輪圓心距（小）圓心距=440mm

6同步帶輪圓心距（大）圓心距=880mm

7電感式接近開關工作電壓=24VDC28伺服電機額定轉速=6000RPM39減速箱減速比=50:12序號部件名稱/參數名稱部件規格/參數數量1收卷輥最大直徑=140mm最小直徑=76mm12放卷輥最大直徑=140mm最小直徑=76mm13圓盤式飛剪剪切周長=45mm14張力傳感器測量范圍：0N-150N輸出電壓：0VDC-10VDC15增量型旋轉編碼器分辨率=1024PPR16旋轉編碼器輥直徑=50mm17對射式光電傳感器工作電壓=24VDC18伺服電機39減速箱減速比=50:13表4直線同步對象主要組成部分及規格參數表3圓盤同步對象主要組成部分及規格參數表5物料卷繞及飛剪對象主要組成部分及規格參數第5章運動控制綜合實訓5.1運動控制綜合實訓平臺---產品展示99第5章運動控制綜合實訓5.1運動控制綜合實訓平臺---網絡拓撲結構100第5章運動控制綜合實訓5.1運動控制綜合實訓平臺---網絡拓撲結構101第5章運動控制綜合實訓5.1運動控制綜合實訓平臺---產品應用102第5章運動控制綜合實訓5.1運動控制綜合實訓平臺---工程軟件103第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態一、實驗目的1.了解本運動控制系統的硬件組成及網絡拓撲結構；2.了解以太網通訊方式；3.了解PROFIBUSDP通訊方式；4.掌握STEP7軟件的基本操作；5.掌握西門子STEP7軟件平臺上硬件組態的方法；6.掌握識別設備以及閱讀設備訂貨信息（型號、訂貨號等信息）的能力。二、實驗準備連接網線到電腦，檢查傳感器接口是否正確，打開設備電源。104第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態三、實驗內容及原理1.MCCT的硬件組成及網絡拓撲結構105第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態三、實驗內容及原理2.主要硬件介紹106PLC模塊IM741模塊第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態三、實驗內容及原理2.主要硬件介紹107S120多軸驅動系統第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟1.新建項目108第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟2.添加CPU109第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟3.主機架硬件組態110第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟4.接口模塊IM174組態配置111第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟4.接口模塊IM174組態配置112第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟5.S120驅動系統進行硬件配置113第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟6.保存與編譯完成后下載硬件配置114第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟6.保存與編譯完成后下載硬件配置115第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟7.進行網絡路由配置---1116第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟7.進行網絡路由配置---2117第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟7.進行網絡路由配置---3118第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟8.保存與編譯后下載路由配置（DP接口配置完成）119第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟9.PN接口的S120硬件組態---1120第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟9.PN接口的S120硬件組態---2121第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟9.PN接口的S120硬件組態---3122第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟9.PN接口的S120硬件組態---4123第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態四、實驗步驟9.PN接口的S120硬件組態---5124第5章運動控制綜合實訓5.2實驗一MCCT系統硬件組態五、思考1.若在硬件組態時將CPU的版本號組態錯誤，在下載程序時能成功嗎，會有什么影響？2.S120與300TCPU在分別采用DP、PN兩種通訊方式時的網絡拓撲結構有何區別？3.根據上述基于ProfibusDP通訊方式的組態過程，自行新建項目，完成基于以太網通訊的硬件組態，并進行通訊測試。125第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測一、實驗目的1.了解伺服電機結構組成；2.了解S120電機驅動器的調試方法；3.了解S120的網絡拓撲結構；4.掌握Starter的基本使用。5.掌握通過starter在線配置電機。6.掌握基本的電機試車驅動方法。二、實驗準備打開一個硬件設備組態成功的項目（本章5.2實驗一完成后項目），保證硬件設備連接正常，設備上電，連接上調試計算機。126第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測三、實驗內容及原理1.S120DC-AC驅動系統127第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測三、實驗內容及原理2.工程的上傳下載128第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟1.在線設備---1129第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟1.在線設備---2130第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟1.在線設備---3131第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟2.恢復出廠設置132第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟3.參數的自動配置133第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟3.參數的自動配置134第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟4.通過控制面板檢查電機運行狀況---1135第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟4.通過控制面板檢查電機運行狀況---2136第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟4.通過控制面板檢查電機運行狀況---3137第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟4.通過控制面板檢查電機運行狀況---4138第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟4.通過控制面板檢查電機運行狀況---5139第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟4.通過控制面板檢查電機運行狀況---6140第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測四、實驗步驟4.通過控制面板檢查電機運行狀況---7141第5章運動控制綜合實訓5.3實驗二在線配置驅動器以及電機檢測五、思考1.以太網、profinet、Drive-CLIQ的區別。2.如果改變Drive-CliQ接線的順序還能不能正常使用自動配置的信息。如果不能使用，修改拓撲結構，并下載調試。142第5章運動控制綜合實訓5.4實驗三利用外部開關控制電機啟停一、實驗目的1.了解外部開關與本系統的硬件連接；2.掌握工程的上傳下載；3.掌握實軸的速度配置方法；4.掌握使用外部開關在S120中組態控制電機的啟停。二、實驗準備本章5.3實驗二的項目文件，保證硬件設備連接正常，設備上電，連接上調試計算機。143第5章運動控制綜合實訓5.4實驗三利用外部開關控制電機啟停三、實驗內容及原理1.面板開關與CU數字量輸入輸出人機交互面板裝有20個雙位置開關，其中的16個開關接入至控制單CU320-2PN，4個開關接入至低壓配電系統的端子排中。在線設備，打開CU的Inputs/Outputs，實時顯示開關狀態。144向上：自鎖開關向下：點動開關第5章運動控制綜合實訓5.4實驗三利用外部開關控制電機啟停三、實驗內容及原理1.面板開關與CU數字量輸入輸出打開Control_Unit的Expertlist，找到r722，點開前面的加號，可以看到r722.0到r722.21對應從輸入輸出端子映射到專家列表。撥動開關DI0，r722.0從Low變為High。145向上：自鎖開關向下：點動開關第5章運動控制綜合實訓5.4實驗三利用外部開關控制電機啟停四、實驗步驟1.配置參數P840146第5章運動控制綜合實訓5.4實驗三利用外部開關控制電機啟停四、實驗步驟1.配置參數P840147第5章運動控制綜合實訓5.4實驗三利用外部開關控制電機啟停四、實驗步驟2.電機速度設定值配置148第5章運動控制綜合實訓5.4實驗三利用外部開關控制電機啟停四、實驗步驟2.電機速度設定值配置五、思考1.通過Trace記錄不同速度下電壓電流轉速的時域圖。149第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制一、實驗目的1.了解外部開關與本系統的硬件連接；2.掌握工程的上傳下載；3.掌握實軸的速度配置方法；4.掌握使用外部開關在S120中組態控制電機的啟停。二、實驗準備本章5.3實驗二的項目文件，保證硬件設備連接正常，設備上電，連接上調試計算機。150第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制三、實驗內容及原理1.位置給定伺服驅動器自身有電流環和速度環，位置需要從上層控制系統給定，可以來自SIMOTION控制器或PLC。151第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制三、實驗內容及原理2.軸的類型152第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟1.激活基本定位功能---1153第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟1.激活基本定位功能---2154第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟1.激活基本定位功能---3155第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟1.激活基本定位功能---4156第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟1.激活基本定位功能---5157第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟1.激活基本定位功能---6158第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟2.使用EPOSjog功能---1159第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟2.使用EPOSjog功能---2160第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制JOG設置參數說明：（1）兩個點動命令，使能分別為P2589/P2590。（2）點動方式有兩種：速度模式和位置模式。由P2591控制。（3）速度模式(travelendless)：點動按鈕按下，軸以設定的速度以及限位中設置的加減速度運行直至按鈕釋放。其中速度由P2585/P2586給定。（4）位置模式(travelincremental)：點動按鈕按下并保持，軸以設定的速度運行固定長的距離自動停止。其中相對位置由P2587/P2588指定。（5）若兩個點動都啟動，則軸保持運行在先給的點動命令。五、思考1.啟動后再改變速度點動功能的速度會不會即時改變。2.點動位置后還未結束上一段指令再給出新指令是電機是何種運行狀態，用trace監控位置觀察波形圖。161第5章運動控制綜合實訓5.6實驗五通過基本定位實現回零一、實驗目的1.了解伺服電機回零的各種模式的區別；2.了解各回零方式的回零參數含義；3.掌握實軸回零的操作；4.掌握回零參數、參考信號的設置。二、實驗準備本章5.4實驗四完成后的項目文件（將外部開關恢復），保證硬件設備連接正常，設備上電，連接上調試計算機。162第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制三、實驗內容及原理1.回零的外部接口163第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制三、實驗內容及原理2.回零方式回零同樣分為主動回零/被動回零：164主動回零三種方式：（1）僅用編碼器零標志位（EncoderZeromark）回零；（2）僅用外部零標志（ExternalZeromark）回零；（3）使用接近開關+編碼器零標志位（Homingoutputcam+Zeromark）回零。第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟1.主動回零的外部cam＋Zeromark舉例。（1）連接p840到觸摸屏的開關DI2即r722.2。165第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟1.主動回零的外部cam＋Zeromark舉例。（2）從左側導航欄找到homing，回零開始連接到r722.0。如果沒有外部cam，可以用一個開關代替，這里是連到r722.1。166第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟1.主動回零的外部cam＋Zeromark舉例。（3）設置回零時的各個速度以及偏移量等167第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟2.主動回零的編碼器零脈沖回零設置各過程的速度、偏移量、限定值。168第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟3.主動回零的外部零點回零設置各過程的速度、偏移量、限定值，外部零點位這里選擇的是DI/DO9為對象一的一個光點距離傳感器。169第5章運動控制綜合實訓5.5實驗四通過基本定位的點動進行速度位置控制四、實驗步驟4.直接設定參考點(SetReference)通過用戶程序可設置任意位置為坐標原點。連接一數字量輸入點至參數p2596作為設置參考點信號位，該位上升沿有效。使能電機p840置1，p2596置1，把當前位置設置為p2599中設定的值，如p2599=0則r2521=0。五、思考1.如果回零速度快一些或者慢一些對于回零的效果有何影響？2.修改各個偏移量看回零的效果如何。3.使用trace保存回零過程的曲線。170第5章運動控制綜合實訓5.7實驗六通過基本定位實現電機的簡單邏輯控制一、實驗目的1.了解S120基本定位的程序步原理；2.掌握S120程序步的使用并進行簡單的邏輯控制。二、實驗準備實驗四完成后項目文件（將外部開關恢復），保證硬件設備連接正常，設備上電，連接上調試計算機。三、實驗內容及原理程序步最多可以有64個步驟，具體步驟的執行順序和內容按照預先設定的執行表執行。171第5章運動控制綜合實訓5.7實驗六通過基本定位實現電機的簡單邏輯控制三、實驗內容及原理172第5章運動控制綜合實訓5.7實驗六通過基本定位實現電機的簡單邏輯控制四、實驗步驟1.配置使能控制端173第5章運動控制綜合實訓5.7實驗六通過基本定位實現電機的簡單邏輯控制四、實驗步驟2.配置程序步操作過程（1）按順序將步驟、job、parameter、mode，position，velocity，acceleration，deceleration，advance，hide，逐一修改（2）使能電機p840置1，p2631置1,驅動器就會按照預先設定好的步驟和內容進行運轉，停止需要將p2640或p2641置1進行停止。174第5章運動控制綜合實訓5.7實驗六通過基本定位實現電機的簡單邏輯控制四、實驗步驟2.配置程序步操作過程（3）下圖是一個簡單定位的一個示例。先走到絕對位置150000LU之后再回到20000LU的位置再回到0LU的位置再走到100000LU的位置。注意：在使用絕對位置時，最好先將電機回零位。（4）完成如下順序操作走到絕對位置5000lu，走相對位置5000lu，暫停3秒鐘，走到絕對位置0lu。175第5章運動控制綜合實訓5.7實驗六通過基本定位實現電機的簡單邏輯控制五、思考1.如何先讓電機正轉數秒后跳轉到10000lu的位置。2.不同停止模式實際效果有何不同？176第5章運動控制綜合實訓5.8實驗七轉矩控制一、實驗目的1.了解電機的轉矩控制；2.了解矢量控制和伺服控制的區別；3.掌握使用S120進行簡單的轉矩控制。二、實驗準備本章5.3實驗二完成后的項目文件，保證硬件設備連接正常，設備上電，連接上調試計算機。177第5章運動控制綜合實訓5.8實驗七轉矩控制三、實驗內容及原理矢量控制方式與伺服控制方式178第5章運動控制綜合實訓5.8實驗七轉矩控制三、實驗內容及原理矢量控制方式與伺服控制方式179第5章運動控制綜合實訓5.8實驗七轉矩控制四、實驗步驟1.建立矢量軸（1）將S120恢復出廠設置，重新自動識別伺服電機建軸，這里要建矢量軸。180第5章運動控制綜合實訓5.8實驗七轉矩控制四、實驗步驟1.建立矢量軸（2）新建的軸就都變成vector。需要注意雙軸驅動器模塊上的兩個電機必須都是同一種電機類型，即同為vector或者同為SERVO181第5章運動控制綜合實訓5.8實驗七轉矩控制四、實驗步驟2.轉矩設置（1）從左側找到torquesetpoints，將additionaltorque1連接到p2900。182第5章運動控制綜合實訓5.8實驗七轉矩控制四、實驗步驟2.轉矩設置（2）將speed/torque置1。該位是做速度轉矩模式選擇，置0是速度模式，置1是轉矩模式。183第5章運動控制綜合實訓5.8實驗七轉矩控制四、實驗步驟3.配置參數P840（1）將p840連接到r722.0，使能電機。184第5章運動控制綜合實訓5.8實驗七轉矩控制四、實驗步驟3.配置參數P840（2）打開專家列表，找到p2900，從1%逐步加大，由于所帶負載不同，轉矩的百分比也不同，本實驗中加到9%就剛好電機轉起來，加到10%電機就會飛車（由于電機幾乎是空載狀態）。185第5章運動控制綜合實訓5.8實驗七轉矩控制四、實驗步驟4.Trace監控電機狀態值（1）打開Trace，將電機的電流，轉矩，轉速，三個變量添加到監控列表內186第5章運動控制綜合實訓5.8實驗七轉矩控制四、實驗步驟4.Trace監控電機狀態值（2）監控后啟動電機，施加阻力后可以觀察到電流轉矩仍保持在原來的震蕩區間沒有明顯變化，轉速明顯變小，撤銷阻力后電機轉速恢復到之前的數值。187第5章運動控制綜合實訓5.8實驗七轉矩控制五、思考1.永磁同步電機的電流與轉矩是什么樣的關系？2.優化電機參數使輸出轉矩更加平穩。188第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試一、實驗目的1.了解虛擬軸的使用原理；2.掌握虛擬軸的建立方法；3.掌握虛擬軸的測試方法。二、實驗準備本章5.3實驗二完成后的項目文件，保證硬件設備連接正常，設備上電，連接上調試計算機。三、實驗內容及原理SIMATIC-CPU中集成了工藝技術和運動控制。189第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟1.建立報文（1）重新建立一個項目，硬件組態后，只識別電機然后配置報文。在S120上單擊右鍵找到Communication-Telegramconfiguration。190第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟1.建立報文（2）伺服軸用的是105號報文。發送和接受都是10個字，顯示的Inputdata和Outputdata都是相對PLC而言的。TM15只用1個輸入字。CU配置2個輸入，2個輸出。191第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟1.建立報文（2）伺服軸用的是105號報文。發送和接受都是10個字，顯示的Inputdata和Outputdata都是相對PLC而言的。TM15只用1個輸入字。CU配置2個輸入，2個輸出。192第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟1.建立報文（3）點選Setupaddresses，配置確認，與硬件組態的配置進行匹配，組態完成后，紅嘆號的位置變為藍色的對勾，地址也自動分配好。193第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟1.建立報文（4）保存編譯，下載。194第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟1.建立報文（5）回到starter的界面，selecttargetdevices，將technology勾選上，單擊ok，再次下載。195第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟2.建立虛擬軸（1）離線后左側欄內找到Insertaxis，雙擊插入虛擬軸，這里選擇了Speedcontrol、positioning。196第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟2.建立虛擬軸（2）選擇電機的形式：linear、rotary；Electrical、Hydraulic、Virtual。單擊Configureunits可以修改單位。單擊Next進入下一步。197第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟2.建立虛擬軸（3）選擇該虛擬軸對應的實軸，以及該電機的轉速和轉矩。198第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟2.建立虛擬軸（4）設置編碼器的各項參數。199第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟2.建立虛擬軸（5）在虛擬軸中配置減速比，左側導航欄找到剛建的Axis_1，在Mechanics選項修改減速比，本教學設備使用的是50：1的減速箱，即電機旋轉50圈，負載轉1圈。電機端寫50。完成修改。200第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟2.建立虛擬軸（6）在線下載剛才的配置。201第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟3.添加變量表202第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟4.使能PQ（1）使能設置203第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟4.使能PQ（2）測試虛擬軸204第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟4.使能PQ（3）啟動、停止虛擬軸205第5章運動控制綜合實訓5.9實驗八工藝軸的添加測試四、實驗步驟4.使能PQ（4）虛擬軸控制結束后，切記，點擊Giveupcontrolpriority，放棄控制優先級，關閉VariableTable的EnablePeripheralOutput。五、思考1.虛擬軸和實軸是如何對應的？206第5章運動控制綜合實訓5.10實驗九基本工藝