工業全數字運動控制系統實訓平臺

工業全數字運動控制系統實訓平臺由控制系統和對象模型兩大部分組成。控制系統包含了西門子S7-Technology系列的CPU, IM174接口模塊、ASi接口模塊、以太網模塊、LOGO!模塊以及ASi接口模塊,其集成了PROFIBUS總線技術、ASi總線技術以及運動工藝控制功能。各分系統獨·立安裝于掛件箱中,模塊上的I0端口均引出到面板的實驗導線插口上,相關資源可充分利用。
對象模型由運動小車、同步帶輪傳動機構、步進電機、驅動器、光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、行程開關等組成,通過傳感檢測、PLC編程,可實現多種控制功能。
2、硬件組成
實訓裝置由控制屏、實訓桌、以及各個實訓模塊組件構成。
(1)控制屏
采用鐵質雙層亞光密紋噴塑結構,控制屏上可以掛放兩層掛件。
(2)實訓桌
實訓桌為鐵質雙層亞光密紋噴塑結構,桌面為防火、防水、耐磨高密度板;左右設有兩個大抽屜(帶鎖) ,用于放置工具及資料,設計合理,藍型美觀天方。
(3) ANA06總電源組件
主要由電源總開關、電源指示、總電源保險絲、24V直流穩壓電源等組成,為掛件提供工作電源。(4) ANA10運動控制器實訓組件
主機(CPU315T-2DP)一臺: PLC工作儲存器容量為128K字節,主機集成一個MPI口,最高傳輸速率187.5K/s,主機還集成2個DP口,支持主站和從站設置,最高傳輸速率12M/s,具有技術/運動控制功能。存儲卡(MMC)一個:用于SIMATIC S7-300程序的保存。
接口模塊(IM174)一個:用于將主機的技術/運動控制功能以端子接口的模式連接,可以驅動4個軸。
數字量輸入/輸出(SM323)一個: 16路數字量輸入/輸出;
通訊模塊(CP343-1)一個:用于將S7-300PLC接入以太網。
通訊模塊(CP343-2)一個:用于連接AS-I總線。
(5) ANA20邏輯控制器實訓組件
邏輯控制器(LOGO)一個: 8點輸入, 4點輸出(繼電器)。
AS-I通訊模塊一個:用于將LOGO接入AS-I現場總線。
AS-I電源模塊一個:為AS-I總線提供電源。
(6)運動控制實訓模型
運動控制系統實訓模型由運動小車、同步帶輪傳動機構、步進電機、光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、超聲波傳感器、行程并,等組成,通過傳感檢測、PLC編程,實現運動距離測量、傳動控制、鍵值優化比較行走控制、定句控制、定位控制、報警運行控制、點動控制、位置顯示控制等,能實現小車的精確定位。該系統外觀精美,體積緊湊,重量輕,行程范圍: 0.6米。
(7) РС/MРI下載線
(8) LOGO編程電纜一個
用于對LOGO程序的上下裝。
3、小車對象模型
(1)概述
本小車運動控制系統實訓教學模型由運動小車、同步帶輪傳動機構、步進電機、驅動器、光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、行程開關等組成,通過傳感檢測、PLC編程,實現運動距離測量、傳動控制、鍵值優化比較行走控制、定向控制、定位控制、點動控制、位置顯示控制等,能實現小車的精確定位。
(2)系統配置

①安裝底板:用于安裝各種執行器及控制器的支撐體;
②導軌:用于固定同步帶/輪,牽曳滑塊小車運動及定義滑塊小車的運行軌跡;
③滑塊小車:整套系統的被控對象;

④步進電機及驅動器:整套系統的執行機構,用于帶動被控對象小車;
⑤操作盒:安裝有各種控制輸入及輸出顯示機構;如下圖所示:

⑥傳感器機構:安裝有各種傳感器,例如電感式、電容式、光電式等,用于檢測控制對象的位置信息;
4、主要實驗項目
LOGO!編程
西門子S7300可編程控制器編程
組態王編程
Asi總線應用
基于西門子Technology工藝功能的小車運動控制
基于組態技術的交通燈控制系統設計
基于組態的技術的搶答器控制系統設計
(二)、下位機軟件Step7中的硬件配置及編程以閃爍燈為例進行說明。
1、硬件配置

2.軟件編程

(三)、上位機組態軟件組態王/MCGS應用
1、組態王組態
(1)新建工程
(2)板卡
S7-300(TCP),218.196.11.233:2
(3)數據詞典
新建變量“開關M1.1", "指示燈Q1.1"
(4)畫面建立
(5)變量關聯
開關--M1.1, 指示燈---Q1.1
(6)組態監控運行。

2、MCGS組態
(1)新建工程
(2)設備窗口
設置IP、內部屬性、選定2號槽、建立通道
(3)實時數據庫
新建變量“開關”, “指示燈”
(4)設備窗口右鍵點擊進行通道連接
開關--M1.1, 指示燈--Q1.1
(5)用戶窗口進行畫面組態
設置可見度,填充屬性等。
(6)組態監控運行。

二、基于西門子Technology工藝功能的小車運動控制
1、實驗目的
(1)了解步進電機的工作原理與控制方式。
(2)熟悉西門子S7-Technology運動工藝控制功能。
2、實驗設備

序號	型號	備注
1	工業全數字運動控制實驗平臺
2	對象小車一臺
3	計算機一臺	用戶自備
4	USB LOGO!下載線一根
5	以太網線一根
6	實驗導線	若干

3、實驗內容
(1)實驗線路的連接。
(2)步進電機的1作原理與控制方式的了解。
(3) IM174接口模塊的硬件組態。
(4) S7-Technology 運動工藝功能組態。
(5) 下載程序并驗證。
4、實驗線路
按照下列表所示用實驗導線連接掛件上的各端口

序號	NY10西門子315T掛件	NY15掛件(控制系統連接區)
1	SM323數字量輸入I0.0端口	SM323接口鍵值信號1
2	SM323數字量輸入I0.1端口	SM323接口鍵值信號2
3	SM323數字量輸入I0.2端口	SM323接口鍵值信號3
4	SM323數字量輸入I0.3端口	SM323接口鍵值信號4
5	SM323數字量輸入I0.4端口	SM323接口手動\自動
6	SM323數字量輸入I0.5端口	SM323接口啟動\停止
7	SM323數字量輸出Q0.0端口	SM323接口位置顯示A
8	SM323數字量輸出Q0.1端口	SM323接口位置顯示B
9	SM323數字量輸出Q0.2端口	SM323接口位置顯示C
10	SM323數字量輸出Q0.3端口	SM323接口左行指示
11	SM323數字量輸出Q0.4端口	SM323接口右行指示
12	SM323數字量輸出Q0.5端口	SM323接口報警

表1 NY10掛件與NY15掛件連接

序號	NY13西門子LOGO!掛件	NY15掛件(控制系統連接區)
1	I1端口	LOGO!接口傳感器信號A
2	I2端口	LOGO!接口傳感器信號B
3	I3端口	LOGO!接口傳感器信號C
4	I4端口	LOCO!接口傳感器信號D
5	M端口	LOGO!接口 M

表2 NY13掛件與NY15掛件連接

序號	NY11 IM174運動控制接口掛件	NY15掛件(控制系統連接區)
1	IM174 50針接口綠色線	IM174接口 PULSE端口
2	IM174 50針接口黑色線	IM174接口 GND端口

表3 NY11掛件與NY15掛件連接

序號	NY01 主電源掛件	NY15掛件(控制系統連接區)
1	直流電源 24V 輸出 +	電源 +24V
2	直流電源 24V 輸出-	電源 GND

表4 NY01掛件與NY15掛件連接

序號	對象小車實物	NY15掛件(小車對象連接區)
1	鍵值信號輸出1、2、3、4	鍵值信號輸出1、2、3、4
2	傳感器信號輸出A, B,C,D	傳感器信號輸出A、B、C、D
3	手動/自動	手動自動
4	啟動/停止	啟動停止
5	位置顯示控制輸入A, B、C	位置顯示控制輸入A、B、C
6	CP	步進驅動CP
7	DIR	步進驅動DIR
8	左行、右行指示,報警	左行、右行指示,報警
9	GND	GND
10	+24V	+24V

表5 對象小車實物面板與NY15掛件連接
(一)、硬件配置、程序下載運行

(二)、上位機組態監控