下载文档原格式
单轴液压动力滑台的PLC控制设计引言：单轴液压动力滑台是一种常用于工业生产线中的自动化设备，通过液压系统提供动力驱动滑台运动。
为了实现对滑台的精确控制和自动化操作，通常会使用PLC（可编程逻辑控制器）来进行控制。
本文将介绍单轴液压动力滑台的PLC控制设计，包括系统架构、硬件选型、控制逻辑设计和程序编写等方面的内容。
一、系统架构1.PLC主控单元：一般选用功能强大、稳定可靠的PLC主控单元，常用的有西门子、三菱、欧姆龙等品牌。
根据实际需求选择合适的型号和配置，包括CPU性能、存储容量、通信接口等。
2.输入模块：用于接收外部信号的输入模块，包括接近开关、限位开关、按钮等。
通过输入模块将外部信号转换为PLC可以识别的信号，用于触发相应的控制逻辑。
3.输出模块：用于控制外部执行元件的输出模块，包括液压阀、电磁阀、继电器等。
通过输出模块将PLC输出的信号转换为相应的控制信号，用于控制液压系统的工作状态。
4.液压系统：用于提供动力驱动滑台运动的液压系统，包括液压泵、液压缸、液压阀等。
通过液压系统实现滑台的前进、后退和停止等操作。
5.传感器：用于检测滑台的位置和状态的传感器，包括编码器、光电开关等。
通过传感器实时反馈滑台的位置信息，为控制系统提供实时数据。
6.人机界面：用于操作和监控系统的人机界面，包括触摸屏、按钮等。
通过人机界面实现对滑台的手动操作、参数设置和故障诊断等。
二、硬件选型在进行硬件选型时，需要根据具体的控制需求和预算限制综合考虑。
在选择PLC主控单元时，需要考虑其性能、稳定性和可靠性。
输入输出模块的选择应基于需要接口数量和类型，以及其与PLC主控单元的兼容性。
对于液压系统和传感器的选择，需要根据滑台的实际需求和使用环境来确定。
三、控制逻辑设计在进行控制逻辑设计时，首先需要对滑台的动作进行分析和界定。
常见的动作包括滑台的前进、后退、停止和定位等。
根据不同的动作，设计相应的控制逻辑和流程。
例如，当需要滑台前进时，需要打开相应的液压阀并控制液压泵工作；当需要停止时，需要关闭液压阀和液压泵。
单轴位置控制系统设计
1. 确定控制对象：在单轴位置控制系统中，控制对象是电机和位置传感器。
2. 选取合适的电机：根据实际需求，选择合适的电机。
比如需要控制重负载的场合，可以选择步进电机或直流电机等。
3. 选择合适的位置传感器：根据实际需求，选择合适的位置传感器。
如光电编码器、霍尔传感器等。
4. 设计电路和控制系统：根据控制对象电机和传感器的特性，设计电路和控制系统。
5. 程序编写：根据控制系统的设计，编写相应的控制程序。
6. 调试测试：完成控制系统硬件和软件的开发、安装和调试测试，确保整个系统能够正常工作。
7. 系统优化：在实际使用中，根据控制对象的实际情况，对控制系统进行优化，以达到更好的控制效果。
总之，一个单轴位置控制系统设计需要考虑多个方面，需要具备一定的电路和控制系统设计能力。
数控机床实验报告——单轴电机运动控制实验姓名：学号：一实验目的理解运动控制系统加、减速控制的基本原理及其常见实现方式（T曲线模式、S曲线模式），理解电子齿轮的相关概念和应用范围，掌握实现单轴运动各种运动模式的方法和设置参数的含义二实验设备1.四轴运动开发平台2.GT-400-SV卡一块3.PC机一台三实验步骤3.1 S曲线模式运行实验1. 打开运动控制平台实验软件，点击界面下方“单轴电机实验”按钮，进入单轴运动控制实验界面；2. 在电机选择栏中，选择“1轴”为当前轴，电机控制模式设置为“模拟电压”，表示控制信号为模拟电压；3. 在控制模式选项卡中点击“S曲线模式”，设置S曲线模式参数如下：加加速度 0.0001 Pls/ST^3加速度 0.03 Pls/ST^2速度 10 Pls/ST目标位置 60000 pulse4. 点击开启轴按钮，使电机伺服上电，确认参数设置无误后，点击运行按钮，此时观察到运动控制平台上电机开始运动；5. 单轴运动停止后，观察界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线，曲线如下图（图1）所示。
6. 改变加加速度的参数值，设置参数如下：加加速度 0.001 Pls/ST^3加速度 0.03 Pls/ST^2速度 10 Pls/ST目标位置 60000 pulse7.开启轴，运行电机，界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线如下图（图2）所示。
8.改变加速度的参数值，设置参数如下：加加速度 0.0001 Pls/ST^3加速度 0.2 Pls/ST^2速度 10 Pls/ST目标位置 60000 pulse9. 开启轴，运行电机，界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线如下图（图3）所示。
图1 S曲线模式（加加速度0.0001 加速度0.03）10. 比较并分析不同参数设置对S 曲线运动模式的影响。
① 改变加加速度，比较图1与图2，速度-时间曲线中，当加加速度越大时，加速和减速的时间越短，加速度-时间曲线的峰值越大，速度突变越明显，越容易发生刚性冲击。
工业机器人的运动控制【知识目标】1.掌握机器人运动轴和坐标系。
2.掌握手动操纵机器人的流程和方法。
【技能目标】能够使用示教器熟练操作工业机器人实现单轴运动、线性运动。
【教学过程】一、工业机器人运动轴与坐标系1.机器人运动轴的名称机器人轴是指机器人操作机的轴，目前典型商用工业机器人大多采用六轴关节型。
KUKA机器人6轴分别定义为A1、A2、A3、A4、A5和A6；而ABB机器人则定义为轴1、轴2、轴3、轴4、轴5和轴6。
A1、A2和A3三轴(轴1、轴2和轴3)称为基本轴或主轴，用于保证末端执行器达到工作空间的任意位置；A4、A5和A6三轴(轴4、轴5和轴6)称为腕部轴或次轴，用于实现末端执行器的任意空间姿态。
2.机器人坐标系的种类在大部分工业机器人系统中，均可使用关节坐标系、大地（基）坐标系、工具坐标系和用户坐标系，而工具坐标系和用户坐标系同属于直角坐标系范畴。
A.关节坐标系在关节坐标系下，机器人各轴均可实现单独正向或反向运动。
对于大范围运动，且不要求TCP姿态的，可选择关节坐标系。
B.直角坐标系直角坐标系(世界坐标系、大地坐标系)是机器人示教与编程时经常使用的坐标系之一，所有其他的坐标系均与大地坐标系直接或间接相关。
基坐标系的原点定义在机器人安装面与第一转轴的交点处，X 轴向前，Z 轴向上，Y 轴按右手法则确定。
无论机器人处于什么位置，TCP均可沿基坐标系的X、Y和Z轴平行移动。
法兰坐标系是原点为机器人法兰中心的坐标系，是工具坐标系的参考点。
C.工具坐标系工具坐标系是一个可自由定义，用户定制的坐标系。
工具坐标系的原点定义在TCP点，并且假定工具的有效方向为Z轴(有些机器人厂商将工具的有效方向定义为X轴)，而Y轴、Z轴由右手法则确定，如图1-2-24所示。
工具坐标的方向随腕部的移动而发生变化，与机器人的位姿无关。
因此，在进行相对于工件不改变工具姿态的平移操作时，选用该坐标系最为适宜。
D.用户坐标系用户坐标系为作业示教方便，由用户自行定义的坐标系，它定义工件相对于大地坐标系的位置，如工作台坐标系和工件坐标系，如图所示。
scl 运动控制指令用法SCL（Structured Control Language）是一种用于PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）编程的语言，它用于编写和控制程序的执行顺序。
SCL包含了各种控制指令，用于实现程序的逻辑控制、数据处理和运动控制等功能。
本文将详细介绍SCL运动控制指令的用法，包括单轴运动、连续轴运动、定位运动等内容。
1. 单轴运动单轴运动是指控制一个轴的位置和速度，常用于简单的运动控制场景。
SCL提供了丰富的指令来实现单轴运动控制，其中包括：- MC_MoveAbsolute：绝对位置运动指令，用于将轴移动到指定的绝对位置。
- MC_MoveRelative：相对位置运动指令，用于将轴移动到相对于当前位置的指定位置。
- MC_Stop：停止指令，用于立即停止轴的运动。
以下是一个简单的单轴运动控制程序示例：SCLORG M100MC_MoveAbsolute Axis1, 1000, 500, 500该程序首先在M100位置标记处执行，然后使轴Axis1移动到绝对位置1000，速度为500，加减速度为500。
2. 连续轴运动连续轴运动是指同时控制多个轴进行同步或异步的运动控制。
SCL提供了一系列指令来实现连续轴运动，其中包括：- MC_GroupCreate：创建轴组指令，用于将多个轴组成一个轴组，以便进行同步或异步的运动控制。
- MC_GroupMoveAbsolute：轴组绝对位置运动指令，用于将轴组移动到指定的绝对位置。
- MC_GroupMoveRelative：轴组相对位置运动指令，用于将轴组移动到相对于当前位置的指定位置。
以下是一个简单的连续轴运动控制程序示例：SCLORG M100MC_GroupCreate Group1, Axis1, Axis2MC_GroupMoveAbsolute Group1, 1000, 500, 500该程序首先在M100位置标记处执行，然后创建一个轴组Group1，包含轴Axis1和Axis2，然后将轴组Group1移动到绝对位置1000，速度为500，加减速度为500。
单轴运动控制器设计方案第一章绪论1.1 引言单轴运动控制器,成本低,性能好,参数设计灵活,方便,能在不同位移、速度、加速度下实现步进电机精确、快速、有效的定位控制，有一定市场应用价值。
目前单轴运动控制器在自动流水生产线、小型钻孔设备等生产设备上得到了较好的应用。
可实现自动化操作,本设计具有很大的实用价值。
1.1.1 设计背景与意义自20世纪80年代初期，通用运动控制器已经开始在国外多个行业应用，尤其是在微电子行业的应用更加广泛。
当时运动控制器在我国的应用规模和应用围很小，国也没有厂商开发通用的运动控制器产品。
目前，国的运动控制器生产厂商提供的产品大一致可以分为3类：第一类是以单片机或微处理器作为核心的运动控制器，这类运动控制器运行速度较慢，精度不高，成本相对较低。
在一些只需要低速运动控制和对轨迹要求不高的轮廓控制场合应用。
第二类是以专用芯片(AsIc)作为核心处理器的运动控制器，这种控制器结构比较简单，但是大多数只能输出脉冲信号，工作于开环控制方式。
由于这类控制器不能提供高速连续插补，也没有前赡功能(Look a}lead)，特别是对于大量的小线段连续加工的场合，如模具雕铣加工，就不能使用这类控制器。
第三类是基于Pc总线的以DsP和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器。
这类开放式运动控制器以DsP芯片作为运动控制器的核心处理器，以PC机作为信息处理平台，运动控制器以插卡形式嵌入PC 机，即“Pc+运动控制器”的模式。
这样将Pc机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点。
这类运动控制器充分利用了DsP 的高速数据处理功能和FPGA的超强逻辑处理能力，便于设计出功能完善、性能优越的运动控制系统。
步进电机是开环伺服系统的执行元件，它将脉冲信号转换成直线或角位移，具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲完成，且可获得较高的控制精度，因此在经济型数控机床及自动化设备中得到了广泛的应用。
目前，步进电机的控制方法是多种多样的，有传统方式的，也有采用PLC控制的，而单片机是介于工控计算机和可编程控制器之间的一种新型控制器，它控制功能强，灵活性和适应性好，成本低廉，正逐渐成为步进电机的主要控制装置，使电机的控制方式由模拟控制逐渐让位于以单片机为核心的数字控制。
本文具体讨论了由单片机实现的步进电机的单轴运动控制问题，并结合实例给出实现的方法。
1.1.2 设计任务与要求本设计是基于AT89S52 的单轴运动控制.通过单片机连接步进电机驱动器来控制步进电机并通过数码管显示器显示出来。
工作时，通过选择开关，选定工作方式，键盘输入给定速度,加速度或位置值，从而控制外设进行电机控制调节。
设计容包括单片机测控系统电路原理设计，电路板设计，单片机测控软件设计、软硬件调试等。
单轴运动控制系统的设计包括硬件设计和软件设计两大部分，根据具体情况，硬件设计包括以下模块：主控电路，键盘输入模块，脉冲发生模块，数码管显示模块，复位电路,isp下载电路,电源电路等。
软件设计则主要分为以下几个部分：包括主控程序设计，键盘显示程序设计，控制参数的输入与计算，电机控制程序设计等。
1.1.3 发展现状及前景由于运动控制器的应用围越来越广泛，为了适应新的情况、特定环境和对象，不断会有新的运动规划、多轴插补和控制滤波算法出现。
从我国的经济发展的情况来看，通用运动控制器的应用市场仅仅是刚刚启动。
与美国和欧洲发达国家相比，我国在运动控制器技术开发上政府的投入很少，在该领域没有形成统一的产品标准。
高等院校的教育还没有跟上，没有培养出一大批能够开发和应用运动控制器的人才，使得运动控制器的应用工作受阻，售后技术支持难度加大。
从欧美品牌的功能最完善、最强大；日本和国产的大多数伺服驱动器是执行一个放大器的功能，即称作“Servo Amplifier”，作运动控制时需要接收上位运动控制器发送的脉冲列或者模拟量信号。
而欧美伺服驱动器的位置控制接口一般可以由网络通讯给定，具有强大的独立运动控制的能力，并且具有完备的逻辑控制功能，所以它们往往能够脱离上位运动控制器而独立驱动，这也是造成欧美伺服驱动器价格比日系、国产昂贵的一个原因.国的一些伺服驱动器也提供单轴运动控制的功能，例如数控的 DA98B驱动器，它可以让用户自行编辑单轴运动程序，并按照程序做单轴循环运行及输入、输出信号的处理。
伺服驱动器通过解释程序段中用户编辑的运动指令，将其转换为相应的位置指令、速度指令和相应的IO 点处理[10]。
但实际上伺服驱动器只实现了类似PLC 顺序控制的逻辑功能，并不带有轨迹规划的性质，因而其应用围也受到很大的限制，与国外的产品存在一定的差距。
[1][2][3]1.2 本文的结构本文以单轴运动控制器的设计项目作为应用背景，对步进电机控制及单片机控制显示、输入输出等方面进行了研究。
全文共分为六章，各章的主要容如下：第一章扼要地介绍了单轴运动控制器的概念、特点与相关研究背景；第二章研究了整个单轴运动控制功能及其设计方案；第三章对系统的各个功能模块的硬件设计进行了研究，分为主控电路模块，键盘输入模块，脉冲发生模块，数码管显示模块，复位电路模块,isp下载电路模块,电源电路模块等。
给出了各模块的工作原理、元件选取及硬件连接原理图。
第四章则是根据系统各模块进行软件设计，给出主程序,键盘控制程序,步进电机控制程序等，并绘制系统软件流程图，编写程序。
此外还介绍了Keil开发软件的相关容。
第五章对步进电机与驱动器的控制进行了分析。
第六章总结了全文的研究工作，给出存在的问题和进一步研究的方向。
第二章系统方案提出与设计2.1 系统功能概述本设计以AT89S52为核心，用一片AT89S52单片机控制系统工作。
虽然步进电机已经配备了驱动器，但如果直接将单片机端口和驱动器控制接口相连接，端口电压将被拉到0 V，因此仅靠单片机端口仍旧不能驱动驱动器，必须在单片机系统中增设驱动装置。
本文采用的是专用驱动器，驱动作为高度工业产品，具有可靠性高、驱动能力强、适用性好的特点，而且使用方便。
控制系统主要由单片机、键盘、显示、驱动等4个模块组成，其中PC 上位机用于编写及烧录程序。
控制器通过相应的IO 接口，将控制指令发送至驱动电路，可以控制步进电机的运行，完成系统的单轴控制。
2.2 总体方案设计控制系统可实现以下功能：1、控制步进电机的启动和停止、运行方向、运行速度；2、显示步进电机的运行状态、方向、转速；3、通过软件实现细分控制4、2个硬件限位点(正反向限位)；5、简单的键盘操作及上位机编程两种方式；6、坐标参数支持相对坐标和绝对坐标综上要求，系统硬件电路框图如图所示。
图2.1 单轴运动控制器结构图第三章系统硬件电路设计3.1 单片机系统模块3.1.1 AT89S52特点及特性AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在线可编程Flash 存储器，使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在线可编程，亦适于常规编程器。
在一个芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在线可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：8K字节的Flash，256字节的RAM，32 位I/O 口，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片晶振及时钟电路。
另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件，可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作；掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
[4] AT89S52的主要特性是:●与MCS-51单片机产品兼容●8K字节在系统可编程Flash存储器●1000次擦写周期●全静态操作：0Hz～33Hz●三级加密程序存储器●32个可编程I/O口线●三个16位定时器/计数器●八个中断源●全双工UART串行通道●低功耗空闲和掉电模式●掉电后中断可唤醒●看门狗定时器●双数据指针掉电标识符3.1.2 管脚功能说明AT89S52引脚如图3.1所示图3.1 AT89S52引脚结构图VCC ：电源GND : 接地P0口： P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用，在这种模式下，P0具有部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节，在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，P0口需要外部上拉电阻。
表3.1 P1口第二功能P1口：P1 口是一个具有部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。
对P1 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3.1所示。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
P2口：P2 口是一个具有部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。
对P2 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。
在这种应用中，P2 口使用很强的部上拉发送1。
在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：P3 口是一个有部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P3 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。
对P3 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3.2所示。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
表3.2 P3口第二功能RST：复位输入。
晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
