运动控制技术

前　　言
运动控制（Motion Control）是自动化的一个分支，它与过程控制（Process Control）一起构成了自动化应用的两个重要方向。运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。随着机器制造业的产业升级，大量以运动控制为核心的机器设备在各个行业的应用飞速发展，例如，数控机床、胶印设备、绕线机、玻璃加工机械和包装机械等，这就对高职电气自动化技术、机电一体化技术等专业学生在运动控制方面的技术及技能提出了更高的要求。
本书的内容编排分三部分：部分的重点是介绍三菱FX系列PLC及三菱GOT1000触摸屏的使用方法，由“第1章　三菱FX系列PLC”和“第2章　三菱GOT1000触摸屏及应用”构成，主要是以三菱FX3U系列PLC为例，同时结合触摸屏，介绍了PLC控制器硬件接线及常用指令，为后续使用触摸屏与PLC构成运动控制系统打下基础；第二部分的重点是介绍三种常用的运动控制系统，由“第３章　运动控制基础知识”“第４章
三相异步电动机的变频调速”“第５章　步进电动机控制系统”及“第６章　伺服电动机控制系统”构成，主要介绍了运动控制的基本概念，交流变频调速控制系统的多段速及模拟量控制的调速方案，由步进电动机及伺服电动机构成的定位控制系统的速度及位置控制方案；第三部分的重点是速度控制及定位控制的工程案例，由“第7章　综合应用”构成，读者可在第二部分完成后，结合平版印刷机、自动灌装机、自动剪板机、攻丝机实际项目学习运动控制系统集成的方法。
本书由倪志莲、严春平担任主编，宋耀华、吴至钧参加编写。吴至钧编写了第1、2章，倪志莲编写了第3、4章并对全书进行统稿，宋耀华编写了第5、6章，严春平编写了第7章。在编写过程中查阅了网上论坛的相关文章，参考及引用了国内外许多专家、学者及工程技术人员出版的著作、教材及三菱自动化公司的产品使用手册等资料，编者在此一并表示感谢。
由于编者水平有限，书中难免存在不足及错误，希望广大读者能够给予批评、指正，编者将不胜感谢。

编　者

本书面向工程应用，采用了以FX3U PLC、E700系列变频器、MR-J3系列伺服驱动器为核心组成的各种不同类型的运动控制系统，从简到繁，从理论到实践，介绍了运动控制的基本概念、变频调速控制系统、步进及伺服控制系统的组成、驱动器参数设置及使用、PLC编程及应用等相关内容。
本书是在运动控制技术课程教学改革基础上，经过多年学做一体教学实施的积累下编写的。本书内容简明、结构严谨、案例丰富、实践性强，适合作为高职电气自动化技术、机电一体化技术、工业机器人技术及智能控制技术相关专业运动控制课程教材，也适合从事运动控制技术的工程技术人员自学及培训使用。
为方便教学，本书配有电子课件等，凡选用本书作为授课教材的老师，均可来电（010-88379375）索取或者登录www.cmpedu.com注册下载。

目　　录
前言
二维码索引
第1章　三菱FX系列PLC 1
1.1　三菱FX系列PLC的硬件及接线 1
1.1.1　三菱FX系列PLC的
基本单元 1
1.1.2　三菱FX3U系列PLC的扩展
单元和扩展模块 4
1.1.3　三菱FX系列PLC的I/O接线 5
1.2　三菱FX系列PLC的基本指令 7
1.2.1　三菱FX系列常用编程元件
及数据结构 7
1.2.2　位逻辑指令编程 10
1.2.3　定时器、计数器指令编程 13
1.3　三菱FX系列PLC的应用指令 16
1.3.1　程序控制类指令 17
1.3.2　算术运算类指令 19
1.3.3　传送比较类指令 20
1.3.4　浮点数处理指令 22
1.3.5　其他常用指令 24
1.3.6　基于GX Works2的仿真案例 24
1.4　PLC的顺序控制程序设计 26
1.4.1　顺序功能图 26
1.4.2　三菱PLC的顺序功能图（SFC）编程 27
习题 37
第2章　三菱GOT1000触摸屏
及应用 39
2.1　三菱触摸屏简介 39
2.1.1　三菱GOT1000触摸屏的型号
及分类 39
2.1.2　GT1155触摸屏硬件介绍 40
2.1.3　主菜单的显示操作 42
2.2　三菱DT-Designer3画面制作
软件的使用 43
2.2.1　软件界面构成 43
2.2.2　画面编辑界面介绍 45
2.2.3　画面的编辑 47
2.2.4　触摸屏仿真 51
2.2.5　触摸屏工程下载 53
习题 54
第3章　运动控制基础知识 55
3.1　运动控制系统概述 55
3.1.1　运动控制系统的发展 55
3.1.2　运动控制系统的组成 57
3.1.3　常用运动控制系统的构成 58
3.2　交直流调速系统 59
3.2.1　直流调速系统 59
3.2.2　交流调速系统 61
3.3　定位控制简介 63
3.3.1　定位控制方式 63
3.3.2　PLC定位控制系统的组成 65
3.3.3　定位控制脉冲的输出方式 66
3.4　脉冲当量与电子齿轮比 67
3.4.1　脉冲当量 67
3.4.2　电子齿轮比 69
3.5　常用运动控制检测元件 71
3.5.1　旋转变压器 72
3.5.2　编码器 74
3.6　定位控制运行模式 77
3.6.1　相对定位和定位 77
3.6.2　机械原点和电气原点 78
3.6.3　常用定位模式 78
习题 80
第4章　三相异步电动机的
变频调速 82
4.1　三菱E700系列变频器 82
4.1.1　变频器的结构 82
4.1.2　变频器的外部接线及
操作面板 86
4.1.3　变频器的常用参数 91
4.1.4　变频器的控制方式 92
4.2　三菱PLC控制变频器实现
三段速调速 95
4.2.1　三菱PLC与变频器的连接 95
4.2.2　三菱PLC控制变频器的
程序设计 96
4.3　三菱PLC控制变频器实现
无级调速 99
4.3.1　三菱PLC扩展模块的
连接及读写指令 99
4.3.2　FX2N-2AD的基本使用 100
4.3.3　FX2N-2DA的基本使用 104
4.3.4　三相异步电动机的
模拟信号变频调速 108
习题 110
第5章　步进电动机控制系统 112
5.1　步进电动机的种类、结构及
工作原理 112
5.1.1　步进电动机的种类 112
5.1.2　步进电动机的结构及
工作原理 113
5.1.3　步进电动机的主要参数 116
5.2　步进电动机驱动器 116
5.2.1　步进电动机驱动器的组成 117
5.2.2　步进电动机驱动器
细分原理 117
5.2.3　步进电动机驱动器的
接线方法 118
5.2.4　SJ-2H057MSA型
步进驱动器 120
5.3　步进电动机的定位控制 122
5.3.1　FX系列高速脉冲
输出指令 123
5.3.2　步进电动机定位控制系统
硬件设计 126
5.3.3　步进电动机定位控制系统
程序设计及调试 127
习题 129
第6章　伺服电动机控制系统 131
6.1　伺服电动机的结构及
工作原理 131
6.1.1　直流伺服电动机 131
6.1.2　交流伺服电动机 132
6.2　三菱MR-J3系列伺服驱动器 134
6.2.1　伺服驱动器的结构与
基本原理 134
6.2.2　三菱MR-J3系列伺服
驱动器接口 135
6.2.3　三菱MR-J3系列伺服
驱动器的参数设置 141
6.3　伺服系统的应用 150
6.3.1　常用三菱定位控制指令 150
6.3.2　伺服驱动器的试运行 155
6.3.3　速度伺服系统的应用 157
6.3.4　位置伺服系统的应用 161
6.3.5　转矩伺服系统的应用 163
习题 167
第7章　综合应用 169
7.1　平版印刷机控制系统的
安装与调试 169
7.1.1　平版印刷机的工作原理 169
7.1.2　系统方案设计 170
7.1.3　电气设计及安装 171
7.1.4　HMI组态设计 172
7.1.5　PLC程序设计 173
7.1.6　整体调试及要求 175
7.2　自动灌装机控制系统的
安装与调试 175
7.2.1　自动灌装机的工作原理 175
7.2.2　系统方案设计 176
7.2.3　电气设计及安装 177
7.2.4　HMI组态设计 177
7.2.5　PLC程序设计 178
7.2.6　整体调试及要求 179
7.3　自动剪板机控制系统的
安装与调试 180
7.3.1　自动剪板机的工作原理 180
7.3.2　系统方案设计 181
7.3.3　电气设计及安装 182
7.3.4　HMI组态设计 183
7.3.5　PLC程序设计 183
7.3.6　整体调试及要求 185
7.4　攻丝机控制系统的
安装与调试 185
7.4.1　攻丝机的工作原理 185
7.4.2　系统方案设计 186
7.4.3　电气设计及安装 187
7.4.4　HMI组态设计 188
7.4.5　PLC程序设计 188
7.4.6　整体调试及要求 190
习题 191
附录 196
附录A　FX3U系列可编程控制器应用指令总表 196
附录B　FX3U可编程控制器定位控制相关软元件及含义 208
参考文献 210