基于多层网络的Q系列PLC三维伺服控制系统研究

摘要

现代工业对运动控制系统的要求越来越高，因而高精度电气系统和高性能自动控制系统应运而生。随着科学技术的快速发展伺服控制系统已经得到越来越广泛的应用，对作为工业设备的重要驱动源之一的伺服系统提出了越来越高的要求，研究和发展高性能伺服控制系统成为共识。目前可编程控制器（PLC）与工业计算机在交流伺服控制的差距越来越小，工业控制系统采用可编程控制器（PLC）与交流伺服单元结合方案成为当今的主流形态。代表着伺服系统发展水平的主导产品-伺服电机、伺服控制器，追求高性能、高速度、数字化、智能型、网络化的驱动控制，以满足用户较高的应用要求十分迫切。本课题正是在这种背景下抓住一种向高性能、高速度、数字化、智能型、网络化方向发展的理念，来实现高层次的应用要求，并重点研究网络化的伺服控制系统。
　　 本文在介绍伺服控制系统的国内外现状和发展趋势的基础上，提出了本课题的系统集成方案，详细论述了Q系列PLC伺服控制系统的软件和硬件的设计、系统三层网络通信的构建和系统远程上位监控系统的设计。本系统采用日本三菱公司生产的大中型Q系列PLC和各种模块以及执行设备按工业级标准建立硬件平台；采用三菱Q系列高性能CPU、定位模块QD74M4、I/O模块、伺服放大器、低惯量交流伺服电机HC-KFS13、专用伺服电缆SSCNET和人机界面A985GOT等组成三维伺服控制系统，能够完成多轴直线插补和圆弧插补运算，正方形、圆、各种艺术字以及组合图案的绘制等，并且通过人机界面可以方便的完成对系统的控制任务；采用了三菱的三层网络控制模式，设备层为SSCNET现场总线网，控制层为MELSEC NET/H网，信息层为以太网Ethernet，实现了伺服系统的网络控制功能；采用了工业组态软件MCGS设计了上位监控系统，通过OPC技术实现了MELSEC NET/H网与组态软件的基于以太网的通讯，实现对各设备层的监控；在此基础上，还采用了MCGS网络版实现了远程监控功能，进一步完善了系统的构成和功能。最后通过实际的演示实验证明本设计的系统能够完成预先设定的技术要求，能够完成插补运算等功能，系统运行稳定、精度高，并且操作方便。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 本课题研究的目的和意义

1.2 伺服控制系统的国内外现状和发展趋势

1.2.1 国外伺服控制系统发展现状

1.2.2 国内伺服控制系统发展现状

1.2.3 伺服控制系统发展趋势

1.3 本课题的来源

1.4 本课题的主要工作

1.5 本章小结

2 基于多层网络的Q系列PLC三维伺服控制的系统集成设计

2.1 运动控制系统的总体方案选择

2.2 基于Q系列运动控制系统的方案选择

2.2.1 方案一基于运动CPU的运动控制系统及其特点

2.2.2 方案二基于定位模块的运动控制系统及其特点

2.2.3 本课题的设计方案选择

2.3 设计的系统集成设计

2.3.1 设计的总体集成

2.3.2 本课题的项目集成设计

2.4 本章小结

3 伺服控制系统的软硬件设计

3.1 Q系列PLC介绍

3.1.1 Q系列PLC的组成

3.1.2 Q系列PLC的功能及特点

3.2 伺服控制的插补原理

3.3 三维伺服控制系统的硬件设计

3.3.1 三维伺服系统的组成

3.3.2 系统执行机构的设计

3.4 三维伺服控制系统模块的地址分配和数据传输

3.4.1 模块的地址分配及通信连接

3.4.2 系统数据传输过程

3.5 三维伺服控制系统软件的设计

3.5.1 软件平台介绍

3.5.2 伺服放大器参数设置

3.5.3 定位模块参数设置

3.5.4 伺服控制系统的PLC的程序设计

3.6 三维伺服控制系统人机界面的设计

3.7 本章小结

4 伺服控制系统多层网络通信的设计

4.1 Q系列PLC网络介绍

4.2 设备层SSCNET总线网的通信实现

4.2.1 三菱SSCNET总线的发展及优点

4.2.2 三菱SSCNET总线网的连接

4.2.3 三菱SSCNET总线网的通信实现

4.3 控制层MELSEC NET/H网的通信设置

4.3.1 MELSEC NET/H网的组成和特点

4.3.2 三菱MELSEC NET/H网络模块介绍

4.3.3 三菱MELSEC NET/H网的通信实现

4.4 信息层以太网的通信设置

4.4.1 以太网的功能和特点

4.4.2 三菱以太网模块介绍

4.4.3 三菱以太网的通信实现

4.5 本章小结

5 伺服控制系统远程上位机监控系统的设计

5.1 工业组态软件MCGS介绍

5.1.1 MCGS组态软件的系统构成

5.1.2 MCGS组态软件的功能和特点

5.1.3 MCGS组态软件的工作方式

5.2 基于MCGS的监控组态设计

5.2.1 绘制三维伺服控制系统画面

5.2.2 伺服系统画面中构件的属性设置

5.2.3 MCGS组态软件的OPC数据交互模式设置

5.3 基于MCGS的运行策略设计

5.3.1 运行策略组态

5.3.2 循环策略组态

5.3.3 用户策略组态

5.4 伺服控制系统的远程监控系统的实现

5.5 本章小结

6 基于远程伺服网络控制系统的综合调试

6.1 本地伺服控制系统的综合调试

6.1.1 伺服执行机构的调试

6.1.2 顺控程序的调试

6.2 伺服控制系统演示实验设计与调试

6.3 远程伺服控制系统的综合调试

6.3.1 MELSEC NET/H网的远程通信调试

6.3.2 上位监控系统远程监控调试

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 全文的总结

7.2 后续的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢