南阳理工学院本科生毕业设计学院：电子与电气工程学院专业：电气工程及其自动化学生：指导教师：完成日期 2013 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计基于组态软件的伺服电机监控系统的设计Design of Servo Motor Monitoring SystemBased on Configuration Software总计：29 页表格： 4 个插图： 22 幅南阳理工学院本科毕业设计基于组态软件的伺服电机监控系统的设计Design of Servo Motor Monitoring System Based on Configuration Software学院：电子与电气工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：徐功平学号：1109614077指导教师（职称）：刘峰（讲师）评阅教师：完成日期：南阳理工学院Nanyang Institute of Technology基于组态软件的伺服电机监控系统的设计电气工程及其自动化专业徐功平[摘要]随着现代电子和控制技术的高速发展，交流伺服电机日益成熟，性能不断提升，且能在上位机上实时监控电机的运动轨迹，更能方便检测电机的故障和安全隐患。
本设计介绍了一种基于IFIX组态软件和PLC的电机伺服控制系统。
系统主要有组态软件、PLC、伺服驱动器、伺服电机组成。
其中，以IFIX组态软件作为人机界面，可实现对系统的实时监控，以伺服电动机为控制对象，以驱动器器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构。
这类系统实现对控制网络中电机的正、反转，起、停机，加、减速，及故障报警、历史趋势、数据共享等要求。
结果表明，采用这种控制方案，可以取得良好的控制效果，运行稳定，满足设计要求，因此本设计具有广泛的应用前景与实际意义。
[关键词]监控系统；组态软件；伺服电机；PLC；模拟量Design of Servo Motor Monitoring SystemBased on Configuration SoftwareElectrical Engineering and Automation Specialty XU Gong-pingAbstract:With the rapid development of modern electronic and control technology, ac servo motor is increasingly mature, improve performance, and can real-time monitoring on the upper motor movement, more convenient testing machine failure and safe hidden trouble. This paper introduces a kind of based on IFIX configuration software and Programmable Logic Controller, servo motor control system. System includes configuration software, Programmable Logic Controller, servo driver, servo motor. Among them, the IFIX configuration software as the man-machine interface, which can realize real-time monitoring of system, servo motors as control object, the controller as the core, to power electronic power conversion devices for actuators. Such system to achieve the motor in the control network is, reverse, up, down, add, deceleration, and fault alarm, history trend, data sharing and other requirements. Test results show that adopting this control scheme can achieve good control effect, stable operation, meet the design requirements, therefore this design has wide application prospects and practical significance.Key Words:Monitoring system; configuration software; servo motor ; programmable logic controller; analog quantity目录1引言 (1)1.1 国内外研究现状 (1)1.2 本课题研究意义及前景 (1)2 伺服电机监控系统的概述和方案设计 (2)2.1 伺服电机控制系统现状及趋势 (2)2.2伺服电机系统优点 (3)2.3 系统设计要求和设计方案 (3)2.3.1系统设计要求 (3)2.3.2系统设计方案 (3)3 伺服电动机调速系统设计 (4)3.1 伺服电机调速系统的基本结构图 (4)3.2 伺服电机结构和工作原理 (5)3.2.1交流伺服电动机的组成结构 (5)3.2.2伺服电动机的工作原理 (6)3.2.3伺服电机在位置和速度模式下的运转和调整 (7)3.3 伺服驱动器 (8)3.3.1伺服驱动器控制电路设计 (8)3.3.2伺服电机驱动器调速控制系统及其原理 (8)3.3.3伺服驱动器闭环控制参数设置 (10)3.4伺服电机调速控制系统硬件接线图 (10)3.5 软件设计 (11)4 Step7编程软件概述及组态界面的设计 (13)4.1 S7-200PLC的概述 (13)4.1.1 SIMATIC S7-200PLC系统组成 (13)4.1.2 S7-200PLC功能及通讯 (13)4.2 Step7程序编写 (14)4.3 S7-200PLC的通信 (15)4.3.1 PLC与伺服系统的通信控制 (15)4.3.2 组态软件选择 (16)4.3.3 IFIX与S7-200PLC的通信 (17)4.4 组态界面设计 (18)4.4.1组态监控界面 (18)4.4.2组态变量 (18)5 控制过程及结果分析 (20)5.1 组态控制过程 (20)5.2 系统结果分析 (22)结束语 (24)参考文献 (25)附录 (26)致谢 (29)1引言随着自动化水平的不断提高，越来越多的工业控制场合需要精确的伺服运动控制，因此如何更方便、更准确地实现伺服运动控制和实时监控是工业控制领域内的一个重要问题。
1.1 国内外研究现状国外在这方面已有了较大突破。
例如加拿大的GEMS系统通过对传感器的数据进行优化处理来辅助操作者完成准确的电机诊断。
GEMS监控程序由专家系统分析模块、状态估计处理器和用户接口模块组成。
GEMS装置顾问程序是运行在一台PC机上独立的软件，通过C语言编程来实现数据采集并实现伺服电机传感器数据与GEMS监控程序中的状态估计处理器的通讯来实现监控。
而美国的PDS系统则是通过建立规则知识库来实现监控的。
PDS系统通过对传感器数据进行压缩，然后将数据传送到诊断中心，经诊断后输出以实现监控。
到目前为止，高性能的电机伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。
典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。
目前，国内大部分工厂仅对电机进行具体的、有限的监控。
大多数情况下，老机组仅依靠表盘监控，即使少数新上的机组有微机在线监测装置，进入微机的数据也很有限且没有经过判断和综合分析，因此微机在线监控装置仅能作为信号记录及储存使用。
这样，运行人员仅凭经验来判断电机运行状态的异常现象，难以准确早期发现事故隐患。
从20世纪80年代初开始，各种各样的在线监测装置在船用发电机上得到了推广和应用。
以往，我国用电设备长期以来实施“计划维修”，缺乏针对性，容易造成设备的“过度维修”。
现在，先进的工业国家都转至状态维修也就是“需修时修”。
1.2 本课题研究意义及前景20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。
交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。
90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。
交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。
本设计采用IFIX组态软件开发人机交互界面，利用PLC来完成对伺服驱动器的控制和反馈，实现对控制网络中电机的正、反转，起、停机，加、减速，及故障报警、历史趋势、数据共享等，实现报表的自动生成以及生产的高效管理。
使生产过程操作简单、降低控制、维护成本。
其中伺服驱动器将具有一定电压、电流和频率的电源能量变换为具有可调电压、可调电流或可调频率电源能量起电能变换和控制作用，以检验和变换反馈信号。
控制层根据给定信号和反馈信号产生需要的控制指令和偏差信号。
调节装置用于按照一定规律控制变流装置能量的流动，通过硬件或软件产生满足控制要求的算法或校正量，以提高或校正系统的静态性能。
通过人机交互界面的设计，能够实时监控电机运行状态。
实时监控是与人们息息相关的一个实际问题。
针对这种实际情况，借助PLC 梯形图和接口电路设计一个基于PLC的伺服控制系统设计，更能方便检测电机的故障和安全隐患。
交流伺服电机技术也日益成熟，性能不断提升，并且在上位机上能够实时的监控电机的运动速度，具有控制精度比较高，抗干扰能力强，具有广泛的应用前景与实际意义。
2 伺服电机监控系统的概述和方案设计2.1 伺服电机控制系统现状及趋势从70年代后期到80年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高，交流伺服技术——交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。
交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。
交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要有两大类：永磁同步（SM 型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM型）电动机交流伺服系统。