實務專題報告書

線 性 馬 達 之 位 置 控 制

指 導 老 師： 楊基鑫

專題製作學生：

四技電三甲 蘇哲立 BD104006

四技電三甲 劉祐任 BD104013

中 華 民 國 1 0 7 年 6 月 2 5 日

修 平 科 技 大 學 電 機 工 程 系

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

HSIUPING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

1

摘要

隨著時代的進步馬達的使用更是許多產業所需要的，而如果要從頭開

始製作一組馬達的平台會耗費許多時間與金錢，而此專題是希望以低

成本的方式完成一組以台達中高 PLC( AS300 ) 與台達伺服驅動器

(A2R)為核心的單軸線性馬達平台位置控制系統，並進行人機線上模

擬測試。此專題的執行與落實，也可以強化我們在工具機電控系統的

專業知識與實務技能。在完成此線馬平台之硬體連接之後， 使用 PLC

編輯軟體 ISPSoft 3.02來編輯位置定位控制所需要的程式以及人機

模擬介面的編輯軟體 DOPSoft4.00.01來編輯人機介面設置所需要的

按鈕及面板，因此次專題並沒有人機的硬體設備，所以我使用電腦與

PLC以網路線連接來完成線上人機模擬測試，製作此專題讓我學習到

對線性馬達特性的了解，台達 PLC AS300系列與台達伺服驅動器硬體

的連接，也讓我對 PLC程式與人機介面編輯的軟體有更深入的了解。

2

目錄

目錄……………………………………………2

圖目錄…………………………………………4

第一章 緒論

1-1 研究動機…………………………6

1-2 研究目的…………………………6

1-3 專題內容…………………………7

第二章 硬體元件說明

2-1 線性馬達平台……………………8

2-2 台達伺服驅動器(A2R)…………9

2-3 伺服驅動器面板說明………10

2-3-1 參數設定流程……………10.11

第三章 PLC 程式控制器

3-1 PLC 介紹………………………12

3-2 動作流程………………………13

3-3 PLC編碼介紹………………14

3-4 PLC程式功能塊介紹………16

3-5 PLC主程式……………………21

3

3-6 PLC Initial 初始化…………22

3-7 Run Stop 機台啟動停止.......22

3-8 伺服寸動控制...............23

3-9 設定原點控制...............24

3-10 PLC自動流程...............24

第四章 軟硬體規劃與製作

4-1 硬體設備...................25

4-2 線馬單元說明..............26

4-3 硬體連接..................27

4-4 軟體連接.................30

4-5 人機線上模擬.............31

第五章 專題成果暨操作方法

5-1 專題成果................35

5-2 操作方法................36

第六章 總結

6-1 結語....................37

6-2 參考文獻................38

6-3 使用軟體................38

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圖目錄

圖 1線性馬達外觀圖……………………………8

圖 2伺服驅動器外觀圖…………………………9

圖 3伺服驅動器電源接線圖……………………9

圖 4伺服驅動器面板說明圖……………………10

圖 5 PLC外觀圖…………………………………12

圖 6線馬平台硬體架構圖………………………13

圖 7 PLC編碼介紹(註解 1)……………………14

圖 8 PLC編碼介紹(註解 2)……………………14

圖 9 PLC編碼介紹(註解 3)……………………14

圖 10 PLC編碼介紹(註解 4)……………………14

圖 11 PLC編碼介紹(註解 5)……………………15

圖 12.圖 13 Initial 初始化圖………………16

圖 14 Run Stop 機台啟動停止…………………17

圖 15伺服絕對.相對運動控制…………………18

圖 16伺服參數設定……………………………18

圖 17自動流程…………………………………19

圖 18信號顯示…………………………………20

5

圖 19 PLC主程式………………………………21

圖 20 PLC Initial 初始化……………………22

圖 21 Run Stop 機台啟動停止(主)…………22

圖 22圖 23伺服寸動控制……………………23

圖 24設定原點控制……………………………24

圖 25 PLC自動流程……………………………24

圖 26硬體設備圖………………………………25

圖 27線馬各單元說明…………………………26

圖 28 PLC 配線規格圖…………………………27

圖 29系統架構圖………………………………28

圖 30伺服驅動器連接圖………………………29

圖 31 PLC與 PC連接方法………………………30

圖 32人機介面設置圖…………………………31

圖 33人機模擬與 PLC連接方法………………32

圖 34.圖 35人機模擬與網路連接方法………33

圖 36.圖 37人機模擬與網路連接方法………34

6

第一章 緒論

1-1 研究動機

本實務專題的研究動機即為強化國產工具機控制器的技術提升之

前提下，希望使用台達中高階 PLC ( AS300 ) 來設計與製作一個單軸線性

馬達平台之位置控制系統。預計採用先有之單軸線性馬達平台搭配台達電

伺服馬達驅動器。專題的執行將包含單軸線性馬達平台相關硬體接線的整

理並重新進行配線設計，然後再與 PLC連接並進行控制系統軟硬體測試。

1-2研究目的

以低成本的方式完成一組以台達中高階 PLC ( AS300 ) 與台達伺服驅

動器(A2R)為核心的單軸線性馬達平台位置控制系統，並進行人機線上模擬

測試。此專題的執行與落實，可以強化我們在工具機電控系統的專業知識

與實務技能。

7

1-3專題內容敘述

執行期限內預期完成之工作項目

(1)單軸線性馬達平台位置控制系統之硬體配線

設計

(2)台達高階 PLC與單軸線性馬達平台硬體的順

利連接與軟硬體測試

(3)ISPSoft 3.02 (PLC編輯軟體) DOPSoft

4.00.01 (人機編輯軟體) 軟體練習

(4)電腦模擬人機介面控制

(5)單軸線性馬達平台完成裝置，電源啟動時先 將 Servo ON解除，將線

馬平台移動到設好之原點，當 Servo ON啟動時，在設定原點之後，可以完

成位置定位控制

8

第二章 硬體元件說明

2-1 線性馬達(HIWIN LMCC)

HIWIN LMC同步線性馬達，質輕，且具有極佳的動態特性。這是由於

動子沒有鐵心，線圈採用特殊方式封裝，所以運動只需負擔一點本身重量。

二次側則是由永久磁鐵所造的 U形定子所組成。

優點:

(1)極佳動態特性

(2)優秀的同步及高速協調

(3)小慣量.高加速

(4)安裝體積小

(5)無頓力

(6)同一運動軸可搭配多個動子

圖(1)

9

2-2台達伺服驅動器(A2R)

此驅動器有提供位置、速度、扭矩(推力)三

種基本操作模式，可使用單一控制模式，即

固定在一種模式控制，也可選擇用混合模式

來進行控制

圖(2)

圖(3)

10

2-3伺服驅動器面板說明

2-3-1 參數設定流程

(1) 驅動器電源投入時，顯示器會先持續顯示監視變數符號約一秒鐘。然

後才進入監控模式。

(2) 按 MODE 鍵可切換參數模式→監視模式→異警模式，若無異警發生則

略過異警模式。

(3) 當有新的異警發生時，無論在任何模式都會馬上切到異警顯示模式下，

按下 MODE 鍵可 切換到其他模式，當連續 20 秒沒有任何鍵被按下，則會

自動切換回異警模式。

(4) 在監視模式下，若按下 UP 或 DOWN 鍵可切換監視變數。此時監視變

圖(4)

11

數符號會持續顯示 約一秒鐘。

(5) 在參數模式下，按下 SHIFT 鍵時可切換群組碼。UP／DOWN 鍵可變更

後二字元參數碼。

(6) 在參數模式下，按下 SET 鍵，系統立即進入編輯設定模式。顯示器同

時會顯示此參數對 應之設定值，此時可利用 UP／DOWN 鍵修改參數值，或

按下 MODE 鍵脫離編輯設定模 式並回到參數模式。

(7) 在編輯設定模式下，可按下 SHIFT 鍵使閃爍字元左移，再利用 UP／

DOWN 快速修正較 高之設定字元值。

(8) 設定值修正完畢後，按下 SET 鍵，即可進行參數儲存或執行命令。

(9) 完成參數設定後，顯示器會顯示結束代碼「SAVED」，並自動回復到參

數模式。

12

第三章 PLC 程式控制器

3-1 PLC 介紹 (台達 AS300系列)

此專題使用 AS300系列-AS324MT

圖(5)

13

3-2 線馬平台硬體架構圖

電源線 無熔絲開關

PLC PC

伺服驅動器

線性馬達平台

圖(6)

14

3-3 PLC編碼介紹(註解)

圖(7)

圖(8)

圖(9)

圖(10)

15

圖(11)

16

3-4 PLC程式功能塊介紹

Initial 初始化

圖(12)

圖(13)

17

Run Stop 機台啟動停止

圖(14)

18

伺服絕對.相對運動控制

伺服參數設定

圖(15)

圖(16)

19

自動流程

圖(17)

20

信號顯示

圖(18)

21

3-5 PLC主程式

圖(19)

22

3-6 PLC Initial 初始化

3-7 Run Stop 機台啟動停止

圖(20)

圖(21)

23

3-8 伺服寸動控制

圖(22)

圖(23)

24

3-9 設定原點控制

3-10 PLC自動流程

圖(24)

圖(25)

25

第四章 軟硬體規劃與製作

4-1 硬體設備

端子台 台達 PLC (AS300)

台達伺服驅動器(A2R) 線性馬達

三相電源開關 PLC IO 板 圖(26)

26

4-2 線馬各單元說明

單軸線性

馬達平台

PLC程式

設計

機械結構

控制器

人機 HIMI

介面設計

自動流程控制

寸動前進後退控制

相對運動控制

絕對運動控制

線性馬達

台達 PLC控制器

台達伺服驅動器

圖(27)

27

4-3 硬體連接

PLC 配線規格圖

圖(28)

28

系統架構圖

電源

線性馬達

PLC

伺服 IO

伺服驅

動器

PLC IO(1) PLC IO(2)

圖(29)

29

伺服驅動器連接圖

上位控制器

電磁接觸器 MC

電源

無熔絲斷路器 NFB

線性馬達

圖(30)

30

4-4 軟體連接

PLC與 PC連接方法

步驟 1.

點選 ISPSoft上列工具列點選通訊設定

步驟 2.

進入通訊設定將通訊通道設定與 PLC連接的位置

圖(31)

31

4-5 人機線上模擬

人機介面設置圖

圖(32)

32

人機模擬與 PLC連接方法

步驟 1.

點選 DOPSoft上列選項設定通訊參數

步驟 2.

因人機模擬是由網路線連接.因此點選 Ethernet1

步驟 3

將 PLC位址及通訊埠輸入至控制器 IP :通訊埠

(192.168.1.5 : 502)

圖(33)

33

人機模擬與網路連接方法

步驟 1.右鍵點選網路選擇內容

步驟 2.選擇變更介面卡設定.右鍵點選乙太網路內容

圖(34)

圖(35)

34

步驟 3.

選擇網際網路通訊協定第 4版(TCP/IPv4)

將 IP位址設為人機 IP位址 (192.168.1.99)

圖(36)

圖(37)

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第五章 專題成果暨操作方法

5-1 專題成果

● 採用上銀線性馬達(HIWIN LMCC)，需要重新整理硬體配線，因此需要蒐

集線性馬達與伺服驅動器 A2R之硬體技術資料，分析硬體接線型態，以及

與台達的 PLC控制器(AS300系列)的連接配線。

● 已能夠完成電源啟動時先將 Servo ON解除，將線馬平台移動到設好之機

械原點，當 Servo ON啟動時，在設定原點之後，可以完成位置定位控制，

控制內容有寸動前進後退控制.相對運動控制.絕對運動控制.自動模式控

制，並且能夠與電腦(PC)連接進行線上模擬人機測試，在這些控制中也能

設定速度(mm/s)及移動距離(mm)。

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5-2 操作方法

1.啟動:電源啟動時先將 Servo ON解除，將線馬平台移動到設好之機械原

點，當 Servo ON啟動時，在設定原點之後，即可進行位置定位控制。

2.寸動控制:先設定寸動控制之速度(mm/s)後，可開始進行寸動前進及後退

控制。

3.相對運動控制: 先設定相對運動之移動距離(mm)，再輸入移動時的速度

(mm/s)，即可進行相對運動控制。

4.絕對運動控制:先設定好所要移動之位置距離，再輸入移動時的速度

(mm/s)，即可進行絕對運動控制。

5.自動模式:先設定好移動速度(mm/s)，再設定間隔時間(ms)，最後輸入要

移動之距離(mm)，即可開始自動模式。

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第六章 總結

6-1 結語

藉由學長及老師從專題開始製作到現在的指導及講解，讓我對於線性馬達

以及伺服驅動器的使用有更多的了解，也因為這段時間學長的指導讓我們

對讓馬達驅動的接線和原理都精進了不少，上半學期我學到的還是馬達以

及伺服驅動器的基本使用方法與接線，這對完成此專題是很有幫助的基本

功，讓我們這學期專題順利地執行，我們已經完成 PLC控制器的程式練習

以及線性馬達平台的接線配置.各種位置運動控制.人機線上模擬也測試成

功，製作此專題不僅可以精進 PLC控制器的程式設計，也可以讓我們對馬

達及伺服驅動器有更多的了解，更重要的是以後去實習或出社會工作時都

可以讓自己更具備競爭力，也謝謝老師學長用心的指導我們。

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6-2 參考文獻

台達 PLC AS系列快速入門手冊

台達 PLC AS系列硬體手冊

台達 PLC AS系列程式手冊

台達 PLC AS系列模組手冊

台達 PLC AS系列操作手冊

ISPSoft軟體使用手冊

上銀線性馬達技術手冊

台達廣用多機能伺服驅動器 ASDA-A2R系列應用技術手冊

6-3 使用軟體

• ISPSoft 3.02

• DOPSoft 4.00.01