淺析PLC對伺服電機(jī)的精確定位控制

陳青

摘 要：伺服電機(jī)在閉環(huán)控制系統(tǒng)中具有控制簡便，控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，本文介紹了PLC對伺服電機(jī)的定位和控制方法

關(guān)鍵詞：PLC：伺服電機(jī)；精確定位

一、PLC的基本知識(shí)

PLC是指數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器，其廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。一方面，PLC穩(wěn)定可靠，使用壽命長，由三菱、西門子等廠家研制的PLC，其MTBF（平均無故障時(shí)間）可達(dá)20萬小時(shí)以上。另一方面，PLC的擴(kuò)展性好，增加相應(yīng)模塊即可實(shí)現(xiàn)多種功能，如AD/DA功能，波形輸出功能，PID模糊控制等。

PLC編程邏輯清晰，簡單易學(xué)，一線技工人員也可熟練應(yīng)用，因此在工業(yè)控制中，應(yīng)用PLC控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)隨處可見。

本文選用日本三菱公司的FX3U晶體管輸出的PLC，可進(jìn)行6點(diǎn)同時(shí)100 kHz高速計(jì)數(shù)及3軸獨(dú)立100kHz的定位功能，并且可達(dá)到通過基本指令0.065us及PCMIX值實(shí)現(xiàn)高速度，完全滿足控制伺服電動(dòng)機(jī)的要求。

二、伺服電機(jī)工作過程概述

伺服電機(jī)又稱執(zhí)行電機(jī)， 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，它將輸入的電壓信號(hào)變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出，輸入的電壓信號(hào)又稱為控制信號(hào)或電壓信號(hào)，改變控制電壓即可變更伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。它主要靠脈沖來定位，伺服電機(jī)每接收1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對應(yīng)的角度，實(shí)現(xiàn)位移。并且由于伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，由此與伺服電機(jī)所接收的脈沖形成一一對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)成閉環(huán)控制。通過這樣的控制過程，控制系統(tǒng)知道自己共發(fā)出了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又接收了多少脈沖回來，于是就能夠精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精確定位。伺服電機(jī)控制系統(tǒng)精度可達(dá)到0.001mm。

伺服電機(jī)在要求精密控制的場所中得到了廣泛的應(yīng)用，其閉環(huán)控制模式，步進(jìn)電機(jī)是無法比擬的。在一些場合，步進(jìn)電機(jī)由于沒有反饋，如果步出現(xiàn)卡死或打滑時(shí)會(huì)出現(xiàn)失步的情況，控制系統(tǒng)是不知道的，從而影響了設(shè)備的傳動(dòng)精度，因此步進(jìn)電機(jī)一般只用于簡單傳動(dòng)或?qū)纫蟛桓叩膱龊稀?/p>

本文選擇三菱公司的HF—KE73W1一S100伺服電動(dòng)機(jī)，與之配套使用的驅(qū)動(dòng)器選用MR—E一70A—KH003伺服驅(qū)動(dòng)器。

三、應(yīng)用PLC控制伺服電機(jī)

3.1 PLC控制伺服電機(jī)原理圖

PLC控制伺服電機(jī)原理如圖1所示。

① PLC引腳說明

PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖如圖1。

原點(diǎn)定位原理如下：原點(diǎn)是為位置控制中的基準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)置好原點(diǎn)位置，后面的位置控制才有意義，因此在定位脈沖發(fā)送前必須進(jìn)行原點(diǎn)控制。當(dāng)發(fā)送原點(diǎn)定位POSORG命令后，電機(jī)開始按參數(shù)設(shè)定的速度加速，然后勻速直到P04光電被感應(yīng)，然后以一個(gè)比較低的速度繼續(xù)運(yùn)行，直到P05光電也被感應(yīng)，此時(shí)原點(diǎn)位置被自動(dòng)記錄在PLC中，以后的位置控制指令，都南這個(gè)原點(diǎn)坐標(biāo)作為參考。

② 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器引腳說明

伺服使能：該引腳為2 4+高電平時(shí)，伺服電機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，否則處于參數(shù)設(shè)置狀態(tài)。

DC12—24：該引腳需要和PLC的24一連接，獲取相同的低電位。

PURSE32：該引腳為位置脈沖發(fā)送的高電位，直接通過一個(gè)2 K電阻連接到PLC的P端

PURSE31：該引腳接受PLC的P40發(fā)出的位置信號(hào)低電平，作為控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的位置信號(hào)。

PURSE34：該引腳為方向脈沖發(fā)送的高電位，直接通過一個(gè)2 K電阻連接到PLC的P端

PURSE33：該引腳接受PLC的P40發(fā)出的位置信號(hào)低電平，作為控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向信號(hào)。

cz信號(hào)：可作為運(yùn)轉(zhuǎn)圈數(shù)的反饋信號(hào)，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，該通道會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖。

③ 電機(jī)引腳說明

由于電機(jī)直接于伺服有相關(guān)配套的連接，無須知道接線過程，因此不具體說明。

3.2 PLC控制伺服電機(jī)流程

第一步：原點(diǎn)定位，發(fā)送POSORG命令。

第二步：位置運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)送POSDST命令，控制電機(jī)每次轉(zhuǎn)動(dòng)制定的角距。

3.3 PLC梯形圖

PLC梯形圖如圖2所示。當(dāng)P0丹關(guān)閉合時(shí)，開始執(zhí)行原點(diǎn)定位命令，此時(shí)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，直到P04光電被感應(yīng)，此時(shí)電機(jī)減速，當(dāng)p05光電被感應(yīng)時(shí)，此時(shí)電機(jī)原點(diǎn)定位結(jié)束，并產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志位F0283，并執(zhí)行D M001命令，該命令將在只在本段程序內(nèi)產(chǎn)生一次mOO1閉合號(hào).因?yàn)樵c(diǎn)結(jié)束標(biāo)志F283會(huì)一直存在，為避免頻繁發(fā)送定位命令，因此這里用了D M001命令，此時(shí)電機(jī)定位開始執(zhí)行，posdst表示從當(dāng)前位置開始向后按制定的速度運(yùn)轉(zhuǎn)制定的角度。

參考文獻(xiàn)：

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