PLC控制伺服電機應用設計

郭亮+秦永晉

摘 要：自可編程控制器應用以來，其在工業(yè)生產中的應用越來越廣泛。因為可編程控制器具有一定的可靠性能與安全性能，能夠對電機進行有效控制，從而確保電機在運行過程中不會受到干擾，使其平穩(wěn)運行。隨著可編程控制器的應用范圍不斷擴大，可編程控制器中伺服電機的應用設計得到了一定的發(fā)展。文章主要對可編程控制器與伺服電機進行分析，對可編程控制器控制應用進行分析，并對其應用設計進行探討，為相關PLC設計提供參考。

關鍵詞：應用設計；可編程控制器；伺服電機

中圖分類號：TN02 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0110-02

近年來，由于科學技術的不斷發(fā)展，伺服技術逐漸趨于成熟，已經逐漸應用到很多自動控制和智能控制領域中，是當前自動化設備等現代裝備中不可忽視的一種技術。與一般的變頻調速電機相比，伺服電機能夠對速度進行精確的控制，對其角度位置進行精確掌控。將PLC技術應用于伺服電機控制系統(tǒng)中，能夠對伺服電機的穩(wěn)定性能、可靠性能等起到一定的促進作用。隨著伺服電機控制系統(tǒng)的不斷研究與應用，其整體性能的提高是必然趨勢。因此，對PLC控制伺服電機應用設計進行研究是很有必要的，對伺服電機控制系統(tǒng)的發(fā)展具有一定的重要意義。

1 PLC與伺服電機

PLC主要是通過數字運算操作進行控制的一種裝置，被稱之為可編程控制器，主要是用來應對工業(yè)環(huán)境而研發(fā)出來的一種控制裝置。PLC包含了計算機技術、通信技術和自動控制技術，可以通過可編程存儲器進行信息存儲，核心部分是微處理器。將可編程控制器應用于工業(yè)生產中，能夠對生產過程進行精確控制。該控制器可以通過開關量與模擬量的輸出與輸入功能達到控制生產過程的目的。可編程控制器主要由存儲器、微處理器、編程器、輸入輸出部件等組成。其中存儲器分為用戶存儲器與系統(tǒng)存儲器，用戶可以通過用戶存儲器進行編寫程序的存儲，系統(tǒng)存儲器可以存儲系統(tǒng)程序。微處理器屬于可編程控制器的核心組成部分，能夠通過微處理器進行工作，比如PLC的水平與運行速度，都和微處理器的運行質量有著密切的聯系。編程器可以通過微處理器與接口進行通信，具備調入用戶程序，寫入程序、檢查程序等功能，可以實時監(jiān)測可編程控制器的工作狀況。輸入輸出部件能夠實現與外界之間的信息傳遞與交換。通過微處理器與輸入部件進行信息交換與傳遞，從而使可編程控制器能夠穩(wěn)定運行。

傳統(tǒng)電機控制中，電子部件體積與數量都十分龐大，其中需要用到的觸點、線路、設備等都相對復雜，穩(wěn)定性、可靠性較低。而可編程控制器對觸點與布線的應用相對較少，具有一定的抗干擾能力，能夠降低故障發(fā)生頻率，使電機的穩(wěn)定性能與可靠性能得到顯著提升。因此，與傳統(tǒng)電機相比，可編程控制器更有發(fā)展?jié)摿?，值得應用與推廣。

伺服電機有交流電機與直流電機兩大類，該電機能夠對數字脈沖信號進行轉換，將其轉換成角速度或者機械角位移，屬于一種轉換元件。無論是停止、運行，還是其他運行方式，伺服電機都可以通過少數脈沖進行控制，且控制精度相對較高，因此伺服電機的控制性能很好，能夠滿足生產制造工業(yè)對生產過程控制的需求。當脈沖電源供電之后，伺服電機便開始進入運行狀態(tài)，運行過程中輸入脈沖與轉子步數之間存在正比關系。因為伺服電機的動態(tài)響應與控制性能等都很好，所以在進行旋轉方向轉變時，可以通過改變工作方向信號或者輸入脈沖順序實現。

2 PLC控制應用分析

可編程控制器的控制應用主要有過程控制、模擬量控制、開關量控制、運動控制等。過程控制主要是對模擬量進行控制，比如說流量、溫度、壓力等模擬量。過程控制需要通過計算機技術與編寫控制算法程序進行閉環(huán)控制，其在鍋爐控制和化工控制等方面的應用十分廣泛，能夠起到很大的作用。模擬量控制主要是對模擬量進行監(jiān)控，通過模擬量與數字量模塊配置之間的轉換達到控制模擬量的目的。開關量控制屬于邏輯控制，能夠使可編程控制器的控制應用向更高層次發(fā)展。開關量控制主要應用于多集群流水線或者單臺流水線控制，對生產效率的穩(wěn)定性能與工作效率都能起到一定的推動作用。

運動控制主要是對圓周運動或者直線運動進行控制。由于近年來對運動控制的研究相對較多，所以已經擁有了一套比較完備的運動控制模塊，且在各領域的應用十分廣泛。其中三相異步電動機與雙速電機的啟動都可以通過PLC控制運動來實現。三相異步電動機主要是知識正常運行狀態(tài)下，電動機的額定電壓與電源線的電壓是一致的，繞組連接方式屬于三角形連接。電子定子繞組可以通過星形連接起來，當電機轉速達到某一閾值時，定子繞組方式就會轉變成三角形方式，也就是所謂的星形-三角形降壓啟動。在實際工業(yè)生產制造中，機械設備的輸出速度并不是單一出現的，需要不同的輸出速度來滿足生產制造的特定要求。而在單速電動機中應用機械變速系統(tǒng)配置，能夠對速度進行轉變，從而達到輸出速度不同的特定需求。當機械尺寸在應用過程中受到限制或者速度需要連續(xù)可調時，可以將多速交流電動機應用其中。

3 PLC應用設計探討

3.1 系統(tǒng)設計方案探討

對伺服電機和可編程控制器系統(tǒng)特點進行分析可知，系統(tǒng)設計方案可以分為四個部分。（1）電源部分。系統(tǒng)電源運行可以選擇AC220V進行電力支持，電源開關可以選擇DC24V，從而對伺服控制信號與可編程控制器控制信號等進行供電。（2）控制部分?？刂骗h(huán)節(jié)是整個系統(tǒng)運行的關鍵部分，在進行控制部分設計時需要以可編程控制器為核心，對設備、用戶之間的信號傳遞方式進行設計，便于用戶通過信號進行信息傳遞。然后以事先安排好的程序邏輯向伺服驅動器發(fā)送控制信號，從而達到對伺服電機控制的目的。（3）設備精度部分。在進行設備精度設計時，應該對最大脈沖頻率進行考慮，確保伺服電機能夠對最大脈沖頻率進行接受，不會對編碼器的精度和伺服電機的響應性能產生影響。（4）執(zhí)行部分。執(zhí)行部分主要是通過執(zhí)行電機拖動設備工作。在進行執(zhí)行部分設計時，半閉環(huán)控制可以通過編碼器反饋信息給驅動器來實現，也可以在計息終端執(zhí)行機構上設計反饋部件比如編碼器或者光柵尺等，從而與PLC進行信息反饋，達到全閉環(huán)控制。endprint

3.2 系統(tǒng)細節(jié)處理探討

系統(tǒng)細節(jié)處理主要是對伺服電機與可編程控制器進行細節(jié)設計。（1）伺服電機。伺服電機的主要任務進行能量轉換，所以需要對其結構進行簡單設計，確保伺服電機的轉換效率能夠達到應用要求。伺服電機在控制系統(tǒng)中主要是起到執(zhí)行作用，可以通過已經設置好的特定指令進行信息的轉換與控制，從而對伺服電機的運行速度與運行方向等進行改變。在進行伺服電機設計時，需要對其有效與便捷等因素進行考慮，選取符合要求的伺服系統(tǒng)。比如MINSA A系列交流伺服系統(tǒng)就可以作為伺服系統(tǒng)，其內部DSP有32位?？刂品绞椒矫婵梢栽O計成IC-BTPWM，該控制方式占用的體積相對較小，擁有的響應速度較快，已經應用在很多領域，比如數控領域、機械領域、紡織領域等。（2）可編程控制器。在進行可編程控制器尺寸大小設計時，可以從系統(tǒng)設計的使用性能與美觀效果等方面考慮。比如可以選擇松下FPO系列可編程控制器作為應用設計，該編程控制器的尺寸相對較少，安裝時并不需要占用太大的面積，可以將其安裝在控制面板上或者一些小的機械設備上。隨著可編程控制器研究的不斷深入，可編程控制器的兼容性問題越來越突出。相關設計人員在進行可編程控制器設計時應該對其兼容性問題進行考慮，可以通過單排觸頭或者單元表面控制器對擴展單元進行轉變，將其設計成層疊系統(tǒng)。此設計方法并不需要應用到壁板或者特殊擴展電纜。

3.3 控制系統(tǒng)設計探討

控制系統(tǒng)設計主要包括位置控制設計、速度控制設計、精度控制設計、增益控制等方面。（1）位置控制。位置控制設計主要是對位置指令進行追蹤，對負載空間位移進行控制、觀察，然后做出調整。而在信息控制過程中，需要通過反饋控制系統(tǒng)來實現位置指令信號傳遞，利用電子齒輪對其進行分頻處理，對脈沖進行調整。所以在設計位置控制時，需要對反饋控制系統(tǒng)、電子齒輪、編碼器等設備進行考慮，確保應用設計能夠滿足對位置的控制要求。（2）速度控制。速度控制主要是對速度進行改變。速度控制主要是通過反饋控制系統(tǒng)對指令信號進行傳遞，然后對信號進行模擬處理，從而對伺服電機速度進行控制。（3）精度控制。在進行精度控制設計時，可以選擇增加通信控制，從而使伺服驅動能夠對發(fā)送指令做出正確相應，達到對系統(tǒng)精確控制的目的。（4）增益控制。增益控制對伺服電機的正常運行具有一定的重要意義，當前對增益的控制可以通過手動調整或者自動調整來實現。在進行自動調整設計時，可以將負載慣量與平時關量之間比值設計在三倍到二十倍之間，并對機械固有頻率進行設計，防止機械頻率過低對伺服系統(tǒng)特性造成影響。

4 結束語

綜上可知，由于伺服電機具備一定的控制精度，所以其在各領域中的應用逐漸廣泛。而將可編程控制器應用于伺服電機系統(tǒng)中，能夠使整個控制系統(tǒng)的性能得到提升。因此，相關設計人員應加強PLC在伺服電機中的應用設計研究。

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