基于PLC的伺服電機位置控制設計

目前自動化控制中的邏輯控制已經(jīng)被越來越多的工藝生產(chǎn)領域所運用，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，對控制器的運動控制也提出了非常精確的要求。伺服電機除了能夠控制伺服系統(tǒng)中的機械部件操作以外，還具有機電時間常數(shù)小、線性度高、很強的抗過載能力的特性。使用西門子S7-1200 PLC為主控制器進行對接，S7-1200 PLC不僅具有良好的抗過載能力，還可以對速度和位置進行高精度控制，能夠很好地改善系統(tǒng)性能和生產(chǎn)效率。

基于PLC伺服電機運動系統(tǒng)論述

作為全新的可編程邏輯控制器，S7-1200 PLC在自動化控制系統(tǒng)中常被用于控制模擬量、位置和速度運動控制模式、編碼器數(shù)值采集、以太網(wǎng)通訊等。伺服電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，具有很強的抗負載能力，需要的脈沖當量更小，精度更高，配備的伺服編碼器的取值直接決定了伺服電機的控制精度。設計出一種利用伺服電機的PLC控制系統(tǒng)，能夠比步進電機控制系統(tǒng)擁有更快的響應速度、更高的精度，通過對控制系統(tǒng)的優(yōu)化，能更好地滿足工藝生產(chǎn)的核心要求，使數(shù)控裝置與PLC主控制器能有效對接。

基于PLC伺服電機運動系統(tǒng)硬件設計

NPN型傳感器

傳感器依據(jù)輸出類型可以分為兩大類，即NPN型和PNP型。NPN型傳感器作為市面上的主流傳感器，其成本低廉、適用范圍廣，在與西門子PLC進行連接時，采用共陽極接法，即1M接口接電源正極，電流從I點流出。文中提到的傳感器是歐姆龍E3Z-D62，所對應的類型是漫反射NPN型。

臺達B2伺服驅(qū)動器

PLC的輸出方式主要有繼電器輸出以及晶體管輸出 。實驗中能夠影響伺服驅(qū)動器的位置分辨率的主要因素是移動速度變量和電子齒輪比變量，因此在PLC上用Q0.0及Q0.1來實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的基礎上，要設定好驅(qū)動器電子齒輪比的方式來讓控制目標準確移動。

臺達B2電子齒輪比的計算公式為：

B/A =? （F×p）/d ×m/n? ? ? ? （1）

式中：F為伺服電機軸旋轉(zhuǎn)一圈所需要的脈沖數(shù)即編碼器分辨率;p為PLC的脈沖當量;d為螺紋上相鄰對應點之間的軸向距離;m/n為機械減速比。

其中對伺服電機圈脈沖設置為10000，臺達B2系列伺服驅(qū)動器內(nèi)置編碼器的分辨精度為160000，自擬定電機每秒鐘轉(zhuǎn)動50圈，因此伺服電機每旋轉(zhuǎn)一圈所發(fā)送的脈沖線圈個數(shù)為旋轉(zhuǎn)編碼器分辨率除以臺達B2電子齒輪比，計算公式為：

CPR=F/（B/A）=F/（（P1-44）?（P1-55））

（2）

式中：P1-44為編碼器分辨率與轉(zhuǎn)速的乘積（分辨率*n轉(zhuǎn)/s）;P1-55為PLC每秒最大發(fā)送脈沖數(shù);

電子齒輪比計算完成后，將P1-00參數(shù)設置為2，表示為脈沖正方向控制;將P1-00設置為00，表示將運動控制模式選定為位置控制模式。

軟件程序組態(tài)

運動軸組態(tài)

為了達到控制目標運動的系統(tǒng)要求，設置好控制目標移動距離參數(shù)、到達最遠距離的限位設置以及到達設定距離之后的緊急停止狀態(tài)記錄。其中，選擇PTO（脈沖A和方向B）作為信號類型，由高速脈沖輸出來控制伺服電機運動軸，電機每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)設置為2000。將參考點設置為軸的上側(cè)，將檢測移動信號設置為遠離原點方向為正方向，同時打開硬件輸入最遠距離開關設置為允許自動反轉(zhuǎn)。

控制結(jié)果

基于臺達B2系列伺服電動機位置控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的S7-1200 PLC對比，新型含有集成化以及Wincc功能組態(tài)的S7-1200 PLC更加強大，能滿足基本所有自動化數(shù)控集成的要求。通過硬件選型、脈沖計算以及軟件組態(tài)編程，最終能實現(xiàn)控制三軸驅(qū)動電機運動的目標，其中調(diào)試運行時的高速脈沖計數(shù)不僅速度快而且穩(wěn)定，并且能同時控制多個運動軸。

結(jié)語

介紹了基于西門子S7-1200 PLC的伺服電機位置運動系統(tǒng)設計，硬件方面選擇并完成了伺服驅(qū)動器的位置接線、NPN傳感器的連接、計算出了驅(qū)動器脈沖輸出量，通過結(jié)合西門子博途軟件，解決了傳統(tǒng)控制方式對交流電機的速度緩慢、準確度低的缺點，實現(xiàn)了S7-1200 PLC對伺服電機精準的運動控制，且系統(tǒng)運行可靠、安全性高。

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本文受到國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（202010201007）支持。

作者簡介：陳成（1996—），江蘇鹽城人，北華大學研究生，主要從事機械電子方面的研究。