浅析PLC对伺服电机的精确定位控制

陈青

摘 要：伺服电机在闭环控制系统中具有控制简便，控制精度高等优点，本文介绍了PLC对伺服电机的定位和控制方法

关键词：PLC：伺服电机；精确定位

一、PLC的基本知识

PLC是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，其广泛应用于工业生产。一方面，PLC稳定可靠，使用寿命长，由三菱、西门子等厂家研制的PLC，其MTBF（平均无故障时间）可达20万小时以上。另一方面，PLC的扩展性好，增加相应模块即可实现多种功能，如AD/DA功能，波形输出功能，PID模糊控制等。

PLC编程逻辑清晰，简单易学，一线技工人员也可熟练应用，因此在工业控制中，应用PLC控制步进电机或伺服电机随处可见。

本文选用日本三菱公司的FX3U晶体管输出的PLC，可进行6点同时100 kHz高速计数及3轴独立100kHz的定位功能，并且可达到通过基本指令0.065us及PCMIX值实现高速度，完全满足控制伺服电动机的要求。

二、伺服电机工作过程概述

伺服电机又称执行电机， 在自动控制系统中作为执行元件，它将输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度输出，输入的电压信号又称为控制信号或电压信号，改变控制电压即可变更伺服电动机的转速及转向。它主要靠脉冲来定位，伺服电机每接收1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，实现位移。并且由于伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，由此与伺服电机所接收的脉冲形成一一对应关系，构成闭环控制。通过这样的控制过程，控制系统知道自己共发出了多少脉冲给伺服电机，同时又接收了多少脉冲回来，于是就能够精确控制电机转动，实现精确定位。伺服电机控制系统精度可达到0.001mm。

伺服电机在要求精密控制的场所中得到了广泛的应用，其闭环控制模式，步进电机是无法比拟的。在一些场合，步进电机由于没有反馈，如果步出现卡死或打滑时会出现失步的情况，控制系统是不知道的，从而影响了设备的传动精度，因此步进电机一般只用于简单传动或对精度要求不高的场合。

本文选择三菱公司的HF—KE73W1一S100伺服电动机，与之配套使用的驱动器选用MR—E一70A—KH003伺服驱动器。

三、应用PLC控制伺服电机

3.1 PLC控制伺服电机原理图

PLC控制伺服电机原理如图1所示。

① PLC引脚说明

PLC控制系统I/O接线图如图1。

原点定位原理如下：原点是为位置控制中的基准点，设置好原点位置，后面的位置控制才有意义，因此在定位脉冲发送前必须进行原点控制。当发送原点定位POSORG命令后，电机开始按参数设定的速度加速，然后匀速直到P04光电被感应，然后以一个比较低的速度继续运行，直到P05光电也被感应，此时原点位置被自动记录在PLC中，以后的位置控制指令，都南这个原点坐标作为参考。

② 电机驱动器引脚说明

伺服使能：该引脚为2 4+高电平时，伺服电机进入工作状态，否则处于参数设置状态。

DC12—24：该引脚需要和PLC的24一连接，获取相同的低电位。

PURSE32：该引脚为位置脉冲发送的高电位，直接通过一个2 K电阻连接到PLC的P端

PURSE31：该引脚接受PLC的P40发出的位置信号低电平，作为控制电机运转的位置信号。

PURSE34：该引脚为方向脉冲发送的高电位，直接通过一个2 K电阻连接到PLC的P端

PURSE33：该引脚接受PLC的P40发出的位置信号低电平，作为控制电机运转的方向信号。

cz信号：可作为运转圈數的反馈信号，电机每转动一圈，该通道会产生一个脉冲。

③ 电机引脚说明

由于电机直接于伺服有相关配套的连接，无须知道接线过程，因此不具体说明。

3.2 PLC控制伺服电机流程

第一步：原点定位，发送POSORG命令。

第二步：位置运转，发送POSDST命令，控制电机每次转动制定的角距。

3.3 PLC梯形图

PLC梯形图如图2所示。当P0丹关闭合时，开始执行原点定位命令，此时电机开始运转，直到P04光电被感应，此时电机减速，当p05光电被感应时，此时电机原点定位结束，并产生一个标志位F0283，并执行D M001命令，该命令将在只在本段程序内产生一次mOO1闭合号.因为原点结束标志F283会一直存在，为避免频繁发送定位命令，因此这里用了D M001命令，此时电机定位开始执行，posdst表示从当前位置开始向后按制定的速度运转制定的角度。

参考文献：

[1]程子华，刘小明.PLC原理与编程案例分析[M].北京：国防工业出版社，2010 .

[2]李金城，PLC模拟量与通信控制应用实践[M].北京：电子工业出版社，2011 .