S7—200系列PLC控制三菱MR—J3伺服的实现

杨飞

摘 要：随着科学技术的不断发展、人民生活水平的不断提高，人们对用于生产日常用品的机床的加工精度和生产效率的要求越来越高。例如，用继电器、接触器控制离合器的形式实现变速，用行程开关实现定位的铣床，这些设备用于汽车零件件的加工，在生产品质和生产效率方面都不能满足生产的需要，这就需要对这些老的设备进行升级改造，使其实现精确地位置控制和速度控制。本文将对用S7-200系列PLC和三菱MR-J3伺服实现XA6132铣床的位置控制进行论述，铣床的主轴采用普通电机，铣床的进给轴采用伺服电机控制。

关键词：PLC 伺服 位置控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0092-02

前言：数控设备已成为目前非常普遍的生产设备，其具有稳定性好、加工精度高等优点，然而很多公司还有一些较老的设备需要进行PLC改造升级，本文帮助大家学习S7-200系列PLC进行位置控制的知识。

1 硬件配置

1.1 伺服放大器和伺服电机

三菱FR-J3伺服放大器具有高响应性、高精度定位、高水平自动调谐、脉冲序列输入与等优点，基于伺服电机和伺服放大器性价比、性能的综合考虑，选用性价比高的三菱MR-J3伺服放大器和HF-SP三菱伺服电机。根据实际转矩要求选择相应的型号，本文中选用MR-J3-500A伺服放大器和HF-SP502伺服电机。

1.2 PLC

在小型的PLC控制系统中，西门子S7-200系列的PLC具有运行速度快、运行稳定、价格较低等优点，所以选用S7-200系列的PLC对伺服进行控制。对伺服控制器的控制方式选用集电极开路方式[1]的位置控制模式，伺服的脉冲输入端输入24 V低电平的脉冲，因此，选用24 V低电平输出、并且具有速度控制、位置控制、占空比控制[2]的S7-224XPsi CN DC/DC/DC型号的PLC。

1.3 控制屏的选型

MD204LV4文本显示器是可编程序控制器的小型人机界面，以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态，从而使操作人员能够自如地控制机器设备[3]。其能跟S7-200系列PLC能够通讯并且价格便宜，所以选择该型号的文本显示器作为人机界面。

2 硬件连接

2.1 主电路的连接

主轴电机为普通电机，采用接触器进行控制，离合器控制主轴的抱紧与松开，用于换刀时将主轴抱紧。伺服轴采用伺服控制，24伏电源给PLC、伺服、离合器及文本显示器提供电源，其中文本显示器和PLC共用一个24伏电源。三菱MR-J3伺服控制器需要运行，必须在L1、L2、L3之间输入3相AC220V电源并在L11、L21之间输入单相AC220V电源。

2.2 PLC的电路连接

这里我们用PLC的Q0.0作为正向脉冲串输出端、Q0.1作为反向脉冲串输出端；伺服的控制选用集电极开路方式的位置控制，伺服的PP端口用于正向脉冲串的输入， NP端口用于反向脉冲串的输入，CR端口用于清除偏差计数器内滞留的脉冲；用接近开关检测机床的原点位置和极限行程；显示面板、手动操作以及参数设置采用MD204LV4文本显示器。根据上述的控制方式以及PLC的硬件连接要求，PLC的接线图如图1所示。

2.3 伺服的电路连接

参照MR-J3-□A伺服放大器技术资料，根据伺服的接线要求，DICOM接直流24伏，DOCOM接0伏，SON端口用于伺服开启，RES端口接伺服报警复位信号，EMG接伺服紧急停止信号，对伺服的接线如图2所示。

2.4 通讯线的选择

图2中PLC与文本显示器之间的通讯电缆线选用型号为MD204L-S7-200的通讯线。图3中伺服放大器与编码器之间的通讯线购买三菱品牌、型号为MR-J3ENSCB10M

-L的信号线。

3 参数设置及PLC程序设计

3.1 伺服主要参数设置

伺服在出厂时的参数全部为初始参数，在此基础上必须对必要的参数进行设置，伺服才能带动电机工作。在铣床的实际加工中，进给轴需要先快进到预加工位置，然后进给速度变慢开始攻进，直至加工完成，进给轴以快速返回原点或指定位置。所以选择伺服的位置/速度控制模式，即将PAO1设置为0001；参数PA05为伺服电机旋转一周所需要输入的指令脉冲数，机床上电机与丝杆为联轴器进行连接，所以电机的转速与丝杆的转速比为1∶1，丝杆的螺距为4 mm，则电机每旋转1周，进给轴前进4 mm，我们这里将PA05的参数设置为4000，则每1000个脉冲对应进给轴实际移动的距离为1 mm；参数PA13为选择脉冲的输入形式，根据PLC的输出特性，所以将PA13的值设定为0010h。

3.2 PLC程序设计

西门子PLC支持模块化程序的调用，所以我们可以查找到脉冲输出的库文件，将脉冲输出库文件导入到我们编制的程序中，我们就可以直接调用库文件里的功能块。这里我们将S7-200脉冲输出MAP文件库调入到程序的库文件中。

用Q0_x_CTRL[4]功能块（x为0或1，分别对应Q0.0和Q0.1，后面用到的x均为此含义 ），设定脉冲输出的全局参数，包括启动/停止频率、最大频率、最大加减速时间、正向限位开关、反向限位开关、当前绝对位置。

用Q0_x_Home功能块实现X轴和Y轴的回原点功能。

在文本显示器的界面上所有的参数显示和参数设定都以毫米为单位，而PLC内部控制则是以脉冲个数体现。所以，要对每个轴移动的距离和移动速度进行控制，就需要将设定的位置量转化为脉冲量对伺服进行控制；同样，要将每个轴的当前位置或当前移动速度显示到文本显示器上就需要将PLC内部的脉冲量转化为位置量。为了实现以上两种功能，需要用到Scale_EU_ Pulse功能块和Scale_Pulse_EU功能块，Scale_EU_Pulse功能块的作用是将一个位置量转化为脉冲量，它可用于将一段位移转化为脉冲数，或将一个速度转化为脉冲频率；Scale_Pulse_EU功能块的作用是将一个脉冲量转化为一个位置量，它可用于将一段脉冲数转化为位移，或将一个脉冲频率转化为速度。

对以上的功能均设定完成后，就到了机床控制的关键的一步，即PLC脉冲输出的控制，采用Q0_x_MoveAbsolute功能块实现机床的运动控制。该功能块的作用是让轴以制定的速度，运动到制定的绝对位置。

通过以上的硬件及PLC程序的设计，就可以使机床具备最基本的位置控制功能，我们可以根据实际的需要增加各种保护功能及其它辅助功能。

参考文献

[1] 三菱电机自动化（上海）有限公司.MR-J3-□A伺服放大器技术资料集[Z].

[2] SIEMENS.S7-200CN可编程序控制器产品样本[Z].2010：11.

[3] 广州正奇科技有限公司.MD204LV4用户手册[Z].

[4] 西门子（中国）有限公司.S7-200 PLC脉冲输出MAP库文件的使用[Z].2011：8-9.endprint