基于PLC的伺服电机位置控制设计

目前自动化控制中的逻辑控制已经被越来越多的工艺生产领域所运用，随着生产技术的不断提高，对控制器的运动控制也提出了非常精确的要求。伺服电机除了能够控制伺服系统中的机械部件操作以外，还具有机电时间常数小、线性度高、很强的抗过载能力的特性。使用西门子S7-1200 PLC为主控制器进行对接，S7-1200 PLC不仅具有良好的抗过载能力，还可以对速度和位置进行高精度控制，能够很好地改善系统性能和生产效率。

基于PLC伺服电机运动系统论述

作为全新的可编程逻辑控制器，S7-1200 PLC在自动化控制系统中常被用于控制模拟量、位置和速度运动控制模式、编码器数值采集、以太网通讯等。伺服电机运转平稳，具有很强的抗负载能力，需要的脉冲当量更小，精度更高，配备的伺服编码器的取值直接决定了伺服电机的控制精度。设计出一种利用伺服电机的PLC控制系统，能够比步进电机控制系统拥有更快的响应速度、更高的精度，通过对控制系统的优化，能更好地满足工艺生产的核心要求，使数控装置与PLC主控制器能有效对接。

基于PLC伺服电机运动系统硬件设计

NPN型传感器

传感器依据输出类型可以分为两大类，即NPN型和PNP型。NPN型传感器作为市面上的主流传感器，其成本低廉、适用范围广，在与西门子PLC进行连接时，采用共阳极接法，即1M接口接电源正极，电流从I点流出。文中提到的传感器是欧姆龙E3Z-D62，所对应的类型是漫反射NPN型。

台达B2伺服驱动器

PLC的输出方式主要有继电器输出以及晶体管输出 。实验中能够影响伺服驱动器的位置分辨率的主要因素是移动速度变量和电子齿轮比变量，因此在PLC上用Q0.0及Q0.1来实现正反转的基础上，要设定好驱动器电子齿轮比的方式来让控制目标准确移动。

台达B2电子齿轮比的计算公式为：

B/A =  （F×p）/d ×m/n        （1）

式中：F为伺服电机轴旋转一圈所需要的脉冲数即编码器分辨率;p为PLC的脉冲当量;d为螺纹上相邻对应点之间的轴向距离;m/n为机械减速比。

其中对伺服电机圈脉冲设置为10000，台达B2系列伺服驱动器内置编码器的分辨精度为160000，自拟定电机每秒钟转动50圈，因此伺服电机每旋转一圈所发送的脉冲线圈个数为旋转编码器分辨率除以台达B2电子齿轮比，计算公式为：

CPR=F/（B/A）=F/（（P1-44）⁄（P1-55））

（2）

式中：P1-44為编码器分辨率与转速的乘积（分辨率*n转/s）;P1-55为PLC每秒最大发送脉冲数;

电子齿轮比计算完成后，将P1-00参数设置为2，表示为脉冲正方向控制;将P1-00设置为00，表示将运动控制模式选定为位置控制模式。

软件程序组态

运动轴组态

为了达到控制目标运动的系统要求，设置好控制目标移动距离参数、到达最远距离的限位设置以及到达设定距离之后的紧急停止状态记录。其中，选择PTO（脉冲A和方向B）作为信号类型，由高速脉冲输出来控制伺服电机运动轴，电机每转的脉冲数设置为2000。将参考点设置为轴的上侧，将检测移动信号设置为远离原点方向为正方向，同时打开硬件输入最远距离开关设置为允许自动反转。

控制结果

基于台达B2系列伺服电动机位置控制系统，与传统的S7-1200 PLC对比，新型含有集成化以及Wincc功能组态的S7-1200 PLC更加强大，能满足基本所有自动化数控集成的要求。通过硬件选型、脉冲计算以及软件组态编程，最终能实现控制三轴驱动电机运动的目标，其中调试运行时的高速脉冲计数不仅速度快而且稳定，并且能同时控制多个运动轴。

结语

介绍了基于西门子S7-1200 PLC的伺服电机位置运动系统设计，硬件方面选择并完成了伺服驱动器的位置接线、NPN传感器的连接、计算出了驱动器脉冲输出量，通过结合西门子博途软件，解决了传统控制方式对交流电机的速度缓慢、准确度低的缺点，实现了S7-1200 PLC对伺服电机精准的运动控制，且系统运行可靠、安全性高。

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本文受到国家级大学生创新创业训练计划项目（202010201007）支持。

作者简介：陈成（1996—），江苏盐城人，北华大学研究生，主要从事机械电子方面的研究。