基于PLC的伺服电机在自动化中的应用

党 霞

(河南工业贸易职业学院，河南 郑州 450000)

我国工业生产水平的提升，对自动化生产有了更高的要求，不仅要保证生产效率，还要进一步提升产品质量。在自动化生产中，对机械设备的控制都是依靠信号和数据信息的传输，来实现对终端设备的控制，由此对控制系统的要求较高。伺服系统作为自动控制系统之一，能够根据相应的要求对物体的位置、方位、状态等属性进行控制。在伺服控制系统中，伺服电机作为重要的驱动装置，利用对电压信号的控制功能，来对控制对象的转矩和转速进行控制，对速度和位置的控制非常精确。将PLC与伺服电机进行组合应用，可充分发挥两者各自的优势，在工业控制领域中可有效提升生产水平。伺服电机在控制设备的过程中，利用变频技术的优势，能够实现对主轴转角以及转矩等参数的优化控制，在调速范围、精度控制和动态性能方面都有较好的优势。基于PLC的伺服电机在自动化生产中的应用，对机械设备的定位更加精准，进一步提升了自动化生产的效率和加工质量。

1 PLC及伺服电机概述

1.1 PLC应用于伺服电机控制的优势

PLC又称可编程逻辑控制器，主要是利用存储器中的存储程序来执行各种操作，包括逻辑运算、顺序控制和计数等操作，在发出指令后，便能够对机械设备或者生产过程进行相应的控制。PLC的优势较多，所以应用领域较为广泛，主要包括操作简便，编程元件多，性价比高，适应性强，安装调试简单，维修简便等。利用PLC的优势功能，将PLC与伺服电机结合应用，可进一步增强伺服电机的功能。PLC既能够实现对输入信号的切换和控制，又能够对触摸屏进行控制。比如在对定位模块通信、插补控制中应用，定位模块在接收到触摸屏的定位参数以及PLC的调用程序命令后，将脉冲信号传递给伺服驱动系统。伺服电机利用联轴器和滚珠丝杠直接连接，这样旋转角度的位移就会呈现直线的方式，这种方式更容易读取数据，对位置的控制也更加准确。

1.2 伺服电机的优点

伺服电机作为伺服系统的重要组成部分，也具备了伺服系统的诸多优点。伺服系统的任务主要是根据控制命令的要求对功率进行相应的控制，然后使作为驱动装置的电机在输出力矩、速度和位置方面都能够较为灵活地控制。伺服电机作为伺服系统中的驱动装置，可控制机械元件的运转，在精度、转速、适应性、稳定性、及时性和舒适性方面都有较强的优点，在自动化控制与生产加工中应用，可有效提升设备的运行速度和自动化程度，有效降低能源的损耗。同时，在多个伺服系统的协作下，能够完成较为复杂的运动要求，可满足具有较高标准的工业生产要求。伺服电机在机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、自动化生产线中都有所应用，可有效提升产品的加工精度。

1.3 伺服电机的控制方式

伺服电机具有响应速度快，过载能力强，稳定性强等优点，所以在自动化控制和生产加工中应用较为广泛。伺服电机控制方式主要有转矩控制、位置控制和速度控制，转矩控制主要是利用改变模拟量的实时设置或者是对相应通信地址的改变，进而改变转矩。位置控制主要是依靠脉冲功能实现对电机旋转角度的控制，伺服电机每接收到一个脉冲就会旋转一定的角度，在与伺服电机发出的脉冲形成的闭环中可计算出系统发出的脉冲总数，从而实现对电机转动的精准控制。在部分伺服系统中，能够利用通信直接对速度和位移进行精准分配。速度控制是利用模拟输入或者脉冲频率进行控制，如果使用控制器外部回路的PID，定位效率会更高，对速度的控制也更准确。使用PID需要获取电机的相关数据才能进行定位，但是应用范围较广，且准确度较高。

2 基于PLC的伺服电机在自动化控制和生产中的应用

在自动化控制和生产加工中，因为需要进行批量生产操作，所以需要同时对多台机械设备的运行状态进行精准控制。基于PLC的伺服电机可对多个机械设备进行位置控制，且控制系统的操作较为简便，控制方式较为灵活，能够实现精准的定位。下面以带触摸屏的PLC伺服电机控制系统在机械手定点控制系统中的应用为例，对基于PLC的伺服电机在自动化中的应用进行分析。

2.1 控制系统中硬件的连接和设计

硬件是伺服电机控制系统的重要组成部分，触摸屏主要起到控制和显示的功能，对控制系统进行启动、停止和复位，在屏幕中还会显示机械手的位置信息。伺服电机主要作为动力驱动装置，PLC主要发挥程序输入输出功能，还有驱动器、机械手以及传动组件等部分。硬件部分的连接方式如下，伺服电机电源线和编码器-驱动器-PLC，伺服电机-传动组件，当伺服电机处于旋转状态时，就会引起一系列的转动反应，伺服电机-主动同步轮-同步带和从动同步轮-滑动溜板-机械手装置。以上就是伺服电机控制系统中硬件的一系列关联反应，最终控制机械手来抓取工件和旋转。

2.2 触摸屏的组态软件设计

因为对执行系统的控制需要有一个操作的窗口，而触摸屏可以作为人机交互的窗口，在触摸屏中可以进行组态软件的操作。组态软件需要安装在计算机中，然后通过触摸屏实现操作。对于控制系统中的命令传达都可以在组态软件进行设置，比如可以将启动按钮、停止按钮、复位按钮分别与PLC中的某一地址进行链接，然后将机械手的位置与PLC中的地址进行对应，从而在触摸屏中就能够实现对机械手的位置控制。在计算机中安装完组态软件后，将计算机与触摸屏进行连接，再将安装在计算机中的软件下载到触摸屏中。再将触摸屏与PLC的编程口连接起来，进而实现触摸屏和PLC之间的通讯，最终通过PLC实现操作单元与机械设备之间的通信，对机械手的位置和运行轨迹进行控制。

2.3 伺服电机与PLC的连接设计

伺服电机对机械手的定位控制主要为位置控制模式，在伺服电机与PLC的连接时，将驱动器的脉冲端与PLC对应位置相连，通过脉冲端对高速脉冲进行控制。然后将驱动器方向控制端与PLC对应位置连接，对机械手的运行方向进行控制。在设备连接过程中，需要将电源线和信号线连接到对应位置，线路连接完成后，即可在驱动器控制面板上设置相应的参数，将控制模式、电机转速、限位报警、自动增益、脉冲旋转方向、脉冲输入方式等与面板中的按钮一一对应，进而实现精准操控。

2.4 PLC对机械手的控制设计

用PLC实现对机械手的控制，可在计算机中进行编程。PLC对伺服电机的控制主要表现在速度和位置两个方面，通过脉冲串或者脉宽进行控制。在向导中可对电机相关参数进行设置，包括速度、加减速时间等，然后生成位置控制的子程序。在应用程序中，主要是通过调用子程序的方式来实现对机械手各部位位置的控制。在计算机中写好程序后，将其安装到PLC中，在触摸屏中就能够对机械手的运动进行控制。比如单击复位按钮，机械手就会回到初始位置，再次单击启动按钮，系统就会开始工作，机械手就会按照程序进行位置移动，单击停止按钮后，机械手在完成一个完整的周期后就会再次回到初始位置。

3 结语

基于PLC的伺服电机不仅具有伺服系统的优势，而且还能结合PLC的功能，进一步扩展伺服系统的性能优势。伺服电机的转子，能够根据输入信号的指令迅速反应，作为伺服系统中的执行元件，具有机电时间常数小、线性度高、始动电圧等特性。PLC的抗干扰能力较强，对外界环境的适应性好，在与伺服电机结合应用后，能够同时对多个不同的伺服电机进行控制，从而进一步提升生产效率。基于PLC的伺服电机在自动化控制及生产加工中的应用，对机械设备的移动距离定位更加精准，对零件的控制也更加灵活，对提升零件的加工效率和加工精度具有重要意义。