PLC控制伺服電機(jī)應(yīng)用實(shí)例 .docx

1、PLC控制伺服電機(jī)應(yīng)用實(shí)例，寫出組成整個(gè)系統(tǒng)的PLC模塊及外圍器件，并附相關(guān)程序。 PLC品牌不限。 以松下FP1系列PLC和A4系列伺服驅(qū)動(dòng)為例，編制控制伺服電機(jī)定長(zhǎng)正、反旋轉(zhuǎn)的PLC程序并設(shè)計(jì)外圍接線圖，此方案不采用松下的位置控制模塊FPG-PP11122122等，而是用晶體管輸出式的PLC，讓其特定輸出點(diǎn)給出位置指令脈沖串，直接發(fā)送到伺服輸入端，此時(shí)松下A4伺服工作在位置模式。在PLC程序中設(shè)定伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，單位為（rpm），設(shè)伺服電機(jī)設(shè)定為1000個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈。PLC輸出脈沖頻率=（速度設(shè)定值/6）*100（HZ）。假設(shè)該伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)直線定位精度為0.1mm，伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈滾珠

2、絲杠副移動(dòng)10mm，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要的脈沖數(shù)為1000，故該系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量或者說驅(qū)動(dòng)分辨率為0.01mm(一個(gè)絲)；PLC輸出脈沖數(shù)=長(zhǎng)度設(shè)定值*10。 以上的結(jié)論是在伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)定完的基礎(chǔ)上得出的。也就是說，在計(jì)算PLC發(fā)出脈沖頻率與脈沖前，先根據(jù)機(jī)械條件，綜合考慮精度與速度要求設(shè)定好伺服電機(jī)的電子齒輪比！大致過程如下： 機(jī)械機(jī)構(gòu)確定后，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的行走長(zhǎng)度已經(jīng)固定（如上面所說的10mm），設(shè)計(jì)要求的定位精度為0.1mm(10個(gè)絲)。為了保證此精度，一般情況下是讓一個(gè)脈沖的行走長(zhǎng)度低于0.1mm，如設(shè)定一個(gè)脈沖的行走長(zhǎng)度為如上所述的0.01mm，于是電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需要脈沖數(shù)即為100

3、0個(gè)脈沖。此種設(shè)定當(dāng)電機(jī)速度要求為1200轉(zhuǎn)/分時(shí)，PLC應(yīng)該發(fā)出的脈沖頻率為20K。松下FP1-40T 的PLC的CPU本體可以發(fā)脈沖頻率為50KHz，完全可以滿足要求。 如果電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈為100mm，設(shè)定一個(gè)脈沖行走仍然是0.01mm，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需要脈沖數(shù)即為10000個(gè)脈沖，電機(jī)速度為1200轉(zhuǎn)時(shí)所需要脈沖頻率就是200K。PLC的CPU輸出點(diǎn)工作頻率就不夠了。需要位置控制專用模塊等方式。 有了以上頻率與脈沖數(shù)的算法就只需應(yīng)用PLC的相應(yīng)脈沖指令發(fā)出脈沖即可實(shí)現(xiàn)控制了。假設(shè)使用松下A4伺服，其工作在位置模式，伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置與接線方式如下：一、按照伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器說明書上的“位置控制模式

4、控制信號(hào)接線圖”接線： pin3(PULS1)，pin4(PULS2)為脈沖信號(hào)端子，PULS1連接直流電源正極(24V電源需串連2K左右的電阻),PULS2連接控制器(如PLC的輸出端子)。 pin5(SIGN1)，pin6(SIGN2)為控制方向信號(hào)端子，SIGN1連接直流電源正極(24V電源需串連2K左右的電阻)，SIGN2連接控制器(如PLC的輸出端子)。當(dāng)此端子接收信號(hào)變化時(shí)，伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向改變。實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)方向由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的P41，P42這兩個(gè)參數(shù)控制，pin7(com+)與外接24V直流電源的正極相連。pin29(SRV-0N)，伺服使能信號(hào)，此端子與外接24V直流電源的負(fù)極

5、相連，則伺服電機(jī)進(jìn)入使能狀態(tài)，通俗地講就是伺服電機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好，接收脈沖即可以運(yùn)轉(zhuǎn)。 上面所述的六根線連接完畢(電源、編碼器、電機(jī)線當(dāng)然不能忘)，伺服電機(jī)即可根據(jù)控制器發(fā)出的脈沖與方向信號(hào)運(yùn)轉(zhuǎn)。其他的信號(hào)端子，如伺服報(bào)警、偏差計(jì)數(shù)清零、定位完成等可根據(jù)您的要求接入控制器構(gòu)成更完善的控制系統(tǒng)。 二、設(shè)置伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)。 1、Pr02-控制模式選擇，設(shè)定Pr02參數(shù)為0或是3或是4。3與4的區(qū)別在于當(dāng)32(C-MODE)端子為短路時(shí)，控制模式相應(yīng)變?yōu)樗俣饶Ｊ交蚴寝D(zhuǎn)矩模式，而設(shè)為0，則只為位置控制模式。如果您只要求位置控制的話，Pr02設(shè)定為0或是3或是4是一樣的。 2、Pr10，Pr11,Pr

6、12-增益與積分調(diào)整，在運(yùn)行中根據(jù)伺服電機(jī)的運(yùn)行情況相應(yīng)調(diào)整,達(dá)到伺服電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。當(dāng)然其他的參數(shù)也需要調(diào)整(Pr13，Pr14,Pr15,Pr16，Pr20也是很重要的參數(shù))，在您不太熟悉前只調(diào)整這三個(gè)參數(shù)也可以滿足基本的要求.。 3、Pr40-指令脈沖輸入選擇，默認(rèn)為光耦輸入(設(shè)為0)即可。也就是選擇3(PULS1)，4(PULS2)，5(SIGN1)，6(SIGN2)這四個(gè)端子輸入脈沖與方向信號(hào)。 4、Pr41，Pr42-簡(jiǎn)單地說就是控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向。Pr41設(shè)為0時(shí)，Pr42設(shè)為3,則5(SIGN1)，6(SIGN2)導(dǎo)通時(shí)為正方向(CCW)，反之為反方向(CW)。Pr41設(shè)為1時(shí)

7、，Pr42設(shè)為3,則5(SIGN1)，6(SIGN2)斷開時(shí)為正方向(CCW)，反之為反方向(CW)，正、反方向是相對(duì)的，看您如何定義了，正確的說法應(yīng)該為CCW，CW。 5、Pr48、Pr4A、Pr4B-電子齒輪比設(shè)定。此為重要參數(shù)，其作用就是控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度與控制器發(fā)送一個(gè)脈沖時(shí)電機(jī)的行走長(zhǎng)度。 其公式為： 伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈所需的脈沖數(shù)=編碼器分辨率 Pr4B(Pr48 2Pr4A) 伺服電機(jī)所配編碼器如果為：2500p/r 5線制增量式編碼器，則編碼器分辨率為10000p/r 如您連接伺服電機(jī)軸的絲桿間距為20mm，您要做到控制器發(fā)送一個(gè)脈沖伺服電機(jī)行走長(zhǎng)度為一個(gè)絲(0.01mm)。計(jì)算

8、得知：伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要2000個(gè)脈沖(每轉(zhuǎn)一圈所需脈沖確定了，脈沖頻率與伺服電機(jī)的速度的關(guān)系也就確定了) 。 三個(gè)參數(shù)可以設(shè)定為：Pr4A=0，Pr48=10000，Pr4B=2000，約分一下則為：Pr4A=0，Pr48=100，Pr4B=20。 從上面的敘述可知：設(shè)定Pr48、Pr4A、Pr4B這三個(gè)參數(shù)是根據(jù)我們控制器所能發(fā)送的最大脈沖頻率與工藝所要求的精度。在控制器的最大發(fā)送脈沖頻率確定后，工藝精度要求越高，則伺服電機(jī)能達(dá)到的最大速度越低。松下FP1-40 T 型PLC的程序梯型圖如下： S7200 PLC在數(shù)字伺服電機(jī)控制中的應(yīng)用首先了解plc如何控制伺服電機(jī)1、 電機(jī)的連線及控制

9、 本應(yīng)用實(shí)例選擇的是位置控制模式，脈沖輸入方式有集電極開路方式和差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式兩種，為了方便的實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)兩部電機(jī)的控制，采用差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。與PLC的接線圖如圖所示。 PLC與伺服放大器接線圖 圖中L+為公共PLC端子，接24VDC正端，通過控制內(nèi)部晶體管的開關(guān)使得輸出Q呈現(xiàn)不同的電平信號(hào)或發(fā)出脈沖信號(hào)。L+一PGP lML+為脈沖輸入回路，PLC控制該回路中的發(fā)光二極管的亮滅，形成脈沖編碼輸入。L+一NGNP一1M L+為電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向控制回路，當(dāng)該回路的發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，電機(jī)正轉(zhuǎn)，否則反轉(zhuǎn)。由于伺服放大器內(nèi)部電阻只有100歐，為 了防止電流過大燒壞內(nèi)部的發(fā)光二極管，需要外接電阻R，其阻值的計(jì)算如

10、下：根據(jù)公式(1)，可以選擇R=39KO 2、電子齒輪比 數(shù)字交流伺服系統(tǒng)具有位置控制的功能，可通過上位控制器發(fā)出位置指令脈沖。而伺服系統(tǒng)的位置反饋脈沖當(dāng)量由編碼器的分辨率及電機(jī)每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)械位移量等決定。當(dāng)指令脈沖當(dāng)量與位置反饋脈沖當(dāng)量二者不一致時(shí)，就需要使用電子齒輪使二者匹配。使用了電子齒輪功能，就可以任意決定一個(gè)輸入脈沖所相當(dāng)?shù)碾姍C(jī)位移量。具有電子齒輪功能的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。若機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的螺距為w，指令脈沖當(dāng)量為L(zhǎng)，編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為P，又考慮到一般電機(jī)軸與傳動(dòng)絲杠為直接相連， 則位置反饋脈沖當(dāng)量 =W4P。 具有電子齒輪功能的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 由于脈沖當(dāng)量與反饋脈沖當(dāng)量不一定相等

11、，就需要使用電子齒輪比來建立兩者的關(guān)系。具體計(jì)算公式為：AL=3M CMX / CDV。因此根據(jù)一個(gè)指令脈沖的位置當(dāng)量和反饋脈沖的位置當(dāng)量，就可以確定具體的電子齒輪比。三菱該系列伺服電機(jī)的電子齒輪比的設(shè)定范圍對(duì)于輸入的脈沖，可以乘上其中任意倍率使機(jī)械運(yùn)行。下面是plc控制私服的具體應(yīng)用3、PI C控制原理及控制模型 本例采用了西門子s7200系列CPU226作為主控制器。它是s7200系列中的高檔PLC，本機(jī)自帶24個(gè)數(shù)字輸人口、l6個(gè)數(shù)字輸出口及兩個(gè)RS-422485串行通訊口，最多可擴(kuò)展7個(gè)應(yīng)用模塊 j。實(shí)際項(xiàng)目中，通過擴(kuò)展EM231模擬量輸入模塊來采集電壓信號(hào)，輸入的模擬信號(hào)可在010V

12、5V、020mA等多種信號(hào)輸入方式中選擇。最終，PLC根據(jù)輸入電壓信號(hào)的大小控制脈沖發(fā)送周期的長(zhǎng)短，從而達(dá)到控制伺服電機(jī)速度的目的。 3.1 高速數(shù)字脈沖輸出 西門子s7200系列ACDCDC(交流供電，直流I/O)類型PLC上集成了兩個(gè)高速脈沖輸出口，兩個(gè)高速脈沖輸出口分別 通過Qo0、Qo1兩個(gè)輸出端子輸出，輸出時(shí)可選擇PWM(脈寬調(diào)制)和PIO(脈沖串)方式。PIO方式每次只能發(fā)出固定脈沖， 脈沖開始發(fā)送后直到發(fā)送完畢才能開始新的脈沖串；PWM方式相對(duì)靈活，在脈沖發(fā)送期間可隨時(shí)改變脈沖周期及寬度，其中脈沖周期可以選擇微秒級(jí)或毫秒級(jí)。 3.2 PID功能特性 該系列PLC可以通過PID回路

13、指令來進(jìn)行PID運(yùn)算，在一個(gè)程序中最多可以用8條PID指令，既最多可同時(shí)實(shí)現(xiàn)8個(gè)PID 控制算法。在實(shí)際程序設(shè)計(jì)中，可用STEP 7-MicroWin 32中的PID向?qū)С绦騺硗瓿梢粋€(gè)閉環(huán)控制過程的PID算法，從而提高 程序設(shè)計(jì)效率。 3.3 控制模型 控制模型方框圖如下圖所示，其中Uset為極間電壓給定值(此時(shí)產(chǎn)氣狀態(tài)最佳)，Uf為極間電壓采樣值，Vout為伺服電機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn)速度。通過對(duì)電弧電壓采樣值與弧間電壓給定值的比較并經(jīng)過PLC的PID調(diào)節(jié)回路控制，可以得出用于控制伺服電機(jī)旋 轉(zhuǎn)的脈沖發(fā)送周期T，從而使伺服電機(jī)的送棒速度不停的得到調(diào)整，這樣就達(dá)到了控制兩極間距的目的。保證了兩極間距的 相對(duì)

14、穩(wěn)定，也就保證了極間電壓的穩(wěn)定性。 PID調(diào)節(jié)控制原理框圖 根據(jù)極間距對(duì)極間電壓的影響，可以設(shè)定PLC的PID調(diào)節(jié)回路調(diào)整策略如下： Usetuf0，T增大。 通過上述控制方法，能夠比較精確的實(shí)現(xiàn)對(duì)UF的控制。4、程序設(shè)計(jì) 以下應(yīng)用程序是經(jīng)過簡(jiǎn)化的，沒有涉及異常情況。其設(shè)計(jì)以本文前面所述方法及原理為依據(jù)，并給出了詳盡的程序注釋 。 4.1 主程序 NErW0RK 1 IJD SM01 SM01=1僅第一次掃描有效 MOVW +0，VW450 PID中斷計(jì)數(shù)器初始化 MOVB 100，SMB34 設(shè)置定時(shí)中斷時(shí)間間隔為lOOms ATCH INT PWM PID ，10 設(shè)定中斷，啟動(dòng)PID執(zhí)行

15、 ENI /開中斷42 中斷程序 NETWORK 1 LD SM00 SM00=1每個(gè)掃描周期都有效 I CW V VW450 調(diào)用中斷程序次數(shù)加1 NETWORK 2 LDW = VW450 + 10 檢查是否應(yīng)進(jìn)行PID計(jì)算 M0VW +0，VW450 如果如此，清計(jì)數(shù)器并繼續(xù) N0T JMP 0 否則，轉(zhuǎn)人中斷程序結(jié)尾 NETWORK 3 計(jì)算并裝載PID PV(過程變量) ID SM00 RPSXORW VW464，VW464 清除工作區(qū)域 M0VW ArW0VW466 讀取模擬數(shù)值 A V4667 M0VW 16#FFFFVW464 檢查符號(hào)位，若為負(fù)則擴(kuò)展符號(hào) LRD DTR VD

16、464VD396 將其轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)并裝載人PVLPP R 320000，VD396 正常化至00至10之間的數(shù)值 NETWORK 4 ID SM00 MOVR VIM00，VIM00 VIM00為設(shè)定值 NETWORK 6 ID SM00 PID VB396，0 進(jìn)行PID計(jì)算 NETWORK 7 LD SM00 M0vR VD404VD464 裝載PID輸出至工作區(qū) +R VD400，VD464 *R 10000. VIM64 縮放數(shù)值TRUNC VD464,VD464 將數(shù)值轉(zhuǎn)化成整數(shù) MOVW VW 466VW 1000 VW1000為PLC輸出脈沖周期 NETWORK 8 伺服電機(jī)右反轉(zhuǎn)

17、控制(PWM) SMW6878 lIFO周期值 SMW7080 PWM脈沖寬度 SMD7282 lIFO脈沖計(jì)數(shù)值 LD SM00 MOVB 16# D3SMB77 輸出脈沖周期為500微秒 MOVW VW 1000，SMW 78 MOVW VW 1000VW1 1 18 I +2VWl118 MOVW VW 1118SMW 80 PIS 1 NETWORK 9LBL 0本例給出了利用西門子PLC的高速脈沖輸出及PID控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字式交流伺服電機(jī)進(jìn)行控制的原理及相應(yīng)編程方法。此控制方法已成功用于水燃?xì)馍a(chǎn)控制系統(tǒng)中，效果良好 基于1756-M08SE模塊的多軸交流伺服控制系統(tǒng)（二軸） 由

18、于開發(fā)程序較大，這里我們只給出伺服的點(diǎn)動(dòng)，正反向，等的控制！先介紹如下： 總體概述：羅克韋爾伺服傳動(dòng)習(xí)慣于用EQU(等于指令)比較數(shù)字量輸入模塊0號(hào)位輸入次數(shù)的奇偶次數(shù)來分別控制伺服環(huán)的閉合和斷開。其中MSO指令用于直接激活伺服驅(qū)動(dòng)器并且使能與物理伺服軸相關(guān)的已組態(tài)伺服環(huán)。觸發(fā)MSO指令后，指定軸進(jìn)入伺服控制狀態(tài)。當(dāng)軸處于移動(dòng)狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行該指令無效。如果這時(shí)觸發(fā)了該指令，MSO指令會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“Axis in Motion”的故障。MSF指令用于直接立即關(guān)斷伺服驅(qū)動(dòng)器輸出，并且禁止物理伺服軸的伺服環(huán)。這會(huì)使軸處于準(zhǔn)備狀態(tài)。該指令可以禁止任意正在執(zhí)行的其他運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。且若需要直接用手來移動(dòng)軸時(shí)，可以

19、用該指令關(guān)斷伺服操作。 要成功執(zhí)行以上兩條運(yùn)動(dòng)狀態(tài)指令，有個(gè)必要的前提，即目標(biāo)軸必須組態(tài)為伺服軸，如果該條件不滿足，該指令會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。 建立坐標(biāo)也是主程序中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。無論是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)或者是其它地方的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，基本上都須要建立一個(gè)坐標(biāo)系。若不建立一個(gè)坐標(biāo)系，雖然可以用增量式的控制方式來實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的控制，但是這樣的方式不能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際位置的反饋等操作，而且控制方式復(fù)雜。所以在成熟合理的控制系統(tǒng)中建立坐標(biāo)系是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。坐標(biāo)系的建立可以使控制變得很方便，且可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)當(dāng)前所在位置的實(shí)時(shí)反饋等功能。 本次設(shè)計(jì)所控制的軸為以羅克韋爾公司型號(hào)為Y-1002-2-H00AA的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的兩根絲桿。絲桿長(zhǎng)330mm，每個(gè)螺距為5mm，其實(shí)物如圖1所示。（伺服軸）系統(tǒng)的架構(gòu)如下圖：系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)：在硬件上一個(gè)完整的伺服系統(tǒng)由控制器、通信網(wǎng)絡(luò)、驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及檢測(cè)裝置組成。其中控制器相當(dāng)于人的大腦，用來分析