PLC實現(xiàn)定位控制的編程方法

PLC實現(xiàn)定位控制的編程方法

目錄

1.PLC定義...........................................................................................1

2.定位概要.........................................................................................2

3.定位基本圖形.....................................................................................2

3.1.基本單元（晶體管輸出）..........................................................................2

3.2.特殊適配器...................................................................................2

3.3.特殊功能模塊/單元............................................................................2

4.三菱PLC實現(xiàn)定位控制的編程方法...................................................................3

4.1.定位概要......................................................................................3

4.2.定位基本圖形.................................................................................4

4.2.1.基本單元（晶體宣輸出）....................................................................4

4.2.2.特殊適配器..............................................................................4

4.2.3,特殊功能模塊/單元.......................................................................5

5.如何采用PLC控制伺服電機的精確定位..............................................................6

5.1.伺服電機定義.................................................................................6

5.2,如何采用PLC控制伺服電機運轉(zhuǎn)................................................................7

5.2.1.PLC控制伺服電機原理圖..................................................................7

5.2.2.PLC控制伺服電機流程....................................................................8

5.2.3.PLC梯形圖...............................................................................8

6.PLC控制伺服電機..................................................................................8

6.1.按照伺服電機驅(qū)動器說明書上的‘位置控制模式控制信號接線圖’連接導線...........................8

6.2.設置伺服電機驅(qū)動器的參數(shù)....................................................................9

7.伺服電機轉(zhuǎn)速的PLC控制...........................................................................9

7.1.引言........................................................................................10

7.2.PLC控制伺服................................................................................10

8.伺服電機參數(shù)設置與接線方式.......................................................................10

8.1.按照伺服電機驅(qū)動器說明書上的“位置控制模式控制信號接線圖”接線:..........................10

8.2.設置伺服電機驅(qū)動器的參數(shù)....................................................................11

1.PLC定義

PLC主要是指數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器,用于控制機械的生產(chǎn)過程。PLC的

特點是性能穩(wěn)定可靠,一般由大公司如三菱,LG、臺達、西門子等生產(chǎn)制造,質(zhì)量可靠,使用壽命

第1頁共12頁

長,其次PLC的擴展性好,一般可通過簡單方法實現(xiàn)多種專業(yè)的功能,如AD/DA功能,波形輸出

功能,PID模糊控制功能等。PLC可采用代碼編程或者梯形圖編程,邏輯清楚,編程簡單,適合于

初學者學習和使用,因此用途廣泛。目前PLC已經(jīng)在世界各地的重要控制系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作

用。大到航天航海,小到普通家用電器,都有它的身影,特別是制造エ廠,更是得到了大量的使

用。

2.定位概要

FX3G?FX3U?FX3GGFX3UC可編程控制器可以向伺服電機、步進電機等輸出脈沖信號，從而進

行定位控制。脈沖頻率高的時候,電機轉(zhuǎn)得快;脈沖數(shù)多的時候,電機轉(zhuǎn)得多。

用脈沖頻率、脈沖數(shù)來設定定位對象(エ件)的移動速度或者移動量。

3.定位基本圖形

3.1.基本單元(晶體管輸出)

FX3G-FX3U?FX3GGFX3UC可編程控制器中內(nèi)置定位功能。

從通用輸出(Y000?Y002)輸出最大100kHz的集電極開路方式的脈沖串，可同時控制3軸?1的

伺服電機或者步進電機。

3.2.特殊適配器

特殊適配器使用FX3U可編程控制器內(nèi)置的定位功能,輸出最大200kHz的差動線性驅(qū)動方式

的脈沖串,可同時控制4軸的伺服電機或者步進電機。

FX3U可編程控制器最多可以連接2臺高速輸出特殊適配器(FX3U-2HSY-ADP)。

?第1臺FX3U-2HSY-ADP使用YOOO、Y004和Y001、Y005。

?第2臺FX3U-2HSY-ADP使用Y002、Y006和Y003、Y007。

3.3.特殊功能模塊/單元

FX3U-FX3UC可編程控制器可以連接特殊功能模塊/單元,進行定位控制。

此外,特殊功能單元也可以獨立進行定位控制。

1J.FX3U可編程控制器的構成

FX3U可編程控制器中最多可以連接8臺特殊功能模塊/單元。

2J.FX3UC可編程控制器的構成

第2頁共12頁

FX3UC可編程控制器中最多可以連接8臺?1特殊功能模塊/單元。

連接特殊功能模塊/單元時,一定需要FX2NC-CNV-IF或者FX3UC-1PS-5V。

*1.與FX3UC-32MT-LT(-2)連接時,最多可以連接7臺。

*2,與FX3UC-32MT-LT(-2)連接時,從No.!開始。

3),單獨運行(FX2N-10GM,FX2N-20GM)

特殊功能單元(FX2N-10GM、FX2N-20GM)可以不連接在可編程控制器上,而獨立運行。

?FX2N-10GM可以控制1軸的伺服電機或者步進電機。

?FX2N-20GM可以控制2軸的伺服電機或者步進電機。此外,可擴展1/0(最多48點)。

4.三菱PLC實現(xiàn)定位控制的編程方法

4.1.定位概要

FX3G/FX3U/FX3GC/FX3UC可編程控制器可以向伺服電機、步進電機等輸出脈沖信號,從而進

行定位控制。脈沖頻率高的時候,電機轉(zhuǎn)得快;脈沖數(shù)多的時候,電機轉(zhuǎn)得多。

用脈沖頻率、脈沖數(shù)來設定定位對象(エ件)的移動速度或者移動量。

伺服電機

FX3G?FX3U?FX3GC?FX3UC

可編程控制器

第3頁共12頁

4.2.定位基本圖形

4.2.1.基本單元（晶體管輸出）

FX3G/FX3U/FX3GC/FX3UC可編程控制器中內(nèi)置定位功能。

從通用輸出（Y000?Y002）輸出最大100kHz的集電極開路方式的脈沖串,可同時控制3軸?1

的伺服電機或者步進電機。

FX3G?FX3U?FX3GC?FX3UC1軸2軸3軸

伺服電機伺服電機伺服電機

臘耀（伺服放大器）器）（伺服放大器）

0215沖.*****.Y000Y001Y002

+不雄言號ユ方髙青號〉

方向信號ユIIIli

tr起色上I。

*1.FX3G可編程控制器（14點、24點型）及FX3GC可編程控制器時為2軸.

4.2.2.特殊適配器

特殊適配器使用FX3U可編程控制器內(nèi)置的定位功能,輸出最大200kHz的差動線性驅(qū)動方式

的脈沖串,可同時控制4軸的伺服電機或者步進電機。

FX3U可編程控制器最多可以連接2臺高速輸出特殊適配器（FX3U-2HSY-ADP）。

?第1臺FX3U-2HSY-ADP使用YOOO、Y004和Y001、Y005。

?第2臺FX3U-2HSY-ADP使用Y002、Y006和Y003、Y007。

第4頁共12頁

FX3i>-2HSY-ADP

4軸

伺服電機

（伺服放大器）

Y003

Y007

4.2.3,特殊功能模塊/單元

FX3U/FX3UC可編程控制器可以連接特殊功能模塊/單元,進行定位控制。

此外,特殊功能單元也可以獨立進行定位控制。

（1JFX3U可編程控制器的構成

FX3U可編程控制器中最多可以連接8臺特殊功能模塊/單元。

特殊功能模塊伺服電機

FX3U可編程控制器

特殊功能單元（伺服放大器）

?n

藥u

?

目

巳

?

No.0No.7

（最多8臺）

（2）FX3UC可編程控制器的構成

FX3UC可編程控制器中最多可以連接8臺?1特殊功能模塊/單元。

連接特殊功能模塊/單元時,一定需要FX2NC-CNV-IF或者FX3UC-1PS-5V。

第5頁共12頁

FX3UC-1PS-5V

或者特殊功能模塊伺服電機

FX3UC可編程控制器FX2NC-CNV-IF特殊功能單元（伺服放大器）

*1,與FX3UC-32MT-LTQ2）連接時,最多可以連接7臺。

*2.與FX3UC-32MT-LT(-2)連接時,從No.!開始。

（3）單獨運行（FX2N-10GM,FX2N-20GM）

特殊功能單元（FX2N-10GM、FX2N-20GM）可以不連接在可編程控制器上,而獨立運行。

1軸FX2N-20GM2軸

伺服電機

（伺服放大器）

?FX2N-10GM可以控制1軸的伺服電機或者步進電機。

?FX2N-20GM可以控制2軸的伺服電機或者步進電機。此外,可擴展1/0（最多48點）。

5.如何采用PLC控制伺服電機的精確定位

5.1.伺服電機定義

伺服電機主要靠脈沖來定位,基本上可以這樣理解,伺服電機接收到1個脈沖,就會旋轉(zhuǎn)1個

脈沖對應的角度,從而實現(xiàn)位移,因為,伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能,所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)

ー個角度,都會發(fā)出對應數(shù)量的脈沖,這樣,和伺服電機接受的脈沖形成了呼應,或者叫閉環(huán),如

此一來,系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機,同時又收了多少脈沖回來,這樣,就能夠很精確

的控制電機的轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)精確的定位,可以達到0.001mm。伺服電機在要求精密控制的工業(yè)自

動化設備中得到了廣泛的應用,他的閉環(huán)控制功能,是步進電機無法比擬的。在ー些場合,由于步

進電機沒有反饋,因此當步進電機卡死或打滑會出現(xiàn)丟步的情況,從而大大影響設備使用精度,因

第6頁共12頁

此步進電機一般用于純粹的轉(zhuǎn)動過程,或者用于對精度要求不高的使用場合。

5.2,如何采用PLC控制伺服電機運轉(zhuǎn)

文中采用了LG品牌PLC,伺服電機采用英邁克的伺服電機及驅(qū)動器。

5.2.1.PLC控制伺服電機原理圖

PLC控制伺服電機原理如圖1所示。

何眼必動器

x5

へ24V電源pc/pメ電纜

伺服使能

§0.0

妝沖指令

輸

Q0.2ゝ“*

入

電

°IQ.Oo〇!0.1

輸

機

接

出

口

接

口

圖1PLC控制伺服電機原理

①PLC引腳說明。

PLC引腳P00為電機運行啟動信號;PLC引腳P40屬于LGPLC的專用高速脈沖通道,用于控

制伺服電機驅(qū)動器。P41屬于LGPLC專用方向脈沖通道;P屬于高速脈沖通道的專用高電平端,當

高速脈沖通道為低電平時,電流從P流向高速脈沖通道,從而伺服電機收到高速脈沖,并執(zhí)行相關

控制,如轉(zhuǎn)動和換向。P04和P05屬于LGPLC的專用原點定位信號,P04為減速信號,P05為到

位信號。

原點定位原理如下:原點是為位置控制中的基準點,當原點位置設置好了后,后面的位置控制

オ有意義,因此在定位脈沖發(fā)送前必須進行原點控制。當發(fā)送原點定位POSORG命令后,電機開始

按參數(shù)設定的速度加速,然后勻速直到P04光電被感應,然后以ー個比較低的速度繼續(xù)運行,直到

P05光電也被感應,此時原點位置被自動記錄在PLC中,以后的位置控制指令,都由這個原點坐標

作為參考。

②電機驅(qū)動器引腳說明。

伺服使能:該引腳為24+高電平時,伺服電機進人工作狀態(tài),否則處于參數(shù)設置狀態(tài)。DC12-

24:該引腳需要和PLC的24ー連接,獲取相同的低電位。

PURSE32:該引腳為位置脈沖發(fā)送的高電位,直接通過ー個2k電阻連接到PLC的P端

第7頁共12頁

PURSE31:該引腳接受PLC的P40發(fā)出的位置信號低電平,作為控制電機運轉(zhuǎn)的位置信號。

PURSE34:該引腳為方向脈沖發(fā)送的高電位,直接通過ー個2k電阻連接到PLC的P端

PURSE33l該引腳接受PLC的P40發(fā)出的位置信號低電平,作為控制電機運轉(zhuǎn)的方向信號。

CZ信號:可作為運轉(zhuǎn)圈數(shù)的反饋信號,電機每轉(zhuǎn)動ー圈,該通道會產(chǎn)生一個脈沖。

③電機引腳說明。

由于電機直接于伺服有相關配套的連接,無須知道接線過程,因此不具體說明。

5.2.2.PLC控制伺服電機流程

第一步:原點定位,發(fā)送POSORG命令。

第二步：位置運轉(zhuǎn),發(fā)送POSDST命令,控制電機每次轉(zhuǎn)動制定的角距。

5.2.3.PLC梯形圖

PLC梯形圖如圖2所示。當P0開關閉合時,開始執(zhí)行原點定位命令,此時電機開始運轉(zhuǎn),直

到P04光電被感應,此時電機減速,當pO5光電被感應時,此時電機原點定位結(jié)束,并產(chǎn)生一個標

志位F0283,并執(zhí)行DM001命令,該命令將在只在本段程序內(nèi)產(chǎn)生一次tOOOl閉合信號,因為原

點結(jié)束標志F283會一直存在,為避免頻繁發(fā)送定位命令,因此這里用了DM001命令,此時電機

定位開始執(zhí)行,posds/表示從當前位置開始向后按制定的速度運轉(zhuǎn)制定的角度。

6.PLC控制伺月艮電機

介紹PLC控制伺服電機的方法。

伺服電機有三種控制模式:速度控制,位置控制,轉(zhuǎn)矩控制｛由伺服電機驅(qū)動器的Pr02參數(shù)與

32(C-MODE)端子狀態(tài)選擇｝,本文簡要介紹位置模式的控制方法。

6.1.按照伺服電機驅(qū)動器說明書上的，位置控制模式控制信號接線副連接導線

3(PULS1),4(PULS2)為脈沖信號端子,PULS1連接直流電源正極(24V電源需串連2k左右的電

陽),PULS2連接控制器(如PLC的輸出端子)。

5(SIGN1),6(SIGN2)為控制方向信號端子,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)。當此端子接收信號變化時,伺服電機的運轉(zhuǎn)方向

改變。實際運轉(zhuǎn)方向由伺服電機驅(qū)動器的P41,P42這兩個參數(shù)控制。

7(com+)與外接24V直流電源的正極相連。

29(SRV-0N),伺服使能信號,此端子與外接24V直流電源的負極相連,則伺服電機進入使能狀

態(tài),通俗地講就是伺服電機已經(jīng)準備好,接收脈沖即可以運轉(zhuǎn)。

上面所述的六根線連接完畢(電源、編碼器、電機線當然不能忘),伺服電機即可根據(jù)控制器發(fā)

第8頁共12頁

出的脈沖與方向信號運轉(zhuǎn)。其他的信號端子,如伺服報警、偏差計數(shù)清零、定位完成等可根據(jù)您的

要求接入控制器。構成更完善的控制系統(tǒng)。

6.2.設置伺服電機驅(qū)動器的參數(shù)

1、Pr02----------控制模式選擇,設定Pr02參數(shù)為〇或是3或是4。3與4的區(qū)別在于當

32(C-MODE)端子為短路時,控制模式相應變?yōu)樗俣饶Ｊ交蚴寝D(zhuǎn)矩模式,而設為〇,則只為位置控制

模式。如果您只要求位置控制的話,Pr02設定為〇或是3或是4是ー樣的。

2、PrlO,Prll,Prl2-----------增益與積分調(diào)整,在運行中根據(jù)伺服電機的運行情況相應調(diào)整,達

到伺服電機運行平穩(wěn)。當然其他的參數(shù)也需要調(diào)整(Prl3,Prl4,Prl5,Prl6,Pr20也是很重要的參

數(shù)),在您不太熟悉前只調(diào)整這三個參數(shù)也可以滿足基本的要求.

3、Pr40-----------指令脈沖輸入選擇,默認為光耦輸入(設為0)即可。也就是選擇3(PULS1),

4(PULS2),5(SIGN1),6(SIGN2)這四個端子輸入脈沖與方向信號。

4、Pr41,Pr42-----------簡單地說就是控制伺服電機運轉(zhuǎn)方向。Pr41設為0時,Pr42設為3,

則5(SIGN1),6(SIGN2)導通時為正方向(CCW),反之為反方向(CW)。Pr41設為1時,Pr42設為3,

則5(SIGN1),6(SIGN2)斷開時為正方向(CCW),反之為反方向(CW)。(正、反方向是相對的,看您

如何定義了,正確的說法應該為CCW,CW).

5、Pr46,Pr4A,Pr4B-----------電子齒輪比設定。此為重要參數(shù),其作用就是控制電機的運轉(zhuǎn)速度

與控制器發(fā)送ー個脈沖時電機的行走長度。

其公式為:

伺服電機每轉(zhuǎn)ー圈所需的脈沖數(shù)=編碼器分辨率XPr4B/(Pr46X2ハPr4A)

伺服電機所配編碼器如果為:2500p/r5線制增量式編碼器,則編碼器分辨率為10000p/r

如您連接伺服電機軸的絲桿間距為20mm,您要做到控制器發(fā)送ー個脈沖伺服電機行走長度為

ー個絲(0.01mm)。計算得知:伺服電機轉(zhuǎn)ー圈需要2000個脈沖。(每轉(zhuǎn)ー圈所需脈沖確定了,脈

沖頻率與伺服電機的速度的關系也就確定了)

三個參數(shù)可以設定為:Pr4A=0,Pr46=10000,Pr4B=2000,約分一下則為:Pr4A=0,

Pr46=100,Pr4B=20o從上面的敘述可知:設定Pr46,Pr4A,Pr4B這三個參數(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,エ藝精度要求越

高,則伺服電機能達到的最大速度越低。

做好上面的工作,編制好PLC程序,我們就可以控制伺服運轉(zhuǎn)了。

7.伺服電機轉(zhuǎn)速的PLC控制

第9頁共12頁

7.1.引言

伺服電機在自動控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件,它將接收到的控制信號轉(zhuǎn)換為軸的角位移或角速度

輸出。通常的控制方式有三種:

①通訊方式,利用RS232或RS485方式與上位機進行通訊,實現(xiàn)控制;

②模擬量控制方式,利用模擬量的大小和極性來控制電機的轉(zhuǎn)速和方向;

7.2.PLC控制伺服

以松下FP1系列PLC和A4系列伺服驅(qū)動為例,編制控制伺服電機定長正、反旋轉(zhuǎn)的PLC程序

并設計外圍接線圖,此方案不采用松下的位置控制模塊FPG--PP11\12\21\22等,而是用晶體管輸

出式的PLC,讓其特定輸出點給出位置指令脈沖串,直接發(fā)送到伺服輸入端,此時松下A4伺服エ

作在位置模式。在PLC程序中設定伺服電機旋轉(zhuǎn)速度,單位為（rpm）,設伺服電機設定為1000

個脈沖轉(zhuǎn)ー圈。PLC輸出脈沖頻率=（速度設定值/6）*100（HZ）〇假設該伺服系統(tǒng)的驅(qū)動直線定

位精度為±0.1mm,伺服電機每轉(zhuǎn)ー圈滾珠絲杠副移動10mm,伺服電機轉(zhuǎn)ー圈需要的脈沖數(shù)為

1000I故該系統(tǒng)的脈沖當量或者說驅(qū)動分辨率為0.01mm（ー個絲）；PLC輸出脈沖數(shù)=長度設定值

*10。

以上的結(jié)論是在伺服電機參數(shù)設定完的基礎上得出的。也就是說,在計算PLC發(fā)出脈沖頻率與

脈沖前,先根據(jù)機械條件,綜合考慮精度與速度要求設定好伺服電機的電子齒輪比!大致過程如

下:

機械機構確定后,伺服電機轉(zhuǎn)動ー圈的行走長度已經(jīng)固定（如上面所說的10mm）,設計要求

的定位精度為〇.lmm（10個絲）。為了保證此精度,一般情況下是讓ー個脈沖的行走長度低于

0.1mm,如設定一個脈沖的行走長度為如上所述的0.01mm,于是電機轉(zhuǎn)ー圈所需要脈沖數(shù)即為

1000個脈沖。此種設定當電機速度要求為1200轉(zhuǎn)/分時,PLC應該發(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。

如果電機轉(zhuǎn)動ー圈為100mm,設定一個脈沖行走仍然是0.01mm,電機轉(zhuǎn)一圈所需要脈沖數(shù)即

為10000個脈沖,電機速度為1200轉(zhuǎn)時所需要脈沖頻率就是200k。PLC的CPU輸出點工作頻率

就不夠了。需要位置控制專用模塊等方式。

8.伺服電機參數(shù)設置與接線方式

有了以上頻率與脈沖數(shù)的算法就只需應用PLC的相應脈沖指令發(fā)出脈沖即可實現(xiàn)控制了。假設

使用松下A4伺服,其工作在位置模式,伺服電機參數(shù)設置與接線方式如下:

8.1.按照伺服電機驅(qū)動器說明書上的“位置控制模式控制信號接線圖”接線:

第10頁共12頁

pin3(PULSl),pin4(PULS2)為脈沖信號端子,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(SIGNl),pin6(SIGN2)為控制方向信號端子,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)。當此端子接收信號變化時,伺服電機的運轉(zhuǎn)

方向改變。實際運轉(zhuǎn)方向由伺服電機驅(qū)動器的P41,P42這兩個參數(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,此端子與外接24V直流電源的負極相連,

則伺服電機進入使能狀態(tài),通俗地講就是伺服電機已經(jīng)準備好,接收脈沖即可以運轉(zhuǎn)。

上面所