PLC控制伺服电机归纳.docx
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PLC控制伺服电机归纳
.
第1章PLC基础知识
1.1PLC简介
PLC的定义
PLC（ProgrammableLogicController）是一种以计算机〔微办理器〕为核心的通用工
业控制装置,专为工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子学系统。
当前已经宽泛
地`应用于工业生产的各个领域。
初期的可编程序控制器只能用于开关量的逻辑控制，被称
为可编程序逻辑控制器〔ProgrammableLogicController〕,简称PC。
现代可编程序控
制器采用微办理〔Microprocessor〕作为中央办理单元，其功能大大加强，它不但拥有逻
辑控制功能，还拥有算术运算、模拟量办理和通讯联网等功能。
PLC的高可靠性到当前为
止没有任何一种工业控制设备能够到达，PLC对环境的要求较低，与其他装置的外面连线
和电平变换极少，可直接接各样不同样种类的接触器或电磁阀等。
这样看来，PC这一名称已经不能够正确反响它的特点，于是，人们将其称为可编程序
控制器〔ProgrammableController〕，简称PLC。
但是近来几年来个人计算机〔Personal
Computer〕也简称PLC，为了防范混淆，可编程序控制器常被称为PLC。
PLC的产生和睁开
在PLC出现以前，机械控制及工业生产控制是用工业继电器实现的。
在一个复杂的控
制系统中，可能要使用成千上百个各式各样的继电器，接线、安装的工作量很大。
若是控
制工艺及要求发生变化，控制柜内的元件和接线也需要作相应的改动，但是这种改造经常
开销高、工期长。
在一个复杂的继电器控制系统中，若是有一个继电器破坏、甚至某一个
继电器的某一点接触点不良，都会以致整个系统工作不正常，由于元件多、线路复杂，查
找和消除故障经常很困难。
继电器控制的这些固有缺点，各日异月新的工业生产带来了不
可超越的阻挡。
由此，人们产生了一种追求新式控制装置的想法。
1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车企业〔GM企业〕为了适应汽车型号不断
.
翻新的要求，提出以下设想：
可否把计算机功能齐全、灵便、通用等优点和继电器控制系
统的简单易懂、操作方便、价格廉价等优点结合起来，做成一种通用控制装置，并把计算
机的编程方法合成程序输入方式加以简化，用面向过程、面向问题的“自然语言〞编程，
使得不熟悉计算机的人也能够方便使用。
这样，使用人员不用在编程上开销大批的精力，
而是集中力量去考虑如何发挥该装置的功能和作用。
这一设想提出此后，美国数字设备公
司〔DEC企业〕第一响应，于1969年研制出了世界上第一台PLC。
此后，这项新技术就
迅速睁开起来。
PLC的睁开过程大体以下：
第一代：
从第一台可编程序控制器出生到70年代初期。
其特点是：
CPU有中小型规
模集成电路组成，储藏器为磁芯储藏器；功能简单，主要能完成条件、准时、计数控制；
机种单一，没有形成系列；可靠性略高于继电接触器系统；没有成型的编程语言。
第二代：
70年代初期到70年代末期。
其特点是：
CPU采用微办理器，储藏器采用
EPROM，使PLC的技术获得了较大的睁开：
PLC拥有了逻辑运算、准时、计数、数值计
算、数据办理、计算机接口和模拟量控制等功能：
软件上开发出自诊断程序，可靠性进一
步提高；系统开始向标准化、系统化睁开；结构上开始有整体式和模块式的区分，整体功
能从专用向通用过渡。
第三代：
70年代末期到80年代中期。
单片计算机的出现、半导体储藏器进入了工业
化生产及大规模集成电路的使用，推进了PLC的进一步睁开，使其演变成专用的工业化计
算机。
其特点是：
CPU采用8位和16位微办理器，使PLC的功能和办理速度大大加强；
拥有通讯功能远程I/O能力；增加了多种特别功能；自诊断功能及容错技术睁开迅速；软
件方面开发了面向过程的梯形图语言及其变相的语句表〔也称逻辑符号〕；PLC的体积进
一步减小，可靠性大大提高，本钱大型化、低本钱。
第四代：
80年代中期到90年代中期。
随着计算机技术的飞速睁开，促进PLC完满
.
计算机化。
PLC全面使用8位、16位微办理芯片的位片式芯片，办理速度也到达1微秒/
步。
功能上拥有高速计数、中断、A/D、D/A、PID等，已能满足过程控制的要求，同时
加强了联网的能力。
第五代：
90年代中期到此刻。
RISC（简称指令系统CPU）芯片在计算机行业大批使用，
表面贴装技术和工艺已成熟，使PLC整机的体积大大减小，PLC使用16位和32位的微
办理器芯片。
CPU芯片也向专用化睁开。
拥有富强的数值运算、函数运算和大批量数据处
理能力；已开发出各样智能化模块；以LCD微现实的人机智能接口宽泛使用，高级的已发
展到触摸式屏幕；除手持式编程器外，大批使用了笔录本电脑和功能富强的编程软件。
当前，为了适应大中型小企业的不同样需要，进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用
范围，PLC正朝着以下两个方向睁开：
其一：
小型PLC向体积减小、功能加强、速度加速、价格廉价的方向睁开，使之能更
加宽泛地取代继电器控制。
其二：
大中型PLC向大容量、高可靠性、高速度、多功能、网络化的方向睁开，使之
能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。
总的趋势是：
（1）中央办理单元办理速度进一步加速。
（2）控制系统将分别化。
（3）可靠性进一步提高。
（4）控制与管理功能一体化。
1.2PLC的组成
PLC的硬件主要由CPU模块、I/O端口组成。
1）中央办理单元CPU是PLC的核心，它是运算、控制中心，将完成以下任务：
（1）接受并储藏用户程序和数据。
.
（2）诊断工作状态。
（3）接受输入信号，送入PLC的数据存放器保存起来。
（4）读取用户程序，进行讲解和执行，完成用户程序中规定的各样操作。
2）PLC中的储藏器分为系统程序储藏器和用户程序储藏器
3〕I/O接口模块的作用是将工业现场装置与CPU模块连接起来，包括开关量I/O
接口模块、模拟量I/O接口模块、智能I/O接口模块以及外设通讯接口模块等。
图1-1为PLC的硬件组成框图：
主机
电源
输
输
输
输
入
入
CPU
出
出
信
单
单
信
号
元
元
号
外
I/O
I/O
编程器
储藏器
扩
设
扩
展
接
EPROM
RAM
展
单
口
（系统程序）
（用户程序）
口
元
图1-1
1.3PLC的工作原理
.
PLC工作过程一般可分为输入采样，程序执行和输出刷新三个主要阶段。
PLC按序次
采样全部输入信号并读入到输入映像存放器中储藏，在PLC执行程序时被使用，经过对当
前输入输出映像存放器中的数据进行运算办理，再将其结果写入输出映像存放器中保存,
当PLC刷新输出锁存器时被用作驱动用户设备，至此完成一个扫描周期。
PLC的扫描周期一般在100毫秒以内。
PLC程序的易更正性，可靠性，通用性，易扩展性，易保护性可和计算机程序相媲美，再加上其体积小，重量轻，安装调试方便，使其设计加工周期大为缩
短，维修也方便,还可重复利用。
PLC的循环扫描工作过程见图1-2。
初始化
硬件、内存检查
异常
检查结果正常？
正常
扫描周期监察时间预置
设置各异常继电器
执行用户程序
异常或警告
警告
异常
程序结束？
NO
YES
扫描周期固定值
无
有固定值设置？
有
等待知道设定的扫描周期为之止
算出扫描周期
.
第2章伺服系统
伺服电机种类及结构特点
“伺服〞一词源于希腊语“奴隶〞的意思。
人们想把“伺服机构〞当个驾轻就熟的驯
服工具，遵从控制信号的要求而动作。
在讯号到达以前，转子静止不动；讯号到达此后，
转子马上转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。
由于它的“伺服〞性能，所以而得名
伺服系统。
.
伺服系统是使物体的地址、方向、状态等输出被控量能够随从输入目标值（或给定值）
的任意变化的自动控制系统。
伺服的主要任务是按控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调控等办理，使驱动装置
输出的力矩、速度和地址控制得特别灵便方便。
平时依照伺服驱动器的种类来分类，有电气式、油压式或电气—油压式三种。
伺服系
统假设按功能来分，那么有计量伺服和功率伺服系统；模拟伺服和功率伺服系统；地址伺服和
加速度伺服系统等。
电气式伺服系统依照电气信号可分为DC直流伺服系统和AC交流伺服系统二大类。
AC
交流伺服系统又有异步电机伺服系统和同步电机伺服系统两种
电气伺服技术应用最广，主要原因是控制方便，灵便，简单获得驱动能源，没有公害
污染，保护也比较简单。
特别是随着电子技术和计算机软件技术的睁开，它为电气伺服技
术的睁开供应了广阔的远景。
早在70年代，小惯量的伺服直流电动机已经合用化了。
到了70年代末期交流伺服系统开
始睁开，渐渐合用化，AC伺服电动机的应用越来越广,而且还有取代DC伺服系统的趋势
成为电气伺服系统的主流。
当前交流伺服电动机分为两种：
同步型和感觉型。
同步型（SM）：
采用永磁结构的同步电动机，又称为无刷直流伺服电动机。
其特点：
（1）无接触换向部件。
（2）需要磁极地址监测器〔如编码器〕。
（3）拥有直流伺服电动机的全部优点。
感觉型（IM）：
指笼型感觉电动机。
其特点：
.
（1）对定子电流的激励重量和转矩重量分别控制。
（2）拥有直流伺服电动机的全部优点。
伺服系统由地址检测局部、误差放全局部、执行局部及被控对象组成。
采用了全封闭
无刷结构，以适应实质生产环境不需要如期检查和维修。
其定子省去了铸件壳体，结构紧
凑、外形小、重量轻。
定子断念较一般电动机开槽多且深，散热收效好，所以传给机械部
分的热量小，提高了整个系统的可靠性。
转子采用拥有精美磁极形状的永久磁铁，所以可
实现高转矩/惯量比，动向响应好，运转平稳。
转轴安装有高精度的脉冲编码器作检测元件。
所以交流伺服电动机以其高性能、大容量日益碰到宽泛的重视和应用。
交流伺服电机的控制方法
这里只介绍一种IM型伺服电机的控制方法：
SPWM〔脉宽调制变频〕变频调速。
这
是近来睁开起来的，其触发电路是一系列频率可调的脉冲波，脉冲的幅值恒定而宽度可调，
所以能够依照U1/f1比值在变频的同时改变电压，并可按必然规律调制脉冲宽度，如按正
弦波规律调制，这就是SPWM变频调速。
SPWM变频的工作原理可用图2-1加以说明。
u
0
xwt
.
u
0
xwt
图2-1
假设希望变频输出为图2-1所示正弦波电压，那么它能够用一系列幅值不变的矩形脉冲来
等效，只要对应时间间隔内的矩形脉冲的面积和正弦波与横轴包括的面相等即可。
单位周
波内的脉冲数越多，等效的精度越高，谐波重量也越小。
SPWM变频调速系统的组成和线路比较复杂，此刻已经有专用的SPWM集成组件供
选择，如英国的HEF4752KV，功能齐全，为工程人员供应了方便。
.
第3章R7D-APA3H伺服驱动器
3.1R7D-APA3H伺服驱动器外面结构及端子说明
SMARTSTEPA系列为基于传统的步进马达的简单定位系统用途而开发出来的脉冲输
入型地址控制产品。
它结合了步进的简单易用特点，同时具备步进马达难以到达的一些特
征，如：
在高速、高矩的情况下段时间内完成定位，在负荷急巨变化的情况下还可以保持状
态坚固等，是拥有很高可靠性的马达/驱动器。
图3-1为R7D-APA3H伺服驱动器外面结构，表3-1为端子说明。
注：
本系列使用电压：
主回路电源：
单相AC200/230V（170～253V）50/60Hz
控制回路电源：
单相AC200/230V（170～253V）50/60Hz
表3-1
L1
CN3
L2
1
2
C
⊙
N
1
L1CL2C
L2C
B1
C
N
B22
U
V
W
图3-1
.
L1
主电路电源输入端
L2
1控制电源谐波用直流电抗器
2
连接端子
L1C
控制电源输入端子
L2C
B1
外置再生电阻连接端子
B2
U
V
马达连接端子
W
CN1
控制输入输出用连接器
CN2
编码器输入用连接器
CN3
通讯誉连接器
控制输入输出信号的连接及外面信号信号办理电路图见附录1。
参数/监控模式
监控模式见表3-2。
.
表3-2
监控NO.
监控工程
说明
Un000
速度反响
显示马达实质转量
Un002
转矩指令
显示至电流回路的指令值
Un003
Z相的脉冲数
显示从Z相的转动值为脉冲数
Un004
电角度
显示马达的电角度
Un005
输入信号监控
显示控制输入信号〔
CN1〕的输入信号
Un006
输出信号监控
显示控制输入信号〔
CN1〕的输出信号
Un007
指令脉冲的速度表示
显示将指令脉冲的频率换算后的值
Un008
地址误差
将误差计数器内积累的脉冲经过指令单位进行显示
Un009
累计负荷率
显示实效转矩
Un00C
输入脉冲计数
显示输入脉冲计数
Un00D
反响脉冲计数
显示反响脉冲计数
参数模式见表3-3。
表3-3
.
参数名称
位
NO.
名称
说明
设定
说明
.
0
反转方向
0
+指令为CCW方向辗转
Pn000
根本开关1
1
控制模式选择
1
+指令为CW方向辗转
0
用动力制动器停止马达
伺服OFF时、报警
用动力制动器停止马达，
Pn001
根本开关2
0
1
发生时选择停止
停止后清除动力制动器
2
用自由运转停止马达
Pn100
速度回路增益
调整速度回路的响应性
速度回路积分
Pn101
速度回路的积分时间常数
时间常数
Pn102
地址回路增益
调整地址回路的响应性
接通电源后，只进行运转
0
在线自动调整
在线自动调整选
初期的自动调整
Pn110
0
设定
择
1
保持自动调整
2
不自动调整
0
指令脉冲方式
地址控制设定
Pn200
1
误差计数器复位
1
2
伺服OFF时、报警发生时的误差计数器复位
根本动作操作方法
1.调整增益用旋转开关
能够调整马达响应性能，选择0时，依照内部设定的参数值运转。
选择1—F时，按
照旋转开关的数值运转。
.
若是需要降低马达响应性能〔圆滑地运动时〕，将开关设定在较小值。
若是需要提高马达响应性能〔迅速地运动时〕，将开关设定在较大值。
2.开关/参数设定有效切换
设定驱动器的动作是依照功能开关进行也许是依照参数设定进行。
见图3-2，说明见
表3-4。
ONOFF
6
表3-4
5
4
3
2
开关6开关/参数设定有效切换
OFF功能设定开关有效
ON参数设定有效
1
图3-2
3.脉冲指令的输入设定
脉冲指令的输入方法，依照正转脉冲/反转脉冲输入和脉冲/方向信号输入进行切换。
见图3-3，说明见表3-5。
ONOFF
6表3-5
5
4
3
2
1
图3-3
.
开关3脉冲指令的模式
OFF正转脉冲/反转脉冲：
正逻辑
ON脉冲/方向信号：
正逻辑
4.在线自动调整
在线自动调整见图3-4。
ONOFF
实行在线自动调整。
停止在线自动调整。
将结果保存在
参数的惯性比〔Pn103〕，进行运转。
图3-4
5.动向制动的设定
动向制动的设定见图3-5，说明见表3-6。
ONOFF
6
5
4
3
表3-6
开关2动向制动模式
2OFF动向制动无效
1
ON动向制动有效
图3-5
.
第4章CPM2C系列PLC简介
什么是CPM2C
4.1.1CPM2C的定义
CPM2C是一种紧凑的，高速可编程序控制器（PLC），是为需要每台PLC有10～120点
I/O的系统控制操作而设计的。
CPM2C在一个小巧的单元内综合有各样性能，包括同步脉冲控制，中断输入，脉冲
输出，模拟量设定和时钟功能等。
CPM2CCPU单元又是一个独立单元，能办理宽泛的机
械控制应用，所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品，完满的通讯功能保证了与
.
个人计算机、其他OMRONPLC和OMRON可编程终端的通讯。
这些通讯能力使用户能设
计一个经济的分布生产系统。
4.1.2CPM2C的根本功能和特点
根本功能见表4-1。
表4-1
CPM2C是一台设有20，30，40，或60内装I/O端子的PLC，有三种输出
CPU单元种类可用〔继电器输出，漏型晶体管输出和源型晶体管输出〕和2种电源可用
〔100/240VAC或24VDC〕。
为使PLC的I/O容量提高到最大的120点I/O，与CPU单元连接的扩展单元可多
达3个。
有三种扩展单元可用：
20点I/O单元，8点输入单元，和8点输出单元。
扩展I/O单元
将3个20点I/O单元与60内装I/O端子的CPU单元连接就获得120点I/O的最大
I/O容量。
·为供应模拟量输入和输出可连接多达3个模拟量I/O单元。
每个单元供应2点模
拟量输入和1点模拟量输出，所以连接3个模拟量I/O单元就能获得最大的6点
模拟量输入和3点模拟量输出。
〔将模拟量I/O点与PID（—）和PWM（—）指令结
合就能完成时间-比率控制〕。
模拟量I/O单元
·模拟量输入范围能够设置为0～10VDC，1～5VDC，或4～20mA；分辨率为
1/256。
〔1～5VDC和4～20mA设定能够使用开路检测功能〕。
·模拟量输出范围能够设置为0～10VDC，-10～10VDC，或4～20mA；分辨
率为1/256。
CPM2C的特点：
（1）丰富的指令系统,根本指令和应用指令多达185条。
.
（2）中断功能完满，高达20kHz的高速计数器能方便地测量高速运动的加工件。
（3）高速脉冲输出功能更加完满。
（4）拥有同步脉冲控制功能,可方便地调整输入输出的脉冲频率比值。
（5）内置时钟功能。
（6）完满的通讯功能。
（7）可方便地与OMRON的可编程序终端（PT）相连接，为机器操作供应一个可界面。
4.2CPM2C的操作方式
CPM2C有3种操作方式：
PROGRAM，MONITOR和RUN，见表4-2。
表4-2
在编程方式下程序不会执行。
该方式进行以下为程序执行作准备的操作
PROGRAM方·改写如PLC设置内的那些初始/操作参数。
式·写入，传达和检查程序。
·用I/O位逼迫置位和逼迫复位来检查接线。
程序在MONITOR方式下执行并经过编程设备能进行以下操作。
一般来说，
MONITOR方式用于程序调试，检测操作和进行调整。
MONITOR方
·在线编写
式
·监察操作期间的I/O储藏器。
·逼迫置位/逼迫复位，改变设置值，在操作期间改变当前值。
在RUN方式下程序以正常速度执行。
如在线编写，I/O逼迫置位/逼迫复位，
RUN方式改变设置值/当前值等操作不能够在RUN方式下进行，但能够进行I/O位状态监
视。
同步脉冲控制及脉冲输出功能介绍
.
同步脉冲控制
CPM2C的晶体管输出型，它的高速计数器功能配合其脉冲输出功能，能够产生一个
频率为输入脉冲固定倍数的输出脉冲。
见图4-1。
编码器
CPM2C
电动机
驱动器
M
输出是
升级会员 