如何采用PLC控制伺服电机的精确定位.docx

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如何采用PLC控制伺服电机的精确定位

如何采用PLC控制伺服电机的精确定位

　　　　1　PLC定义

　　PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。

PLC的特点是性能稳定可靠，一般由大公司如三菱，LG、台达、西门子等生产制造，质量可靠，使用寿命长，其次PLC的扩展性好，一般可通过简单方法实现多种专业的功能，如AD／DA功能，波形输出功能，PID模糊控制功能等。

PLC可采用代码编程或者梯形图编程，逻辑清楚，编程简单，适合于初学者学习和使用，因此用途广泛。

目前PLC已经在世界各地的重要控制系统中发挥了重要的作用。

大到航天航海，小到普通家用电器，都有它的身影，特别是制造工厂，更是得到了大量的使用。

　　2　伺服电机定义

　　伺服电机主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。

伺服电机在要求精密控制的工业自动化设备中得到了广泛的应用，他的闭环控制功能，是步进电机无法比拟的。

在一些场合，由于步进电机没有反馈，因此当步进电机卡死或打滑会出现丢步的情况，从而大大影响设备使用精度，因此步进电机一般用于纯粹的转动过程，或者用于对精度要求不高的使用场合。

　　3　如何采用PLC控制伺服电机运转

　　文中采用了LG品牌PLC，伺服电机采用英迈克的伺服电机及驱动器。

　　3.1　PLC控制伺服电机原理图

　　PLC控制伺服电机原理如图1所示。

　　①PLC引脚说明。

　　PLC引脚P00为电机运行启动信号；PLC引脚P40属于LGPLC的专用高速脉冲通道，用于控制伺服电机驱动器。

P41属于LGPLC专用方向脉冲通道；P属于高速脉冲通道的专用高电平端，当高速脉冲通道为低电平时，电流从P流向高速脉冲通道，从而伺服电机收到高速脉冲，并执行相关控制，如转动和换向。

P04和P05属于LGPLC的专用原点定位信号，P04为减速信号，P05为到位信号。

　　原点定位原理如下：

原点是为位置控制中的基准点，当原点位置设置好了后，后面的位置控制才有意义，因此在定位脉冲发送前必须进行原点控制。

当发送原点定位POSORG命令后，电机开始按参数设定的速度加速，然后匀速直到P04光电被感应，然后以一个比较低的速度继续运行，直到P05光电也被感应，此时原点位置被自动记录在PLC中，以后的位置控制指令，都由这个原点坐标作为参考。

　　②电机驱动器引脚说明。

　　伺服使能：

该引脚为24＋高电平时，伺服电机进人工作状态，否则处于参数设置状态。

　　DCl2-24：

该引脚需要和PLC的24-连接，获取相同的低电位。

　　PURSE32：

该引脚为位置脉冲发送的高电位，直接通过一个2K电阻连接到PLC的P端

　　PURSE31：

该引脚接受PLC的P40发出的位置信号低电平，作为控制电机运转的位置信号。

　　PURSE34：

该引脚为方向脉冲发送的高电位，直接通过一个2K电阻连接到PLC的P端

　　PURSE33：

该引脚接受PLC的P40发出的位置信号低电平，作为控制电机运转的方向信号。

　　CZ信号：

可作为运转圈数的反馈信号，电机每转动一圈，该通道会产生一个脉冲。

　　③电机引脚说明。

　　由于电机直接于伺服有相关配套的连接，无须知道接线过程，因此不具体说明。

　　3.2　PLC控制伺服电机流程

　　第一步：

原点定位，发送POSORG命令。

　　第二步：

位置运转，发送POSDST命令，控制电机每次转动制定的角距。

　　3.3　PLC梯形图

　　PLC梯形图如图2所示。

当PO开关闭合时，开始执行原点定位命令，此时电机开始运转，直到P04光电被感应，此时电机减速，当p05光电被感应时，此时电机原点定位结束，并产生一个标志位F0283，并执行DM001命令，该命令将在只在本段程序内产生一次t0001闭合信号，因为原点结束标志F283会一直存在，为避免频繁发送定位命令，因此这里用了DM001命令，此时电机定位开始执行，posds／表示从当前位置开始向后按制定的速度运转制定的角度。

PLC控制伺服电机

介绍PLC控制伺服电机的方法。

伺服电机有三种控制模式：

速度控制，位置控制，转矩控制{由伺服电机驱动器的Pr02参数与32（C-MODE）端子状态选择}，本文简要介绍位置模式的控制方法。

   一、按照伺服电机驱动器说明书上的'位置控制模式控制信号接线图'连接导线

   3（PULS1），4（PULS2）为脉冲信号端子，PULS1连接直流电源正极（24V电源需串连2K左右的电阻）,PULS2连接控制器（如PLC的输出端子）。

   5（SIGN1），6（SIGN2）为控制方向信号端子，SIGN1连接直流电源正极（24V电源需串连2K左右的电阻）,SIGN2连接控制器（如PLC的输出端子）。

当此端子接收信号变化时，伺服电机的运转方向改变。

实际运转方向由伺服电机驱动器的P41，P42这两个参数控制。

   7（com+）与外接24V直流电源的正极相连。

   29（SRV-0N）,伺服使能信号，此端子与外接24V直流电源的负极相连，则伺服电机进入使能状态，通俗地讲就是伺服电机已经准备好，接收脉冲即可以运转。

   上面所述的六根线连接完毕（电源、编码器、电机线当然不能忘），伺服电机即可根据控制器发出的脉冲与方向信号运转。

其他的信号端子，如伺服报警、偏差计数清零、定位完成等可根据您的要求接入控制器。

构成更完善的控制系统。

   二、设置伺服电机驱动器的参数

   1、Pr02－－－－控制模式选择，设定Pr02参数为0或是3或是4。

3与4的区别在于当32（C-MODE）端子为短路时，控制模式相应变为速度模式或是转矩模式，而设为0，则只为位置控制模式。

如果您只要求位置控制的话，Pr02设定为0或是3或是4是一样的。

   2、Pr10，Pr11,Pr12－－－－增益与积分调整，在运行中根据伺服电机的运行情况相应调整,达到伺服电机运行平稳。

当然其他的参数也需要调整（Pr13，Pr14,Pr15,Pr16，Pr20也是很重要的参数），在您不太熟悉前只调整这三个参数也可以满足基本的要求. 

   3、Pr40－－－－指令脉冲输入选择，默认为光耦输入（设为0）即可。

也就是选择3（PULS1），4（PULS2），5（SIGN1），6（SIGN2）这四个端子输入脉冲与方向信号。

   4、Pr41，Pr42－－－－简单地说就是控制伺服电机运转方向。

Pr41设为0时，Pr42设为3,则5（SIGN1），6（SIGN2）导通时为正方向（CCW），反之为反方向（CW）。

Pr41设为1时，Pr42设为3,则5（SIGN1），6（SIGN2）断开时为正方向（CCW），反之为反方向（CW）。

（正、反方向是相对的，看您如何定义了，正确的说法应该为CCW，CW）. 

   5、Pr46,Pr4A,Pr4B－－－－电子齿轮比设定。

此为重要参数，其作用就是控制电机的运转速度与控制器发送一个脉冲时电机的行走长度。

   其公式为：

   伺服电机每转一圈所需的脉冲数=编码器分辨率×Pr4B／（Pr46×2^Pr4A） 

   伺服电机所配编码器如果为:

2500p/r5线制增量式编码器，则编码器分辨率为10000p/r 

   如您连接伺服电机轴的丝杆间距为20mm，您要做到控制器发送一个脉冲伺服电机行走长度为一个丝（0.01mm）。

计算得知：

伺服电机转一圈需要2000个脉冲。

（每转一圈所需脉冲确定了，脉冲频率与伺服电机的速度的关系也就确定了） 

   三个参数可以设定为：

Pr4A=0，Pr46=10000，Pr4B=2000，约分一下则为：

Pr4A=0，Pr46=100，Pr4B=20。

   从上面的叙述可知:

设定Pr46,Pr4A,Pr4B这三个参数是根据我们控制器所能发送的最大脉冲频率与工艺所要求的精度。

在控制器的最大发送脉冲频率确定后，工艺精度要求越高，则伺服电机能达到的最大速度越低。

   做好上面的工作，编制好PLC程序，我们就可以控制伺服运转了。

伺服电机转速的PLC控制

1.引言

伺服电机在自动控制系统中用作执行元件，它将接收到的控制信号转换为轴的角位移或角速度输出。

通常的控制方式有三种：

①通讯方式，利用RS232或RS485方式与上位机进行通讯，实现控制；

②模拟量控制方式，利用模拟量的大小和极性来控制电机的转速和方向；

③差分信号控制方式，利用差分信号的频率来控制电机速度。

简单、方便的实现对伺服电机转速的精确控制是工业控制领域内的一个期望目标，本文主要研究如何利用PLC输出的模拟量实现对伺服电机的速度较为精准的控制。

2.控制系统电路

控制装置选用西门子S7-200系列PLCCPU224XPCN，这种型号的PLC除了带有输入输出点外。

还有1个模拟量输入点和1个模拟量输出点，这一型号PLC所具有的模拟量模块，能够满足控制伺服电机的需要。

触摸屏选用西门子触摸屏，型号为TP177B。

具体控制方案如图l所示，触摸屏是人机对话接口，最初的指令信息要从这里输入。

输入的信息通过通讯端口传送到PLC。

经运算后，PLC输出模拟量，并连接到伺服控制器的模拟量输入端口。

伺服控制器对接收到的模拟量进行内部运算，而后驱动伺服电机达到相应的转速。

伺服电机通过测速元件将转速信息反馈到伺服控制器，形成闭环系统，实现转速稳定的效果。

图1  控制方案

方案中的伺服电机，设计工作转速范围为500～6000RPM，精度要求为±3RPM。

3.控制过程

在触摸屏中设置一个对话框，可输入4位数值，然后将此对话框中的数据属性设置成对应PLC中的整形变量数据（如VW310）。

目的是当在对话框中输人数值后，电机就能够达到与该数值相同的速度。

PLC输出的模拟量是0～10V，对应的整形数据是0～32000；而伺服电机的输入模拟量是0～l0V。

对应的转速是0-6500RPM。

由于这些数值都是理论上的，并且最终希望得到的还是输入值对应上转速即可。

因此，模拟量作为中间环节仅做参考。

需要重点考虑的还是输入值、整形数据和实际转速。

经过直接实测，测试数据如表1所示。

表1　直接实测数值表

输入值

整形数值

实际转速

500

500

70

2000

2000

360

4000

4000

750

6000

6000

1145

由表1可看出，输入值和实际转速相差甚远，而唯一的办法是通过运算将输入值转换成能对应上实际转速的整形数值。

但是还要首先找到最高转速和最低转速对应的数值。

通过实验发现，对应关系如表2所示

表2  实测对应数值表

整形数值

实际转速

2711

500

30854

6000

PLC的模拟量输出和伺服电机转速输出都是线性的，可以根据表2的数据列出直线方程组，计算出输入值和整形数值之间的关系。

2711＝500×a+b

30854＝600×a+b

解得：

a=5117；b=152

　　设实际转速为x，整形数值为y；那么关系方程为：

y=5117×x+152

通过PLC。

实现则需妻用到数字运算指令，具体如图2所示

图2数字运算指令实现对应关系

运算后，将数据直接传送到模拟量输出口就完成了转换工作（由于输出口不接受双字数据；所以仅传字数据，VB2232即可）。

如图3所示

图3模拟量输出口传送指令

这样．就基本上完成了从对话框输入速度值，经过PLC运算后输出模拟量。

伺服控制器接收到模拟量驱动伺服电机，伺服电机的转速等于输入速度值的过程。

通过经过实际检验，测得输入值、整形数值、实际转速如表3。

表3　运算后的实测数值表

输入值

运算后数值

实际转速

500

2711

500

1000

5269

999

2000

10386

1998

3000

15503

3000

4000

20620

4002

5000

25737

5001

6000

30854

6000

4.结束语

本文提出了一种利用西门子200系列PLC所配备的模拟量输出模块，控制伺服电机的方法，方法简单，易于实现，且能够满足转速精度为±3RPM的工作要求。

松下的PLC,我用的定位输出指令,就是初始速度,最高速度,加减速时间,目标脉冲数,一起送进寄存器,然后用一个上升沿触发,输出点就按我设定的这些数据输出,也就是可以按一点的速度曲线控制伺服电机速度.但是,我发现把数据设定好后,一旦触发,这些脉冲就得一口气发送下去了.假如我中途想让此点停止脉冲输出,也没办法了.感觉应该有这样的指令啊,希望是我没有找到.或者是得在编程中做一些技巧,谢谢啊.这工程有点急,来不急仔细找了,请高手帮帮忙.提问者：

39577BD-魔法学徒一级最佳答案F0mv,H10,DT90052F0mv,H0,DT90052触发脉冲条件就是急停，停止等一些你想停止的条件3回答者：

chm50308-试用期二级2009-7-1817:

55我来评论>>提问者对于答案的评价：

提问者对于答案的评价：

对我要的就是这个,谢谢啦相关内容?

PLC脉冲输出点?

PLC高速脉冲输出电压是多少?

PLC的脉冲输出波形？

?

请问拉姆齐皮带秤技术参数，输入输出PLC模拟量和脉冲...?

PLC电气切换脉冲输出更多相关问题>>更多相关问题查看同主题问题：

输出脉冲其他回答共3条加个手动复位按钮呗回答者：

skyshao444-伍长四级2009-7-1816:

39加一个定位条件不就可以了吗?

可以是触摸屏上的一个开关,也可以是停止按钮

PLC控制伺服

以松下FP1系列PLC和A4系列伺服驱动为例，编制控制伺服电机定长正、反旋转的PLC程序并设计外围接线图，此方案不采用松下的位置控制模块FPG--PP11\12\21\22等，而是用晶体管输出式的PLC，让其特定输出点给出位置指令脉冲串，直接发送到伺服输入端，此时松下A4伺服工作在位置模式。

在PLC程序中设定伺服电机旋转速度，单位为（rpm），设伺服电机设定为1000个脉冲转一圈。

PLC输出脉冲频率=（速度设定值/6）*100（HZ）。

假设该伺服系统的驱动直线定位精度为±0.1mm，伺服电机每转一圈滚珠丝杠副移动10mm，伺服电机转一圈需要的脉冲数为1000，故该系统的脉冲当量或者说驱动分辨率为0.01mm（一个丝）；PLC输出脉冲数=长度设定值*10。

以上的结论是在伺服电机参数设定完的基础上得出的。

也就是说，在计算PLC发出脉冲频率与脉冲前，先根据机械条件，综合考虑精度与速度要求设定好伺服电机的电子齿轮比！

大致过程如下：

机械机构确定后，伺服电机转动一圈的行走长度已经固定（如上面所说的10mm），设计要求的定位精度为0.1mm（10个丝）。

为了保证此精度，一般情况下是让一个脉冲的行走长度低于0.1mm，如设定一个脉冲的行走长度为如上所述的0.01mm，于是电机转一圈所需要脉冲数即为1000个脉冲。

此种设定当电机速度要求为1200转/分时，PLC应该发出的脉冲频率为20K。

松下FP1---40T的PLC的CPU本体可以发脉冲频率为50KHz，完全可以满足要求。

如果电机转动一圈为100mm，设定一个脉冲行走仍然是0.01mm，电机转一圈所需要脉冲数即为10000个脉冲，电机速度为1200转时所需要脉冲频率就是200K。

PLC的CPU输出点工作频率就不够了。

需要位置控制专用模块等方式。

有了以上频率与脉冲数的算法就只需应用PLC的相应脉冲指令发出脉冲即可实现控制了。

假设使用松下A4伺服，其工作在位置模式，伺服电机参数设置与接线方式如下：

 一、按照伺服电机驱动器说明书上的“位置控制模式控制信号接线图”接线：

   pin3（PULS1），pin4（PULS2）为脉冲信号端子，PULS1连接直流电源正极（24V电源需串连2K左右的电阻）,PULS2连接控制器（如PLC的输出端子）。

   pin5（SIGN1），pin6（SIGN2）为控制方向信号端子，SIGN1连接直流电源正极（24V电源需串连2K左右的电阻），SIGN2连接控制器（如PLC的输出端子）。

当此端子接收信号变化时，伺服电机的运转方向改变。

实际运转方向由伺服电机驱动器的P41，P42这两个参数控制，pin7（com+）与外接24V直流电源的正极相连。

pin29（SRV-0N），伺服使能信号，此端子与外接24V直流电源的负极相连，则伺服电机进入使能状态，通俗地讲就是伺服电机已经准备好，接收脉冲即可以运转。

   上面所述的六根线连接完毕（电源、编码器、电机线当然不能忘），伺服电机即可根据控制器发出的脉冲与方向信号运转。

其他的信号端子，如伺服报警、偏差计数清零、定位完成等可根据您的要求接入控制器构成更完善的控制系统。

二、设置伺服电机驱动器的参数。

1、Pr02----控制模式选择，设定Pr02参数为0或是3或是4。

3与4的区别在于当32（C-MODE）端子为短路时，控制模式相应变为速度模式或是转矩模式，而设为0，则只为位置控制模式。

如果您只要求位置控制的话，Pr02设定为0或是3或是4是一样的。

2、Pr10，Pr11,Pr12----增益与积分调整，在运行中根据伺服电机的运行情况相应调整,达到伺服电机运行平稳。

当然其他的参数也需要调整（Pr13，Pr14,Pr15,Pr16，Pr20也是很重要的参数），在您不太熟悉前只调整这三个参数也可以满足基本的要求.。

3、Pr40----指令脉冲输入选择，默认为光耦输入（设为0）即可。

也就是选择3（PULS1），4（PULS2），5（SIGN1），6（SIGN2）这四个端子输入脉冲与方向信号。

4、Pr41，Pr42----简单地说就是控制伺服电机运转方向。

Pr41设为0时，Pr42设为3,则5（SIGN1），6（SIGN2）导通时为正方向（CCW），反之为反方向（CW）。

Pr41设为1时，Pr42设为3,则5（SIGN1），6（SIGN2）断开时为正方向（CCW），反之为反方向（CW），正、反方向是相对的，看您如何定义了，正确的说法应该为CCW，CW。

5、Pr48、Pr4A、Pr4B----电子齿轮比设定。

此为重要参数，其作用就是控制电机的运转速度与控制器发送一个脉冲时电机的行走长度。

其公式为：

伺服电机每转一圈所需的脉冲数=编码器分辨率×Pr4B／（Pr48×2^Pr4A）

伺服电机所配编码器如果为：

2500p/r5线制增量式编码器，则编码器分辨率为10000p/r

如您连接伺服电机轴的丝杆间距为20mm，您要做到控制器发送一个脉冲伺服电机行走长度为一个丝（0.01mm）。

计算得知：

伺服电机转一圈需要2000个脉冲（每转一圈所需脉冲确定了，脉冲频率与伺服电机的速度的关系也就确定了）。

三个参数可以设定为：

Pr4A=0，Pr48=10000，Pr4B=2000，约分一下则为：

Pr4A=0，Pr48=100，Pr4B=20。

从上面的叙述可知：

设定Pr48、Pr4A、Pr4B这三个参数是根据我们控制器所能发送的最大脉冲频率与工艺所要求的精度。

在控制器的最大发送脉冲频率确定后，工艺精度要求越高，则伺服电机能达到的最大速度越低。

松下FP1－－-40T型PLC的程序梯型图如下：

西门子S7-200产生脉冲的一个实例，使用向导编程:

1、使用PLC自带的高速脉冲输出

 2、选择端口为Q0.0                  

3、选择输出为PTO脉冲                   

4、设置最高速度，和起始速度            

5、设置加减速时间                   

6、绘制运动轨迹

7、分配寄存器地址

8、完成配置      

9、编写程序