伺服电机转速的PLC控制优选word资料Word下载.docx

1、 关键词伺服系统；PLC；模拟量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：通讯方式，利用RS232或RS485方式与上位机进行通讯，实现控制；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；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PLC CPU224XPCN，这种型号的PLC除了带有输入输出点外。还有

2、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5006000RPM，精度要求为3RPM。3.控制过程在触摸屏中设置一个对话框，

3、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010V，对应的整形数据是032000；而伺服电机的输入模拟量是0l0V。对应的转速是0-6500 RPM。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500702000360400075060001145由表1可看出，输入值和实际转速相差甚远

4、，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271130854PLC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。2711500a+b30854600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=5117x+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

5、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运算后数值1000526999910386199830001550320620400250002573750014.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3 RPM的工作要1 2 3 4 P0R11302 P0R14502 P0

6、D2701 1 P0R10902 P0U2102 A P0C9501 P0C9502 P0T201 P0U2101 2 1 T2 R113 R145 R87 R91 P0R13701 P0R11301 P0C9002 P0C9001 P0C9101 P0C9102 P0R14501 P0D3002 P0D2702 4P0U2104 AC 3P0U2103 V- R137 P0C10202 P0C10201 P0R13702 P0R13002 3 P0D3001 P0R12001 P0C10302 P0C10301 P0R12002 P0D3202 P0C10702 P0C10701 C102

7、C103 u1620 C107 P0C10602 P0C10601 P0R9502 P0D3201 P0T203 9 D30 R120 D32 2 P0T202 C90 220uF P0R10901 U21 GBU1010 AC V+ D27 R109 C95 P0R8701 P0R8702 C85 P0C8501 P0C8502 P0R9102 A C91 P0R9101 D39 L3 P0L302 P0L301 P0D3901 P0D3902 P0T209 D28 P0D2801 P0D2802 P0TP33 TP33 P0R13001 R95 D38 P0D3802 P0D3801 P0

8、C9602 P0C9601 P0C9802 P0C9801 P0R10702 P0R9501 R130 P0R13402 4 P0T204 10 P0T2021 4 P0S203 3 P0S204 C106 C96 C98 R107 P0C8702 P0C8701 OUT 15V P0TP39 TP39 C87 P0R13401 P0TP41 TP41 5 S2 P0R10701 R134 1N4148 U32 P0C10002 P0C10001 P0U3202 P0T205 P0R15102 P0TP38 TP38 1 2 P0S202 P0S201 P0R13102 6 P0T206 P0

9、R13502 P0R13101 R135 5 N0U3403 U34.3 P0R14002 P0R13501 R139 P0R13901 P0R13902 P0Q1502 P0U3105 3 P0Q1503 P0R15002 UC3842AD1 R140 P0C10402 P0C10401 D33 P0D3302 P0D3301 P0R14001 P0R15001 P0R13601 P0R13602 P0R14601 P0R17902 P0R17802 P0R17702 P0R17602 P0R14102 P0R14101 C104 P0R17901 P0R17801 P0R17701 P0R

10、17601 P0R14602 R179 R178 R177 R176 R175 R133 P0R13301 P0R13302 C U34 P0U3404 P0U3401 P0R17502 R146 P0R17501 R141 P0R15201 R136 R150 P0R15202 GND Q15 1 P0Q1501 20N60 2 4 2 3 RT/CT P0U3102 VFB P0U3103 I SEN P0U3104 VCC P0U3107 7 C94 P0C9401 P0C9402 C108 P0C10801 P0C10802 P0R15101 R131 C99 U31 D29 P0D2

11、902 P0D2901 3 R151 P0U3203 B P0C9901 P0C9902 OUT GND P0C10102 P0C10101 1P0U3201 IN 2 R106 P0R10602 P0R10601 C100 C101 B P0TP40 TP40 1 COMP P0U3108 8 V REFP0U3106 6 OUT P0U3101 R152 C P0U3403 P0U3402 P0Q903 Optoisolator1 P0C10501P0C10502 3 C105 K Q9 VREF P0Q901 A D Title P0R14901 2 P0Q902 P0R14902 1

12、R149 T21 of Power source.SchDoc Size A4 Date: File: 1 2 3 2021-5-24 Sheet of D:Program Files.T21 of Power source.SchDoc By: Drawn 4 Number Revision D PLC触摸屏控制伺服电机程序设计伺服电机又称执行电机,它是控制电机的一种。它是一种用电脉冲信号进行控制的,并将脉冲信号转变成相应的角位移或直线位移和角速度的执行元件。根据控制对象的不同,由伺服电机组成的伺服系统一般有三种基本控制方式,即位置控制、速度控制、力矩控制。本系统我们采用位置控制。1控制系统

13、中元件的选型PLC三菱公司的FX3U晶体管输出的PLC可以进行6点同时100 kHz 高速计数及3轴独立100 kHz的定位功能,并且可以通过基本指令0.065 s、PCMIX值实现了以4.5倍的高速度,完全满足了我们控制伺服电机的要求,我们选用FX3U-48MT的PLC。伺服电机在选择伺服电机和驱动器时,只需要知道电机驱动负载的转距要求及安装方式即可,我们选择额定转距为2.4 Nm,额定转速为3 000 r/min,每转为131072 p/rev分辨率的三菱公司HF-KE73W1-S100伺服电机,与之配套使用的驱动器我们选用MR-E-70A-KH003伺服驱动器。三菱的此款伺服系统具有50

14、0 Hz的高响应性,高精度定位,高水平的自动调节,能轻易实现增益设置,且采用自适应振动抑止控制,有位置、速度和转距三种控制功能,完全满足要求。同时我们采用三菱GT1155-QFBD-C型触摸屏,对伺服电机进行自动操作控制。2 PLC控制系统设计我们需要伺服电机实现正点、反点、原点回归和自动调节等动作,另外为确保本系统的精确性我们增加编码器对伺服电机进行闭环控制。PLC控制系统I/O接线图如图1。图1 I/O接线图上图中的公共端的电源不能直接接在输入端的24 V电源上。根据控制要求设计了PLC控制系统梯形图如图2。图2 梯形图M806控制伺服急停,M801控制伺服电机原点回归,M802控制伺服正

15、点,M803控制伺服反点,M804为自动调节,M805为压力校正即编码器的补偿输入。在电机运行前需要首先进行原点回归,以确保系统的准确性和稳定性,当M50和M53同时接通时,伺服电机以2 kHz的速度从Y0输出脉冲,开始做原点回归动作,当碰到近点信号M30=ON时,变成寸动速度1 kHz,从Y0输出脉冲直到M30=OFF后停止。M30是在自动调节时,电机转动的角度与零点相等时为ON。电机在进行正反点时,我们采用FX3U具有的专用表格定位指令DTBL S1 S2;在使用表格定位之前,我们首先要在梯形图左边的PLC parameter（PLC参数中进行定位设定。正反点控制我们采用指令DRVA S1

16、 S2 D1 D2绝对定位指令。在自动运行时,我们利用PLC内强大的浮点运算指令,根据系统的多方面参数进行计算;在操作时,我们只需要在触摸屏上设定参数,伺服电机便根据程序里的运算公式转化成为脉冲信号输出到驱动器,驱动器给电机信号运转。在伺服电机运行的过程中为确保电机能达到我们需要的精度,我们采用增量式编码器与伺服电机形成闭环控制,我们把计算到的角度与编码器实际测量角度进行比较,根据结果调整伺服电机的脉冲输出,从而实现高精度定位。整个程序我们采用步进指令控制（也可以采用一般指令控制,简单方便。3 伺服系统设置3.1伺服驱动器的接线伺服系统的接线很简单,我们只需要按照规定接入相对应的插头即可。将三

17、相电源线L1,L2,L3插头接入CPN1,将伺服电机插头接入CN2,将编码器插头接入CNP2,控制线插头接入CN1。我们在调试程序时需要用伺服电机的专用软件,通过RS422接口接到伺服系统的CN3上即可。对于CN1控制线接法如表1。表1控制线接法引脚号接线 110110Y2Y1600Y0Y33.2伺服驱动器的参数设定系统采用定位控制。三菱MR-E系列的伺服驱动器,主要有两组参数,一组为基本参数,另一组为扩展参数,根据本系统要求,我们主要设定基本参数,主要有NO.0,NO.1,NO.2,NO.3,NO.4,NO.5,NO.7,NO.18,NO.19,扩展参数要根据具体情况进行设定。同时我们也可以

18、通过伺服设置软件SETUP221E进行参数设置。我们在伺服电机进行调试过程中建议先设为速度模式,进行伺服电机的点动测试。4 触摸屏程序设计建立初始画面,在画面上分别设置按钮开关,在开关上分别写上,压力+、压力-、原点回归、自动调节、压力校正、伺服急停等字样,其中继电器的对应情况如上所写。控制画面如图3和图4。图3画面设置无锡华美机器人科技 图 4 参数显示 本系统同时还设置有手动调节功能，确保在自动调节出现问题 时及时补救。触摸屏上我们设置了指示灯，可显示此时的工作状态。 同时我们在手动和自动指示灯的中间部分，设置了脉冲的输出指示， 即伺服电机的运转指示,当有脉冲输出时,会有“脉冲输出中”的红色 指示灯出现。当无红色指示灯显示时,即表示电机有故障,此时操作者 需根据伺服驱动器上显示的异常字母进行故障查询，简单方便。 5 总结 利用 PLC 可以直接对伺服电机进行位置和速度控制，无需增加定 位模块，节约成本。PLC 的处理速度高，输出脉冲的频率也很高，而 且指令也很简单， 在系统联机的情况下也可方便地进行所有指令的修 改工作。 本系统通过触摸屏进行调节控制,使操作简单,也减少了在运行过程中 的故障查找环节，大大提高了工作效率。 系统运用一年多来，从未出现故障，稳定性好，且定位精确，为用户 节约很多时间。 6/6