伺服电机转速的PLC控制优选word资料Word下载.docx
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[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：
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
70
2000
360
4000
750
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
2711
30854
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×
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
运算后数值
1000
5269
999
10386
1998
3000
15503
20620
4002
5000
25737
5001
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
1234P0R11302P0R14502P0D27011P0R10902P0U2102AP0C9501P0C9502P0T201P0U210121T2R113R145R87R91P0R13701P0R11301P0C9002P0C9001P0C9101P0C9102P0R14501P0D3002P0D27024P0U2104AC3P0U2103V-R137P0C10202P0C10201P0R13702P0R130023P0D3001P0R12001P0C10302P0C10301P0R12002P0D3202P0C10702P0C10701C102C103u1620C107P0C10602P0C10601P0R9502P0D3201P0T2039D30R120D322P0T202C90220uFP0R10901U21GBU1010ACV+D27R109C95P0R8701P0R8702C85P0C8501P0C8502P0R9102AC91P0R9101D39L3P0L302P0L301P0D3901P0D3902P0T209D28P0D2801P0D2802P0TP33TP33P0R13001R95D38P0D3802P0D3801P0C9602P0C9601P0C9802P0C9801P0R10702P0R9501R130P0R134024P0T20410P0T20214P0S2033P0S204C106C96C98R107P0C8702P0C8701OUT15VP0TP39TP39C87P0R13401P0TP41TP415S2P0R10701R1341N4148U32P0C10002P0C10001P0U3202P0T205P0R15102P0TP38TP3812P0S202P0S201P0R131026P0T206P0R13502P0R13101R1355N0U3403U34.3P0R14002P0R13501R139P0R13901P0R13902P0Q1502P0U31053P0Q1503P0R15002UC3842AD1R140P0C10402P0C10401D33P0D3302P0D3301P0R14001P0R15001P0R13601P0R13602P0R14601P0R17902P0R17802P0R17702P0R17602P0R14102P0R14101C104P0R17901P0R17801P0R17701P0R17601P0R14602R179R178R177R176R175R133P0R13301P0R13302CU34P0U3404P0U3401P0R17502R146P0R17501R141P0R15201R136R150P0R15202GNDQ151P0Q150120N602423RT/CTP0U3102VFBP0U3103ISENP0U3104VCCP0U31077C94P0C9401P0C9402C108P0C10801P0C10802P0R15101R131C99U31D29P0D2902P0D29013R151P0U3203BP0C9901P0C9902OUTGNDP0C10102P0C101011P0U3201IN2R106P0R10602P0R10601C100C101BP0TP40TP401COMPP0U31088VREFP0U31066OUTP0U3101R152CP0U3403P0U3402P0Q903Optoisolator1P0C10501P0C105023C105KQ9VREFP0Q901ADTitleP0R149012P0Q902P0R149021R149T21ofPowersource.SchDocSizeA4Date:
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Drawn4NumberRevisionD
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100kHz高速计数及3轴独立100kHz的定位功能,并且可以通过基本指令0.065μs、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2.4N·
m,额定转速为3000r/min,每转为131072p/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500Hz
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。
2PLC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1I/O接线图
上图中的公共端的电源不能直接接在输入端的24V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2kHz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1kHz,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DTBLS1S2;
在使用表格定位之前,我们首先要在梯形图左边的PLCparameter（PLC参数中进行定位设定。
正反点控制我们采用指令DRVAS1S2D1D2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110110Y2Y1600Y0Y3
3.2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。
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