PLC控制伺服電機實現定位控制

【摘要】隨著科學技術的不斷發展，各種機械已逐漸得到廣泛的應用。PLC在機械的運用中越來越普遍，尤其是在伺服電機的定位控制中。本文主要介紹利用PLC控制伺服電機實現定位的幾種方法，并通過深入分析控制系統在實施過程中需要注意的問題，從而提出了控制系統的設計思路及參考方案，為工業生產中定位控制的實現提供了較高的參考價值。

【關鍵詞】PLC；伺服電機；定位控制

0.引言

在工業自動化的生產及加工過程中，通常要準確定位控制機械設備的移動距離或生產工件的尺寸。在定位控制中，關鍵便是實現對伺服電機的控制。由于PLC體積小，可靠性高，抗干擾能力強，是一種專門應用于工業的控制計算機，因而其能有效實現機電一體化的控制。PLC的有效運用，給工業帶來了巨大的經濟效益的同時，也為工業技術的發展奠定了良好的基礎。

1.PLC旋轉編碼器及高速計數器指令控制三相交流異步伺服電機實現定位控制

1.1 控制系統的工作原理

PLC的旋轉編碼器與高速計數器的聯合運用能有效進行長度測量和精確定位控制，其中，高速計數器在不增加特殊功能單元的情況下，就能準確計算出小于PLC主機掃描周期脈寬的高速脈沖，而PLC的旋轉編碼器則可以將電機軸上的角位移有效轉換成脈沖值。在此種控制系統中，其原理為利用光電旋轉編碼器將電機角位移轉換成脈沖值后，高速計數器將編碼器發出的脈沖個數進行統計，進而達到定位控制的目的[1]。

1.2 控制系統的設計方案

本文以定位電機傳輸帶的控制設計為例。假設傳輸帶現要將貨物運送到距離為20cm的終點，且貨物到達終點后，電機停止工作。在此系統中，硬件設施主要包括PLC、三相交流異步伺服電機、光電旋轉編碼器以及變頻器等，其工作原理是將光電旋轉編碼器的機械軸連接由三相交流異步伺服電機拖動的傳動輥，通傳動輥的轉動，帶動機械軸轉動，從而將脈沖信號輸出，并利用PLC的高速計數器指令計數產生的脈沖個數，此時，如果計數器的值與預置值相等時，電動機便由變頻器控制停止工作，進而準確定位控制傳輸帶的運行距離。在此控制系統中，傳輸帶運行20cm過程中，光電編碼器產生的脈沖個數即為高速計數器的預置值，脈沖個數與傳動輥直徑、光電編碼器的每轉脈沖數以及傳輸帶的運行距離等均有著直接關系。其中，脈沖數的計算公式為：脈沖數=[（傳動輥直徑×π÷（脈沖數/轉）] ×傳送帶運行距離。

2.PLC高速脈沖指令控制步進伺服電機實現定位控制

2.1 控制系統的工作原理

步進伺服電機由于成本低廉、控制簡便、定位精度高以及無累積誤差等，因而廣泛應用于工業控制中的精確定位場合中。步進電機在工業生產中多與絲桿等機械進行連接，從而實現旋轉運動向工作臺面的直線運動的轉變。其中，控制控制步進電機的角位移大小和轉速便可定位控制工作臺面的移動距離。

PLC高速脈沖指令控制步進伺服電機實現定位控制的本質為PLC通過高速脈沖輸出指令PTO/PWM進行高速脈沖信號的輸出，再通過步進伺服電機的脈沖細分驅動器對步進電機的運行進行有效控制，進而將工作臺移動到指定的工作位置，完成定位工作。在該控制系統中， 設定PLC產生的脈沖數為定位工作的關鍵，其中，脈沖數值受到脈沖當量、步進電機驅動器的細分數、傳動速比以及脈沖頻率等參數的直接影響[2]。

2.2 控制系統的設計方案

本文以定位控制貨物倉儲系統中的直線導軌的設計為例。假設在倉儲系統中，步進電機需將材料以直線導軌的拖動形式拖至距離為200mm的目的地。為了進行準確的定位，該系統采用的設備有型號為CPU226的PLC、混合式的步進伺服電機以及步進電機驅動器等。其中，采用的PLC的CPU包含Q0.0端子和Q0.1端子兩個脈沖發生器，且均可輸出脈沖頻率高達20kHz的PTO/PWM高速脈沖信。系統根據控制要求需采用高速脈沖串輸出PTO功能。PTO功能可以滿足多個脈沖串進行排隊輸出，從而形成單段和多段兩種流水線。

在此定位控制系統中，需將步進電機細分驅動器的脈沖細分數設定為4，驅動步距角為0.9度/1.8度，從而實現電機低頻振蕩的消除和分辨率的有效提高。步進電機的運行為了滿足定位精度及速度的要求，需經歷啟動加速、恒速運行以及接近定位點時的減速運行這三個過程。此外，為了保障電機及驅動設備的有效運行，驅動脈沖頻率也必須進行線性增大，因而此定位控制系統采用多管線的操作方式來實現步進電機運行過程的控制。

2.3 控制系統的注意事項

（1）嚴格選擇PLC的類型。在選擇PLC時，需滿足以下兩點要求：一是其輸出形式必須為可以輸出高速脈沖的晶體管形式，二是輸出的脈沖頻率大小必須滿足系統控制的要求。

（2）仔細選擇步進電機的脈沖細分驅動器以及嚴格設置其參數。

（3）在選擇步進電機時，首先要考慮其類型的選擇，在根據系統要求的基礎上，對步進電機的電流值、電壓值及使用螺栓機構等定位裝置的確定，從而確定其拍數和相數。其次便是綜合考慮速比、額定轉矩、負載轉矩、軸向力以及運行頻率等，通過對步進電機規格及控制裝置的確定從而選擇合適的步進電機品種[3]。

（4）嚴格計算脈沖當量。

3.結語

綜上可知，隨著我國各項技術的不斷進步，主要運用于數據處理與網絡通信的PLC技術已經取得了較快的發展。PLC、旋轉編碼器以及伺服電機等組成的定位控制系統由于具備結構簡單、易于實現且高性價比等一系列優點，因而在工業生產及軍事領域得到了廣泛地應用，并為其以后的長遠發展提供更好的技術支持。

參考文獻

[1]蔣景強.伺服電機控制技術的發展應用[J].中國高新技術企業，2012（20）：158-160.

[2]張麗萍，李衛民，孫洪哲.PLC伺服電機和觸摸屏在模內自動貼標機中的應用[J].遼寧工業大學學報（自然科學版），2011（03）：252-254.

[3]苗濤，曹云東.利用PLC模擬量控制伺服電機轉速[J].科技信息（科學教研），2011（07）：39-41.