基于三菱PLC和電機精確定位控制

方亞梅

（上海電機學院，上海　201306）

基于三菱PLC和電機精確定位控制

方亞梅

（上海電機學院，上海201306）

精確定位控制是工業控制中最重要的問題之一。通過三菱PLC FX3U能對步進電動和伺服電動機進行精確定位控制。在GX-Developer軟件平臺中將電機控制的梯形圖程序和SFC步進順控程序編寫并進行調試檢查，對實際應用和教學具有一定的參考價值。

步進電機；伺服電動機；三菱PLC；GX-Developer

1　電機位置控制問題

位置控制是機電一體化領域的重要問題。位置的精確性取決于控制模塊和執行機構運動的精度大小。在自動化設備中，可以選用復雜且成本高的伺服控制系統達到精確定位的要求，但是對于定位精度要求高但是運動相對較簡單的場合，可以利用PLC通過驅動控制電機達到相應的位置要求，且結構簡單，成本低廉。

可編程控制器（PLC）為專用工控機，具有抗干擾能力強、可靠性極高、體積小等顯著優點，是實現機電一體化的理想工業控制裝置。其中PLC具有的運動控制功能，包括對直線運動和圓周運動的控制，適用于工業過程控制，廣泛應用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。通過對電機及運動執行機構的開環或閉環控制，配合驅動控制電機，達到精確的位置運動要求。

本文基于三菱FX3U-16MT的PLC對步進電機和伺服電機的精確定位進行探討，并利用GX-developer軟件平臺編輯和檢查梯形圖和SFC圖。

2　步進電機的定位控制

步進電機的工作原理將電脈沖信號轉變為角位移或者直線位移，帶動工作臺運動。實際中較常見的一種是步進電機和絲杠連接，將步進電機的旋轉運動轉變成工作臺面的直線運動。它結構簡單、控制方便、轉動慣量低、定位精度高、無累積誤差和成本低廉，因此常作為工控環境中的動力源。步進電動機通過控制電機的轉數、轉速及角位移，對工作臺進行定位控制。正常情況下，脈沖信號的頻率和脈沖數決定了步進電機的轉速和角位移。基于其輸出角位移正比于輸入脈沖數，轉速正比于脈沖頻率的線性關系，且步進電機只要周期誤差而無累積誤差的優點，利用PLC加驅動器去控制步進電機，可以在低成本的條件下達到較好的定位效果。而步進電機反轉則可以通過改變繞組通電相序實現。

步進電機及驅動的接線圖如圖1所示。

圖1　步進電機及驅動的接線圖

要求如下：X0的接通讓步進電機轉動；按下起動按鈕X0，電機從A點運行至B點后停2s再返回A點停下；如圖2所示控制。

圖2　步進電動機位置圖

步進電機負端驅動，驅動要求5V，用24V電源，接電阻限流。電流流出后驅動PLC端口，因為二極管I＜20mA，電阻2K+200，所以I=24V/2200Ω≈10mA。

利用三菱PLC編程軟件GX-Developer，將針對上述問題的程序寫入編程工具。用戶可以在脫機程序下對程序進行調試。具體梯形圖程序如圖3所示。

圖3　步進電機定位控制參考程序

3　伺服電機的精確定位控制

步進電機屬于開環控制，工作臺的位移完全由電機轉數決定。而在實際工作過程中，步進電機存在失步、因轉角不完全精確造成的周期性誤差等因素，不能達到精確定位控制的要求。伺服電機一種在伺服系統中控制執行機構運轉的發動機，屬于補助馬達間接變速裝置。這種電機以電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動工作臺，位置精度非常精確。相比而言，伺服電機因為有反饋裝置，將工作臺的位置信息反饋至系統輸入端，消除位置誤差，大大提高了定位控制精度。伺服電機驅動為MR-E-100A-KH003，接線圖如圖4所示。圖5位伺服電機定位位置圖，伺服電機的尾部裝編碼器，起反饋作用。工作臺與絲桿螺距：Pb=10mm。自動運行過程：要求電氣精度達到0.001mm。

圖4　伺服電機及驅動接線圖

圖5　伺服電機定位位置圖

利用步進順控的方式先確定上述問題的流程圖，初始塊用于記憶存儲最近一次的執行結果，防止斷電等原因重啟電機導致程序執行中斷后不能繼續進行。自動找尋零點，按照O點，B點，C點，A點然后回到O點的自動循環。在實際環境中，有時候需要手動操作到A點，B點，C點，故設置成如圖6所示的SFC圖。

圖6　伺服電機電機控制的參考SFC

利用GX-Developer中的程序檢查功能，再檢測上述兩個程序是否有錯誤。

［1］胡佳麗，閆寶瑞，等.S72200PLC在伺服電機位置控制中的應用［J］.自動化儀表，2009，30（12）：38-41.

［2］李寧.PLC控制伺服電機準確定位的方法［J］.現代電子技術，2010.

Accurate Positioning Control Based on Mitsubishi PLC and Motor

FANG Ya-mei
（Shanghai Dianji University，Shanghai 201306，China）

Accurate positioning control is one of the most important problems in industrial control.In this paper，through the Mitsubishi PLC FX3U，accurate positioning control can be done on stepper motor and servo motor.In GX-Developer software platform，programming and debugging the motor control ladder diagram program and SFC stepping sequence control has certain reference value for practical application and teaching.

step motor；servo motor；Mitsubishi PLC；GX-Developer

TP211+.4

A

2095-980X（2015）11-0034-02

2015-10-22

方亞梅（1989-），女，安徽績溪人，碩士，主要研究方向：機電一體化及數控機床。