基于三菱PLC的伺服電機控制系統設計

胡志剛

摘要： 設計了一種基于三菱PLC的伺服電機控制系統，詳細介紹了該控制系統的電氣原理圖設計、觸摸屏控制界面制作、伺服驅動器的參數設置、PLC的程序設計等。實踐表明，用PLC直接控制伺服電機具有系統結構簡單、運行可靠、擴展性強，具有較好的實用價值。

Abstract： The design of a servo motor control system is based on MITSUBISHI PLC， and this paper introduces the electrical principle diagram design， the touch screen control interface making， servo driver parameters， PLC program design. The practice shows that the direct control of the servo motor with PLC has the advantages of simple structure， reliable operation， strong expansibility and good practical value.

關鍵詞： 三菱PLC；伺服電機控制系統；觸摸屏

Key words： MITSUBISHI PLC；servo motor control system；touch screen

中圖分類號：TH138 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）05-0080-02

0 引言

隨著PLC技術、變頻技術和伺服控制技術的迅猛普及和推廣，以步進電機和伺服電機為執行元件的定位控制技術在工業生產中得到了越來越廣泛的應用。伺服電機不但能夠實現精準的速度控制，而且能夠實現精準的角度（位置）控制，具有較強的動態特點[1]。本文利用PLC脈沖輸出端口直接控制伺服電機的運動，設計了電氣原理圖，PLC的主要控制程序等，該系統能與PLC為主控制器的生產設備實現良好的對接，具有較好的實用價值。

1 伺服電機控制系統組成及控制要求

本文伺服電機控制系統由PLC、伺服驅動器、伺服電機、觸摸屏以及一套單軸運動執行機構組成，系統組成如圖1所示。

控制要求：設計觸摸屏控制界面，有手動控制與自動控制界面。手動控制時，按下正向或反向點動按鈕，伺服電機能夠正向或反向點動運行。自動控制時，按下自動按鈕，伺服控制系統首先回原點，然后執行多點定位控制，每到達一點，停留1秒，反復循環。按下停止按鈕，伺服電機停止運行。

2 伺服電機PLC控制系統硬件設計

2.1 控制系統主要設備選型

2.1.1 PLC的選用

由于直接由PLC控制伺服驅動器，因此PLC的輸出類型必須為晶體管輸出型，本文選擇三菱公司FX3U-32MT型的PLC，具有原點搜索的功能指令，并且內置獨立3軸最高100KHz的定位功能，可以同時控制3個軸的運動，完全滿足伺服控制系統的定位控制要求。

2.1.2 伺服驅動器及電機的選用

本文選用三菱MR-J3-10A型伺服驅動器及配套HF-KP13型的伺服電機。MR-J3系列伺服驅動器是在MR-J2系列基礎上開發出來的，其動態響應過程更快，位置跟隨更好，可連接FX系列PLC及脈沖發生器和定位模塊。

2.1.3 觸摸屏的選用

本文選用三菱GT10系列觸摸屏，該系列觸摸屏支持FA透明傳輸功能，與三菱PLC連接時，可進行PLC程序的讀取、寫入、監控等。GT10與PLC通訊接口按機型不同分為RS232、RS422、USB，傳輸速率可達115.2kbps。

2.2 PLC控制系統輸入輸出分配表

為了避免伺服執行機構在前進或后退過程中的越程故障，設置兩個位置開關進行限位保護。執行原點回歸指令需要1個接近開關，因此需要3個輸入點。PLC的輸出信號主要是脈沖和方向信號，需要2個輸出點。輸入輸出點的具體分配見表1所示。

2.3 控制系統電氣原理圖設計

控制系統電氣原理圖設計如圖2所示。考慮到設備在使用過程中的安全性，防止執行機構越程導致設備損壞，在執行機構兩端設置極限開關，分別是SQ1、SQ2，將常閉觸點接至伺服驅動器正反轉限位端口（LSP、LSN），常開觸點接至PLC的輸入端口。SQ3是原點開關，執行原點回歸指令時使用。

3 伺服驅動器參數設置

此系統中伺服驅動器工作于位置控制模式，

FX3U-32MT的Y0輸出脈沖作為伺服驅動器的位置指令，Y1輸出作為伺服驅動器的方向指令。采用自動增益調整模式。根據以上要求，伺服驅動器參數設置如表2所示。

4 伺服電機PLC控制系統軟件設計

4.1 觸摸屏畫面設計

采用三菱觸摸屏作為伺服控制系統的人機界面。手動控制畫面設置正轉點動、反轉點動位開關，分別與PLC輔助繼電器M0、M1對應。自動控制界面設置回原點、啟動、停止位開關，分別與PLC輔助繼電器M2-M4對應，放置自動運行速度數值輸入元件，與PLC的數據存儲器D10對應。

4.2 PLC主要控制程序設計

4.2.1 原點回歸的程序設計

原點回歸采用ZRN指令來實現，程序設計如圖3所示。觸摸回原點開關M2時，伺服電機以原點回歸速度（頻率為12000HZ）向原點回歸，當原點開關由OFF變為ON時，伺服電機以爬行速度（頻率為2000HZ）繼續運行，當原點開關由ON變為OFF時，該指令執行完畢，M8029接通，為執行多點定位程序做好準備。

4.2.2 多點定位控制的程序設計

多點定位控制采用絕對位置指令DRVA來完成，程序設計如圖4所示。觸摸啟動按鈕M3時，以D10的設定速度運行，K5500個脈沖量表示目標位置對于原點位置的距離。由于M8029是脈沖輸出結束信號，并不是伺服電機運行結束信號。因此在M8029接通時驅動一定時器，適當延時讓滯留脈沖減少到位范圍內伺服電機停止后再去驅動下一條定位指令，以提高定位控制精度[2]。

5 結語

本文介紹的伺服電機控制系統采用PLC控制，具有結構簡單、成本低、編程簡單、運行精度高等優點，能夠滿足精度要求較高的應用場合[3]。該系統能與PLC為主控制器的生產設備實現良好的對接，在執行機構上增加一些氣動元件，如氣缸、真空吸盤等，可完成物料的搬運等任務，此系統運行穩定、經濟性好，具有較好的實用價值。

參考文獻：

[1]王家樂.PLC控制伺服電機的應用設計探討[J].山東工業技術，2016（3）：163.

[2]李金城，付明忠.三菱FX系列PLC定位控制應用技術[M].電子工業出版社，2014.

[3]林杰文.基于PLC的伺服電機運動控制系統設計[J].機電技術，2015（10）：20-23.