基于PLC的伺服電機位置控制設計

目前自動化控制中的邏輯控制已經被越來越多的工藝生產領域所運用，隨著生產技術的不斷提高，對控制器的運動控制也提出了非常精確的要求。伺服電機除了能夠控制伺服系統中的機械部件操作以外，還具有機電時間常數小、線性度高、很強的抗過載能力的特性。使用西門子S7-1200 PLC為主控制器進行對接，S7-1200 PLC不僅具有良好的抗過載能力，還可以對速度和位置進行高精度控制，能夠很好地改善系統性能和生產效率。

基于PLC伺服電機運動系統論述

作為全新的可編程邏輯控制器，S7-1200 PLC在自動化控制系統中常被用于控制模擬量、位置和速度運動控制模式、編碼器數值采集、以太網通訊等。伺服電機運轉平穩，具有很強的抗負載能力，需要的脈沖當量更小，精度更高，配備的伺服編碼器的取值直接決定了伺服電機的控制精度。設計出一種利用伺服電機的PLC控制系統，能夠比步進電機控制系統擁有更快的響應速度、更高的精度，通過對控制系統的優化，能更好地滿足工藝生產的核心要求，使數控裝置與PLC主控制器能有效對接。

基于PLC伺服電機運動系統硬件設計

NPN型傳感器

傳感器依據輸出類型可以分為兩大類，即NPN型和PNP型。NPN型傳感器作為市面上的主流傳感器，其成本低廉、適用范圍廣，在與西門子PLC進行連接時，采用共陽極接法，即1M接口接電源正極，電流從I點流出。文中提到的傳感器是歐姆龍E3Z-D62，所對應的類型是漫反射NPN型。

臺達B2伺服驅動器

PLC的輸出方式主要有繼電器輸出以及晶體管輸出 。實驗中能夠影響伺服驅動器的位置分辨率的主要因素是移動速度變量和電子齒輪比變量，因此在PLC上用Q0.0及Q0.1來實現正反轉的基礎上，要設定好驅動器電子齒輪比的方式來讓控制目標準確移動。

臺達B2電子齒輪比的計算公式為：

B/A =? （F×p）/d ×m/n? ? ? ? （1）

式中：F為伺服電機軸旋轉一圈所需要的脈沖數即編碼器分辨率;p為PLC的脈沖當量;d為螺紋上相鄰對應點之間的軸向距離;m/n為機械減速比。

其中對伺服電機圈脈沖設置為10000，臺達B2系列伺服驅動器內置編碼器的分辨精度為160000，自擬定電機每秒鐘轉動50圈，因此伺服電機每旋轉一圈所發送的脈沖線圈個數為旋轉編碼器分辨率除以臺達B2電子齒輪比，計算公式為：

CPR=F/（B/A）=F/（（P1-44）?（P1-55））

（2）

式中：P1-44為編碼器分辨率與轉速的乘積（分辨率*n轉/s）;P1-55為PLC每秒最大發送脈沖數;

電子齒輪比計算完成后，將P1-00參數設置為2，表示為脈沖正方向控制;將P1-00設置為00，表示將運動控制模式選定為位置控制模式。

軟件程序組態

運動軸組態

為了達到控制目標運動的系統要求，設置好控制目標移動距離參數、到達最遠距離的限位設置以及到達設定距離之后的緊急停止狀態記錄。其中，選擇PTO（脈沖A和方向B）作為信號類型，由高速脈沖輸出來控制伺服電機運動軸，電機每轉的脈沖數設置為2000。將參考點設置為軸的上側，將檢測移動信號設置為遠離原點方向為正方向，同時打開硬件輸入最遠距離開關設置為允許自動反轉。

控制結果

基于臺達B2系列伺服電動機位置控制系統，與傳統的S7-1200 PLC對比，新型含有集成化以及Wincc功能組態的S7-1200 PLC更加強大，能滿足基本所有自動化數控集成的要求。通過硬件選型、脈沖計算以及軟件組態編程，最終能實現控制三軸驅動電機運動的目標，其中調試運行時的高速脈沖計數不僅速度快而且穩定，并且能同時控制多個運動軸。

結語

介紹了基于西門子S7-1200 PLC的伺服電機位置運動系統設計，硬件方面選擇并完成了伺服驅動器的位置接線、NPN傳感器的連接、計算出了驅動器脈沖輸出量，通過結合西門子博途軟件，解決了傳統控制方式對交流電機的速度緩慢、準確度低的缺點，實現了S7-1200 PLC對伺服電機精準的運動控制，且系統運行可靠、安全性高。

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本文受到國家級大學生創新創業訓練計劃項目（202010201007）支持。

作者簡介：陳成（1996—），江蘇鹽城人，北華大學研究生，主要從事機械電子方面的研究。