淺析工業(yè)基于PLC的伺服電機(jī)定位運(yùn)動(dòng)

阮安正（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，廣東 廣州 510800）

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淺析工業(yè)基于PLC的伺服電機(jī)定位運(yùn)動(dòng)

阮安正
（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，廣東 廣州 510800）

目前在工業(yè)自動(dòng)化中，基于PLC控制的伺服電機(jī)的使用非常廣泛，一般在精度比較低的要求中用PLC加步進(jìn)電機(jī)來解決問題，在精度要求比較高的地方就用PLC加伺服電機(jī)來解決問題。本文針對基于PLC控制的伺服電機(jī)定位運(yùn)動(dòng)展開深入分析，總結(jié)一些相關(guān)實(shí)際現(xiàn)場可能出現(xiàn)的問題。希望本文能給相關(guān)讀者一些有價(jià)值的參考。

伺服電機(jī)；PLC；定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)

PLC控制器目前在輕功行業(yè)應(yīng)用很廣，近些年來在政府的號(hào)召下，許多工廠在產(chǎn)線升級(jí)，機(jī)器替代人工的過程中，PLC被更加廣泛的用于電機(jī)的控制、氣缸的控制。目前比較流行的伺服電機(jī)以松下、三菱、西門子這幾類為主。本文的研究將以松下PLC為例做介紹；目前的伺服電機(jī)主要使用的是安川、松下、三菱的伺服電機(jī)，在這里本文以松下電機(jī)為例。

1 PLC控制的伺服電機(jī)定位運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

1.1 定位運(yùn)動(dòng)分類

通常我們所說的定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)分為兩類，一種是單軸（單一方向）的定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，一種是多軸的定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。工業(yè)上為了實(shí)現(xiàn)單軸運(yùn)動(dòng)已經(jīng)發(fā)展出來了很多單軸模組；多軸定位運(yùn)動(dòng)上已經(jīng)發(fā)展出了多軸機(jī)器人，例如國產(chǎn)的李群四軸機(jī)器人，六軸的如ABB、三菱、庫卡、柯馬等一些知名品牌。基于本人的有限知識(shí)，在這里只對單軸定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究。

1.2 精確定位系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

整個(gè)定位運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)將由控制部分（PLC）、驅(qū)動(dòng)部分（交流伺服電動(dòng)機(jī)）、導(dǎo)向部分（滾珠絲桿等精密部）、工作臺(tái)、AD/DA轉(zhuǎn)換模塊、觸摸屏人機(jī)界面以及其他輔助部件組成。具體情況如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體方案

在這樣的系統(tǒng)中PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器之間將會(huì)進(jìn)行信息交互，伺服電機(jī)由伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。人的意志可以通過觸摸屏這個(gè)人機(jī)交互界面來對PLC發(fā)出指令，這些指令將會(huì)最終被電機(jī)執(zhí)行。

1.3 技術(shù)指標(biāo)

絲桿進(jìn)給速度可調(diào)范要大(正常速度70~120 mm/s，快進(jìn)速度3 000 mm/min)，另外還要保證很好的精度。本文制定的指令單位為l um，也就意味著一個(gè)脈沖信號(hào)控制絲桿運(yùn)動(dòng)1 um。在實(shí)際工程中，信號(hào)需要經(jīng)過差分信號(hào)處理之后才到達(dá)PLC，本文因?yàn)檫x擇的是松下伺服電機(jī)與PLC，脈沖丟失不超過10個(gè)。

1.4 單軸模組的選型

電機(jī)最終是驅(qū)動(dòng)單軸模組而實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的，因此單軸模組的選型也是很重要的。

①單軸模組原理。由于本文的精度要求比較高，我們在這里不可能使用皮帶—滑塊型單軸模組，我們要使用的是絲桿—滑塊型單軸模組。

所謂絲桿—滑塊型號(hào)的單軸模組就是用絲桿加上滑塊來實(shí)現(xiàn)精密的直線運(yùn)動(dòng)。通常情況下單軸模組里面會(huì)有一根絲桿，兩根直線滑軌，還有絲桿固定座、絲桿螺母、聯(lián)軸器等組成。

②單軸模組選擇。在精度要求比較高的情況下，中國企業(yè)選擇絲桿一般會(huì)選擇上銀、misumi的絲桿和直線滑軌來設(shè)計(jì)自己的單軸模組，如果是買市場上現(xiàn)成的，會(huì)有很多國產(chǎn)品牌可供選擇，但是里面的核心部件基本上還是依賴進(jìn)口。

1.5 控制輔助原件

即使是伺服電機(jī)，為了防止誤差的出現(xiàn)，我們還是需要在單軸模組上面設(shè)置傳感器來實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)更加精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)。在單軸模組上面一般需要安裝三個(gè)光電傳感器。依次排開，兩邊分別是“近點(diǎn)”、“遠(yuǎn)點(diǎn)”，中間一個(gè)是“原點(diǎn)”。單軸模組在每次運(yùn)動(dòng)中參考原點(diǎn)來運(yùn)動(dòng)，“近點(diǎn)”與“遠(yuǎn)點(diǎn)”之間的距離就是人為設(shè)置行程。

2 PLC伺服控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.1 PLC伺服控制系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要是通過脈沖來實(shí)現(xiàn)對絲桿運(yùn)動(dòng)的控制，絲桿是運(yùn)動(dòng)臺(tái)的動(dòng)力，根據(jù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，這一控制過程應(yīng)該滿足人的方便操作要求，因此我們在這里加入了觸摸屏人機(jī)界面，PLC通過人界面的指令以及光電感應(yīng)器反饋的信號(hào)來判斷位置，并根據(jù)回饋的信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。

2.2 限位開關(guān)電路的程序設(shè)計(jì)

限位開關(guān)電路的程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。放置在原點(diǎn)處的限位開關(guān)輸出端與PLC的X 2連換右極限處的限位開關(guān)輸出端與PLC的X 5連接,左極限處的限位開關(guān)輸出端與PLC的X 4連接。

3 總結(jié)

伺服電機(jī)的選型一定要根據(jù)負(fù)載選擇電機(jī)，旋轉(zhuǎn)編碼器編程方式通常一般是增量編程，通常選擇帶油封、帶剎車的伺服電機(jī)。實(shí)際中，傳感器要用三個(gè)，在特殊情況下，例如行程特別短的情況下可以只用兩個(gè)，第三個(gè)點(diǎn)的位置可以通過PLC進(jìn)行位置偏移來實(shí)現(xiàn)定位。

本文只列舉了單軸定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況，在很多時(shí)候，我們要實(shí)現(xiàn)雙軸（X Y）方向的定點(diǎn)、三軸（X Y Z）方向的定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，在這種情況下，我們的人機(jī)界面里面就要植入更多其他方向的運(yùn)動(dòng)控制界面來實(shí)現(xiàn)單動(dòng)、聯(lián)動(dòng)。

[1] 肖子廉.PLC控制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位控制[J]電子世界，2014,(5).

[2] 黃燦燦.基于PLC的脈沖磁體繞線機(jī)伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)

圖2 限位開關(guān)PLC程序設(shè)計(jì)流程圖

[3] 劉佳佳.PLC伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確定位的設(shè)計(jì)與研發(fā)[D]南京師范大學(xué)，2013,(3).

[4] 林杰文，吳亦鋒.基于PLC的伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]機(jī)電技術(shù)，2015,(10).

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