S7—200系列PLC控制三菱MR—J3伺服的實(shí)現(xiàn)

楊飛

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)用于生產(chǎn)日常用品的機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)效率的要求越來越高。例如，用繼電器、接觸器控制離合器的形式實(shí)現(xiàn)變速，用行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)定位的銑床，這些設(shè)備用于汽車零件件的加工，在生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)效率方面都不能滿足生產(chǎn)的需要，這就需要對(duì)這些老的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，使其實(shí)現(xiàn)精確地位置控制和速度控制。本文將對(duì)用S7-200系列PLC和三菱MR-J3伺服實(shí)現(xiàn)XA6132銑床的位置控制進(jìn)行論述，銑床的主軸采用普通電機(jī)，銑床的進(jìn)給軸采用伺服電機(jī)控制。

關(guān)鍵詞：PLC 伺服 位置控制

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（c）-0092-02

前言：數(shù)控設(shè)備已成為目前非常普遍的生產(chǎn)設(shè)備，其具有穩(wěn)定性好、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)，然而很多公司還有一些較老的設(shè)備需要進(jìn)行PLC改造升級(jí)，本文幫助大家學(xué)習(xí)S7-200系列PLC進(jìn)行位置控制的知識(shí)。

1 硬件配置

1.1 伺服放大器和伺服電機(jī)

三菱FR-J3伺服放大器具有高響應(yīng)性、高精度定位、高水平自動(dòng)調(diào)諧、脈沖序列輸入與等優(yōu)點(diǎn)，基于伺服電機(jī)和伺服放大器性價(jià)比、性能的綜合考慮，選用性價(jià)比高的三菱MR-J3伺服放大器和HF-SP三菱伺服電機(jī)。根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)矩要求選擇相應(yīng)的型號(hào)，本文中選用MR-J3-500A伺服放大器和HF-SP502伺服電機(jī)。

1.2 PLC

在小型的PLC控制系統(tǒng)中，西門子S7-200系列的PLC具有運(yùn)行速度快、運(yùn)行穩(wěn)定、價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)，所以選用S7-200系列的PLC對(duì)伺服進(jìn)行控制。對(duì)伺服控制器的控制方式選用集電極開路方式[1]的位置控制模式，伺服的脈沖輸入端輸入24 V低電平的脈沖，因此，選用24 V低電平輸出、并且具有速度控制、位置控制、占空比控制[2]的S7-224XPsi CN DC/DC/DC型號(hào)的PLC。

1.3 控制屏的選型

MD204LV4文本顯示器是可編程序控制器的小型人機(jī)界面，以文字或指示燈等形式監(jiān)視、修改PLC內(nèi)部寄存器或繼電器的數(shù)值及狀態(tài)，從而使操作人員能夠自如地控制機(jī)器設(shè)備[3]。其能跟S7-200系列PLC能夠通訊并且價(jià)格便宜，所以選擇該型號(hào)的文本顯示器作為人機(jī)界面。

2 硬件連接

2.1 主電路的連接

主軸電機(jī)為普通電機(jī)，采用接觸器進(jìn)行控制，離合器控制主軸的抱緊與松開，用于換刀時(shí)將主軸抱緊。伺服軸采用伺服控制，24伏電源給PLC、伺服、離合器及文本顯示器提供電源，其中文本顯示器和PLC共用一個(gè)24伏電源。三菱MR-J3伺服控制器需要運(yùn)行，必須在L1、L2、L3之間輸入3相AC220V電源并在L11、L21之間輸入單相AC220V電源。

2.2 PLC的電路連接

這里我們用PLC的Q0.0作為正向脈沖串輸出端、Q0.1作為反向脈沖串輸出端；伺服的控制選用集電極開路方式的位置控制，伺服的PP端口用于正向脈沖串的輸入， NP端口用于反向脈沖串的輸入，CR端口用于清除偏差計(jì)數(shù)器內(nèi)滯留的脈沖；用接近開關(guān)檢測(cè)機(jī)床的原點(diǎn)位置和極限行程；顯示面板、手動(dòng)操作以及參數(shù)設(shè)置采用MD204LV4文本顯示器。根據(jù)上述的控制方式以及PLC的硬件連接要求，PLC的接線圖如圖1所示。

2.3 伺服的電路連接

參照MR-J3-□A伺服放大器技術(shù)資料，根據(jù)伺服的接線要求，DICOM接直流24伏，DOCOM接0伏，SON端口用于伺服開啟，RES端口接伺服報(bào)警復(fù)位信號(hào)，EMG接伺服緊急停止信號(hào)，對(duì)伺服的接線如圖2所示。

2.4 通訊線的選擇

圖2中PLC與文本顯示器之間的通訊電纜線選用型號(hào)為MD204L-S7-200的通訊線。圖3中伺服放大器與編碼器之間的通訊線購(gòu)買三菱品牌、型號(hào)為MR-J3ENSCB10M

-L的信號(hào)線。

3 參數(shù)設(shè)置及PLC程序設(shè)計(jì)

3.1 伺服主要參數(shù)設(shè)置

伺服在出廠時(shí)的參數(shù)全部為初始參數(shù)，在此基礎(chǔ)上必須對(duì)必要的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，伺服才能帶動(dòng)電機(jī)工作。在銑床的實(shí)際加工中，進(jìn)給軸需要先快進(jìn)到預(yù)加工位置，然后進(jìn)給速度變慢開始攻進(jìn)，直至加工完成，進(jìn)給軸以快速返回原點(diǎn)或指定位置。所以選擇伺服的位置/速度控制模式，即將PAO1設(shè)置為0001；參數(shù)PA05為伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所需要輸入的指令脈沖數(shù)，機(jī)床上電機(jī)與絲桿為聯(lián)軸器進(jìn)行連接，所以電機(jī)的轉(zhuǎn)速與絲桿的轉(zhuǎn)速比為1∶1，絲桿的螺距為4 mm，則電機(jī)每旋轉(zhuǎn)1周，進(jìn)給軸前進(jìn)4 mm，我們這里將PA05的參數(shù)設(shè)置為4000，則每1000個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)進(jìn)給軸實(shí)際移動(dòng)的距離為1 mm；參數(shù)PA13為選擇脈沖的輸入形式，根據(jù)PLC的輸出特性，所以將PA13的值設(shè)定為0010h。

3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

西門子PLC支持模塊化程序的調(diào)用，所以我們可以查找到脈沖輸出的庫文件，將脈沖輸出庫文件導(dǎo)入到我們編制的程序中，我們就可以直接調(diào)用庫文件里的功能塊。這里我們將S7-200脈沖輸出MAP文件庫調(diào)入到程序的庫文件中。

用Q0_x_CTRL[4]功能塊（x為0或1，分別對(duì)應(yīng)Q0.0和Q0.1，后面用到的x均為此含義 ），設(shè)定脈沖輸出的全局參數(shù)，包括啟動(dòng)/停止頻率、最大頻率、最大加減速時(shí)間、正向限位開關(guān)、反向限位開關(guān)、當(dāng)前絕對(duì)位置。

用Q0_x_Home功能塊實(shí)現(xiàn)X軸和Y軸的回原點(diǎn)功能。

在文本顯示器的界面上所有的參數(shù)顯示和參數(shù)設(shè)定都以毫米為單位，而PLC內(nèi)部控制則是以脈沖個(gè)數(shù)體現(xiàn)。所以，要對(duì)每個(gè)軸移動(dòng)的距離和移動(dòng)速度進(jìn)行控制，就需要將設(shè)定的位置量轉(zhuǎn)化為脈沖量對(duì)伺服進(jìn)行控制；同樣，要將每個(gè)軸的當(dāng)前位置或當(dāng)前移動(dòng)速度顯示到文本顯示器上就需要將PLC內(nèi)部的脈沖量轉(zhuǎn)化為位置量。為了實(shí)現(xiàn)以上兩種功能，需要用到Scale_EU_ Pulse功能塊和Scale_Pulse_EU功能塊，Scale_EU_Pulse功能塊的作用是將一個(gè)位置量轉(zhuǎn)化為脈沖量，它可用于將一段位移轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)，或?qū)⒁粋€(gè)速度轉(zhuǎn)化為脈沖頻率；Scale_Pulse_EU功能塊的作用是將一個(gè)脈沖量轉(zhuǎn)化為一個(gè)位置量，它可用于將一段脈沖數(shù)轉(zhuǎn)化為位移，或?qū)⒁粋€(gè)脈沖頻率轉(zhuǎn)化為速度。

對(duì)以上的功能均設(shè)定完成后，就到了機(jī)床控制的關(guān)鍵的一步，即PLC脈沖輸出的控制，采用Q0_x_MoveAbsolute功能塊實(shí)現(xiàn)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制。該功能塊的作用是讓軸以制定的速度，運(yùn)動(dòng)到制定的絕對(duì)位置。

通過以上的硬件及PLC程序的設(shè)計(jì)，就可以使機(jī)床具備最基本的位置控制功能，我們可以根據(jù)實(shí)際的需要增加各種保護(hù)功能及其它輔助功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 三菱電機(jī)自動(dòng)化（上海）有限公司.MR-J3-□A伺服放大器技術(shù)資料集[Z].

[2] SIEMENS.S7-200CN可編程序控制器產(chǎn)品樣本[Z].2010：11.

[3] 廣州正奇科技有限公司.MD204LV4用戶手冊(cè)[Z].

[4] 西門子（中國(guó)）有限公司.S7-200 PLC脈沖輸出MAP庫文件的使用[Z].2011：8-9.endprint