基于三菱PLC的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

胡志剛

摘要： 設(shè)計(jì)了一種基于三菱PLC的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了該控制系統(tǒng)的電氣原理圖設(shè)計(jì)、觸摸屏控制界面制作、伺服驅(qū)動器的參數(shù)設(shè)置、PLC的程序設(shè)計(jì)等。實(shí)踐表明，用PLC直接控制伺服電機(jī)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)，具有較好的實(shí)用價(jià)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(guān)鍵詞： 三菱PLC；伺服電機(jī)控制系統(tǒng)；觸摸屏

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

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

0 引言

隨著PLC技術(shù)、變頻技術(shù)和伺服控制技術(shù)的迅猛普及和推廣，以步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)為執(zhí)行元件的定位控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。伺服電機(jī)不但能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的速度控制，而且能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的角度（位置）控制，具有較強(qiáng)的動態(tài)特點(diǎn)[1]。本文利用PLC脈沖輸出端口直接控制伺服電機(jī)的運(yùn)動，設(shè)計(jì)了電氣原理圖，PLC的主要控制程序等，該系統(tǒng)能與PLC為主控制器的生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)良好的對接，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

1 伺服電機(jī)控制系統(tǒng)組成及控制要求

本文伺服電機(jī)控制系統(tǒng)由PLC、伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)、觸摸屏以及一套單軸運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，系統(tǒng)組成如圖1所示。

控制要求：設(shè)計(jì)觸摸屏控制界面，有手動控制與自動控制界面。手動控制時(shí)，按下正向或反向點(diǎn)動按鈕，伺服電機(jī)能夠正向或反向點(diǎn)動運(yùn)行。自動控制時(shí)，按下自動按鈕，伺服控制系統(tǒng)首先回原點(diǎn)，然后執(zhí)行多點(diǎn)定位控制，每到達(dá)一點(diǎn)，停留1秒，反復(fù)循環(huán)。按下停止按鈕，伺服電機(jī)停止運(yùn)行。

2 伺服電機(jī)PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)主要設(shè)備選型

2.1.1 PLC的選用

由于直接由PLC控制伺服驅(qū)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(diǎn)搜索的功能指令，并且內(nèi)置獨(dú)立3軸最高100KHz的定位功能，可以同時(shí)控制3個(gè)軸的運(yùn)動，完全滿足伺服控制系統(tǒng)的定位控制要求。

2.1.2 伺服驅(qū)動器及電機(jī)的選用

本文選用三菱MR-J3-10A型伺服驅(qū)動器及配套HF-KP13型的伺服電機(jī)。MR-J3系列伺服驅(qū)動器是在MR-J2系列基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，其動態(tài)響應(yīng)過程更快，位置跟隨更好，可連接FX系列PLC及脈沖發(fā)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(shí)，可進(jìn)行PLC程序的讀取、寫入、監(jiān)控等。GT10與PLC通訊接口按機(jī)型不同分為RS232、RS422、USB，傳輸速率可達(dá)115.2kbps。

2.2 PLC控制系統(tǒng)輸入輸出分配表

為了避免伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)在前進(jìn)或后退過程中的越程故障，設(shè)置兩個(gè)位置開關(guān)進(jìn)行限位保護(hù)。執(zhí)行原點(diǎn)回歸指令需要1個(gè)接近開關(guān)，因此需要3個(gè)輸入點(diǎn)。PLC的輸出信號主要是脈沖和方向信號，需要2個(gè)輸出點(diǎn)。輸入輸出點(diǎn)的具體分配見表1所示。

2.3 控制系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計(jì)如圖2所示。考慮到設(shè)備在使用過程中的安全性，防止執(zhí)行機(jī)構(gòu)越程導(dǎo)致設(shè)備損壞，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩端設(shè)置極限開關(guān)，分別是SQ1、SQ2，將常閉觸點(diǎn)接至伺服驅(qū)動器正反轉(zhuǎn)限位端口（LSP、LSN），常開觸點(diǎn)接至PLC的輸入端口。SQ3是原點(diǎn)開關(guān)，執(zhí)行原點(diǎn)回歸指令時(shí)使用。

3 伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置

此系統(tǒng)中伺服驅(qū)動器工作于位置控制模式，

FX3U-32MT的Y0輸出脈沖作為伺服驅(qū)動器的位置指令，Y1輸出作為伺服驅(qū)動器的方向指令。采用自動增益調(diào)整模式。根據(jù)以上要求，伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置如表2所示。

4 伺服電機(jī)PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 觸摸屏畫面設(shè)計(jì)

采用三菱觸摸屏作為伺服控制系統(tǒng)的人機(jī)界面。手動控制畫面設(shè)置正轉(zhuǎn)點(diǎn)動、反轉(zhuǎn)點(diǎn)動位開關(guān)，分別與PLC輔助繼電器M0、M1對應(yīng)。自動控制界面設(shè)置回原點(diǎn)、啟動、停止位開關(guān)，分別與PLC輔助繼電器M2-M4對應(yīng)，放置自動運(yùn)行速度數(shù)值輸入元件，與PLC的數(shù)據(jù)存儲器D10對應(yīng)。

4.2 PLC主要控制程序設(shè)計(jì)

4.2.1 原點(diǎn)回歸的程序設(shè)計(jì)

原點(diǎn)回歸采用ZRN指令來實(shí)現(xiàn)，程序設(shè)計(jì)如圖3所示。觸摸回原點(diǎn)開關(guān)M2時(shí)，伺服電機(jī)以原點(diǎn)回歸速度（頻率為12000HZ）向原點(diǎn)回歸，當(dāng)原點(diǎn)開關(guān)由OFF變?yōu)镺N時(shí)，伺服電機(jī)以爬行速度（頻率為2000HZ）繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)原點(diǎn)開關(guān)由ON變?yōu)镺FF時(shí)，該指令執(zhí)行完畢，M8029接通，為執(zhí)行多點(diǎn)定位程序做好準(zhǔn)備。

4.2.2 多點(diǎn)定位控制的程序設(shè)計(jì)

多點(diǎn)定位控制采用絕對位置指令DRVA來完成，程序設(shè)計(jì)如圖4所示。觸摸啟動按鈕M3時(shí)，以D10的設(shè)定速度運(yùn)行，K5500個(gè)脈沖量表示目標(biāo)位置對于原點(diǎn)位置的距離。由于M8029是脈沖輸出結(jié)束信號，并不是伺服電機(jī)運(yùn)行結(jié)束信號。因此在M8029接通時(shí)驅(qū)動一定時(shí)器，適當(dāng)延時(shí)讓滯留脈沖減少到位范圍內(nèi)伺服電機(jī)停止后再去驅(qū)動下一條定位指令，以提高定位控制精度[2]。

5 結(jié)語

本文介紹的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)采用PLC控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、編程簡單、運(yùn)行精度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足精度要求較高的應(yīng)用場合[3]。該系統(tǒng)能與PLC為主控制器的生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)良好的對接，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(yùn)等任務(wù)，此系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性好，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]王家樂.PLC控制伺服電機(jī)的應(yīng)用設(shè)計(jì)探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（3）：163.

[2]李金城，付明忠.三菱FX系列PLC定位控制應(yīng)用技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2014.

[3]林杰文.基于PLC的伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電技術(shù)，2015（10）：20-23.