PLC控制伺服電機的應(yīng)用設(shè)計探討

李軍　徐永勝　趙志川　綦宗升　王爽

摘 要：本文將在自動控制plc的基本概念和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，深入探討plc自動控制系統(tǒng)以及伺服電機的實際應(yīng)用和設(shè)計。

關(guān)鍵詞：plc;伺服電機;應(yīng)用設(shè)計

前言

在現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)不斷發(fā)展的同時和基礎(chǔ)上，伺服電機的技術(shù)也在逐步發(fā)展和完善，并已廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域，如傳感器和智能計算機控制的領(lǐng)域、自動控制的領(lǐng)域等。此外，在許多現(xiàn)代的電器設(shè)備和許多自動化的設(shè)備中，伺服電機的技術(shù)也是非常重要的，甚至可以是電器設(shè)備不可缺少的。因此，本文對采用plc自動控制的伺服驅(qū)動電機的技術(shù)應(yīng)用以及設(shè)計問題進行了較好的研究和分析。

一、PLC概述

plc控制器是主要通過對數(shù)字控制器的運算和操作進行可編程控制的數(shù)字化裝置，被廣泛簡稱為可編程數(shù)字控制器，是主要針對各種工業(yè)應(yīng)用環(huán)境進行開發(fā)的可編程控制裝置。plc控制技術(shù)包括了計算機控制技術(shù)、通信控制技術(shù)和各種自動控制技術(shù)。微處理器可以通過一個可編程的存儲器精確地進行生產(chǎn)過程信息的存儲。其核心組成部分主要是一個微處理器。一個可編程的控制器廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)，可精確地控制整個生產(chǎn)的過程。該系統(tǒng)的控制器主要具有通過對輸出和輸入控制功能的特點來控制整個生產(chǎn)過程的開關(guān)量和程序的模擬量。一個可編程的控制器主要由系統(tǒng)存儲器、微處理器、編程盒、輸入/輸出控制部件等組成。

PLC操作簡單，應(yīng)用廣泛，抗干擾能力強。如果應(yīng)用于伺服馬電機控制的話，系統(tǒng)整體的性能顯著提高。

二、PLC控制伺服電機的應(yīng)用設(shè)計分析

伺服電機驅(qū)動器是將設(shè)備的數(shù)字角和輸入脈沖信號序列轉(zhuǎn)換為控制機械角位移或機械角旋轉(zhuǎn)運動速度的一種控制元件。在伺服電機控制設(shè)備的過程中，只有輸入脈沖信號序列等控制信號序列可以通過一個致服電機驅(qū)動器來進行調(diào)節(jié)，即控制設(shè)備的數(shù)字旋轉(zhuǎn)運動方向、速度和機械角位移。這也是和其他伺服電機不同的主要控制原因。

考慮到設(shè)備plc和伺服編碼器電機控制系統(tǒng)的主要性能特點，本設(shè)計將系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計分為幾個主要的部分：

（1）電源的方面：本設(shè)計使用ac220v為系統(tǒng)的運行控制器提供開關(guān)電源的支持，使用設(shè)備dc24v的開關(guān)電源為設(shè)備plc伺服電機控制脈沖信號、伺服電機控制信號等設(shè)備提供開關(guān)電源;整個控制系統(tǒng)是操作的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，控制整個系統(tǒng)的運行。

（2）本設(shè)計主要以plc為系統(tǒng)的控制核心，實現(xiàn)系統(tǒng)的信息交互與運營商和伺服電機設(shè)備之間通過伺服器的i/o信號，根據(jù)之前的邏輯存儲伺服驅(qū)動程序，將信息交互控制系統(tǒng)中的信號發(fā)送給相應(yīng)的伺服驅(qū)動程序，即實現(xiàn)信息交互控制的設(shè)備和伺服編碼器電機;

（3）控制設(shè)備的精度：為了滿足各種設(shè)備的信息控制精度和性能要求，還必須綜合考慮設(shè)備plc能實現(xiàn)提供的最大脈沖編碼器頻率、伺服器電機能實現(xiàn)脈沖接收的最大脈沖編碼器頻率、伺服編碼器電機的脈沖編碼器電機控制精度以及與伺服器的信息交互響應(yīng)性能。

三、對于系統(tǒng)細節(jié)的有效處理

PLC在伺服電機中的應(yīng)用主要涉及兩個方面：PLC和伺服電機。因此，從這兩個方面來處理細節(jié)問題：

（1）伺服電機作為伺服系統(tǒng)的核心，因為主要負責(zé)能量轉(zhuǎn)換，所以和其他馬達相比，轉(zhuǎn)換效率高，構(gòu)造簡單的特征是必要的。伺服執(zhí)行式電機系統(tǒng)又稱自動執(zhí)行式伺服電機。在自動控制的系統(tǒng)中，作為馬達執(zhí)行的重要一環(huán)，可以通過根據(jù)伺服電機對應(yīng)的馬達執(zhí)行命令自動控制執(zhí)行信號調(diào)整并優(yōu)化馬達的執(zhí)行速度和馬達執(zhí)行方向?；谔岣呔?、效率和執(zhí)行快速性的系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)，本文主要選用了松下公司的minasaepo系列的交流自動伺服系統(tǒng)。由于其內(nèi)部主要控制部分信號為32位的iadsp，因此主要采用了ig-btpwm控制的方式。因此，整個伺服電機系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，體積小，能夠很好地滿足小型紡織機械、數(shù)控機床等應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展應(yīng)用需要。

（2）速度控制的方面。對速度的控制主要是保證速度控制設(shè)備用戶能夠根據(jù)馬達用戶的要求和指示在到達第一時間對馬達進行相應(yīng)的馬達速度控制調(diào)整。對速度的控制系統(tǒng)是一種反饋速度控制的系統(tǒng)。在系統(tǒng)的運行中，plc通過接收馬達指令控制信號，啟動或暫時停止馬達伺服驅(qū)動器，模擬信號，有效地控制馬達的功率和轉(zhuǎn)速，從而有效實現(xiàn)速度控制系統(tǒng)所要求和的目標(biāo);

（3）增益自動調(diào)節(jié)方面。在將電機應(yīng)用于伺服控制電機時，需要根據(jù)系統(tǒng)的指令自動完成伺服電機相應(yīng)的增益調(diào)整任務(wù)，不能過遲或者頻率過調(diào)。因而實現(xiàn)這一增益調(diào)整目標(biāo)的關(guān)鍵手段就是伺服電機自動控制系統(tǒng)增益的自動調(diào)整。目前對于伺服電機增益的自動調(diào)整主要有自動的調(diào)整和手動的調(diào)整兩種常用的方式。與兩種手動調(diào)整方法的基本優(yōu)點相比，前者更適用。一般來說，電機的固有頻率過低就會直接影響系統(tǒng)的伺服控制電機的系統(tǒng)增益自動調(diào)整。伺服電機的固有頻率如果過低的話，伺服系統(tǒng)就不能及時得到迅速的振動和響應(yīng)，這是其特性。

結(jié)語

由此證明，將plc技術(shù)應(yīng)用于對伺服驅(qū)動電機的控制系統(tǒng)可以極大地提高自動定位伺服電機控制系統(tǒng)的效率和性能，降低控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。隨著伺服電機技術(shù)的進步和發(fā)展，plc在工業(yè)伺服驅(qū)動電機控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用將會發(fā)展成為未來的必然趨勢。

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