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如何采用 PLC 控制伺服电机的精确定位
1 PLC 定义
PLC 主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器,用于控制机械的生产过程。PLC 的特点是
性能稳定可靠,一般由大公司如三菱,LG、台达、西门子等生产制造,质量可靠,使用寿命长,其次
PLC 的扩展性好,一般可通过简单方法实现多种专业的功能,如 AD/DA 功能,波形输出功能,PID 模
糊控制功能等。PLC 可采用代码编程或者梯形图编程,逻辑清楚,编程简单,适合于初学者学习和使用,
因此用途广泛。目前 PLC 已经在世界各地的重要控制系统中发挥了重要的作用。大到航天航海,小到普
通家用电器,都有它的身影,特别是制造工厂,更是得到了大量的使用。
2 伺服电机定义
伺服电机主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到 1 个脉冲,就会旋转 1 个脉冲对
应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都
会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知
道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实
现精确的定位,可以达到 0.001mm。伺服电机在要求精密控制的工业自动化设备中得到了广泛的应用,
他的闭环控制功能,是步进电机无法比拟的。在一些场合,由于步进电机没有反馈,因此当步进电机卡死
或打滑会出现丢步的情况,从而大大影响设备使用精度,因此步进电机一般用于纯粹的转动过程,或者用
于对精度要求不高的使用场合。
3 如何采用 PLC 控制伺服电机运转
文中采用了 LG 品牌 PLC,伺服电机采用英迈克的伺服电机及驱动器。
3.1 PLC 控制伺服电机原理图
PLC 控制伺服电机原理如图 1 所示。
① PLC 引脚说明。
PLC 引脚 P00 为电机运行启动信号;PLC 引脚 P40 属于 LG PLC 的专用高速脉冲通道,用于控制伺
服电机驱动器。P41 属于 LG PLC 专用方向脉冲通道;P 属于高速脉冲通道的专用高电平端,当高速脉冲
通道为低电平时,电流从 P 流向高速脉冲通道,从而伺服电机收到高速脉冲,并执行相关控制,如转动和
换向。P04 和 P05 属于 LG PLC 的专用原点定位信号,P04 为减速信号,P05 为到位信号。
原点定位原理如下:原点是为位置控制中的基准点,当原点位置设置好了后,后面的位置控制才有意
义,因此在定位脉冲发送前必须进行原点控制。当发送原点定位 POSORG 命令后,电机开始按参数设定
的速度加速,然后匀速直到 P04 光电被感应,然后以一个比较低的速度继续运行,直到 P05 光电也被感
应,此时原点位置被自动记录在 PLC 中,以后的位置控制指令,都由这个原点坐标作为参考。
②电机驱动器引脚说明。
伺服使能:该引脚为 24+高电平时,伺服电机进人工作状态,否则处于参数设置状态。
DCl2-24:该引脚需要和 PLC 的 24-连接,获取相同的低电位。
PURSE32:该引脚为位置脉冲发送的高电位,直接通过一个 2K 电阻连接到 PLC 的 P 端
PURSE31:该引脚接受 PLC 的 P40 发出的位置信号低电平,作为控制电机运转的位置信号。
PURSE34:该引脚为方向脉冲发送的高电位,直接通过一个 2K 电阻连接到 PLC 的 P 端
PURSE33:该引脚接受 PLC 的 P40 发出的位置信号低电平,作为控制电机运转的方向信号。
CZ 信号:可作为运转圈数的反馈信号,电机每转动一圈,该通道会产生一个脉冲。
③电机引脚说明。
由于电机直接于伺服有相关配套的连接,无须知道接线过程,因此不具体说明。
3.2 PLC 控制伺服电机流程
第一步:原点定位,发送 POSORG 命令。
第二步:位置运转,发送 POSDST 命令,控制电机每次转动制定的角距。
3.3 PLC 梯形图
PLC 梯形图如图 2 所示。当 PO 开关闭合时,开始执行原点定位命令,此时电机开始运转,直到 P04
光电被感应,此时电机减速,当 p05 光电被感应时,此时电机原点定位结束,并产生一个标志位
F0283,并执行 D M001 命令,该命令将在只在本段程序内产生一次 t0001 闭合信号,因为原点结束标
志 F283 会一直存在,为避免频繁发送定位命令,因此这里用了 D M001 命令,此时电机定位开始执
行,posds/表示从当前位置开始向后按制定的速度运转制定的角度。
PLC 控制伺服电机
介绍 PLC 控制伺服电机的方法。
伺服电机有三种控制模式:速度控制,位置控制,转矩控制{由伺服电机驱动器的 Pr02 参数与 32(C-
MODE)端子状态选择},本文简要介绍位置模式的控制方法。
一、按照伺服电机驱动器说明书上的'位置控制模式控制信号接线图'连接导线
3(PULS1),4(PULS2)为脉冲信号端子,PULS1 连接直流电源正极(24V 电源需串连 2K 左右的电
阻),PULS2 连接控制器(如 PLC 的输出端子)。
5(SIGN1),6(SIGN2)为控制方向信号端子,SIGN1 连接直流电源正极(24V 电源需串连 2K 左右的电阻),
SIGN2 连接控制器(如 PLC 的输出端子)。当此端子接收信号变化时,伺服电机的运转方向改变。实际运
转方向由伺服电机驱动器的 P41,P42 这两个参数控制。
7(com+)与外接 24V 直流电源的正极相连。
29(SRV-0N),伺服使能信号,此端子与外接 24V 直流电源的负极相连,则伺服电机进入使能状态,通俗
地讲就是伺服电机已经准备好,接收脉冲即可以运转。
上面所述的六根线连接完毕(电源、编码器、电机线当然不能忘),伺服电机即可根据控制器发出的脉冲
与方向信号运转。其他的信号端子,如伺服报警、偏差计数清零、定位完成等可根据您的要求接入控制器。
构成更完善的控制系统。
二、设置伺服电机驱动器的参数
1、Pr02----控制模式选择,设定 Pr02 参数为 0 或是 3 或是 4。3 与 4 的区别在于当 32(C-MODE)
端子为短路时,控制模式相应变为速度模式或是转矩模式,而设为 0,则只为位置控制模式。如果您只要
求位置控制的话,Pr02 设定为 0 或是 3 或是 4 是一样的。
2、Pr10,Pr11,Pr12----增益与积分调整,在运行中根据伺服电机的运行情况相应调整,达到伺服
电机运行平稳。当然其他的参数也需要调整(Pr13,Pr14,Pr15,Pr16,Pr20 也是很重要的参数),在您不太
熟悉前只调整这三个参数也可以满足基本的要求.
3、Pr40----指令脉冲输入选择,默认为光耦输入(设为 0)即可。也就是选择
3(PULS1),4(PULS2),5(SIGN1),6(SIGN2)这四个端子输入脉冲与方向信号。
4、Pr41,Pr42----简单地说就是控制伺服电机运转方向。Pr41 设为 0 时,Pr42 设为 3,则
5(SIGN1),6(SIGN2)导通时为正方向(CCW),反之为反方向(CW)。Pr41 设为 1 时,Pr42 设为 3,则
5(SIGN1),6(SIGN2)断开时为正方向(CCW),反之为反方向(CW)。(正、反方向是相对的,看您如何定
义了,正确的说法应该为 CCW,CW).
5、Pr46,Pr4A,Pr4B----电子齿轮比设定。此为重要参数,其作用就是控制电机的运转速度与控制
器发送一个脉冲时电机的行走长度。
其公式为:
伺服电机每转一圈所需的脉冲数=编码器分辨率× Pr4B/(Pr46 × 2^Pr4A)
伺服电机所配编码器如果为:2500p/r 5 线制增量式编码器,则编码器分辨率为 10000p/r
如您连接伺服电机轴的丝杆间距为 20mm,您要做到控制器发送一个脉冲伺服电机行走长度为一个丝
(0.01mm)。计算得知:伺服电机转一圈需要 2000 个脉冲。(每转一圈所需脉冲确定了,脉冲频率与伺服
电机的速度的关系也就确定了)
三个参数可以设定为:Pr4A=0,Pr46=10000,Pr4B=2000,约分一下则为:
Pr4A=0,Pr46=100,Pr4B=20。
从上面的叙述可知:设定 Pr46,Pr4A,Pr4B 这三个参数是根据我们控制器所能发送的最大脉冲频率与工艺
所要求的精度。在控制器的最大发送脉冲频率确定后,工艺精度要求越高,则伺服电机能达到的最大速度
越低。
做好上面的工作,编制好 PLC 程序,我们就可以控制伺服运转了。
伺服电机转速的 PLC 控制
1.引言
伺服电机在自动控制系统中用作执行元件,它将接收到的控制信号转换为轴的角位移
或角速度输出。通常的控制方式有三种:
① 通讯方式,利用 RS232 或 RS485 方式与上位机进行通讯,实现控制;
② 模拟量控制方式,利用模拟量的大小和极性来控制电机的转速和方向;
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