基于西门子PLC多轴伺服控制系统设计.docx

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1、基于西门子PLC多轴伺服控制系统设计基于西门子PLC多轴伺服控制系统设计徐禹翔，徐晓光导语：为了知足工业现场稳定、高精度的运动控制要求，以西门子新型模块化高性能S7-1200系列PLC和松下A5系列伺服控制器为控制核心，采用与伺服控制器相配套的松下伺服电机，设计了4轴伺服运动控制系统，进展了控制系统的整体硬件设计，介绍了系统地址分配和数据传输、PLC和伺服控制器的接线和伺服参数设置、相关PLC程序设计、触摸屏控制界面设计.经调试运行说明：系统运行稳定、控制精度高，适用于工业机械手伺服控制等多种伺服控制场合，具有良好的应用价值.摘要：为了知足工业现场稳定、高精度的运动控制要求，以西门子新型模块化

2、高性能S7-1200系列和松下A5系列伺服控制器为控制核心，采用与伺服控制器相配套的松下伺服电机，设计了4轴伺服运动控制系统，进展了控制系统的整体硬件设计，介绍了系统地址分配和数据传输、PLC和伺服控制器的接线和伺服参数设置、相关PLC程序设计、触摸屏控制界面设计.经调试运行说明：系统运行稳定、控制精度高，适用于工业机械手伺服控制等多种伺服控制场合，具有良好的应用价值.1、前言当代工业对于控制系统的响应时间、响应速度、稳定性等性能指标的要求越来越高.根据实际工程设计需要，选择了西门子PLC、松下伺服电机及伺服控制器等集成4轴伺服控制系统，将PLC技术、伺服控制的上风有机结合起来，使运动性能到达

3、更好的程度.在由传动制造逐渐转向智能制造的今天，多轴伺服的应用将越来越重要，因此该系统有良好的应用价值.2、伺服控制系统的构造设计2.1控制方案的硬件选择控制系统的应用对象为四自由度的龙门式堆焊机，采用模块化PLC+伺服控制器进展运动控制.该方案在系统的响应时间和控制精度、实时性、同步性能等方面不如专用控制器，但性价比高，合适定位间隔频率和同步性要求一般的场合.根据工程实际的系统要求，定位间隔时间为几十毫秒，同步要求不高，采用该方案知足系统的需要，性价比拟高.2.2西门子S7-1200多轴伺服系统的组成系统硬件局部选型：CPU1214CDC/DC/DC；西门子KIP1000Basic触摸屏；松

4、下MHMJ022G1V沟通伺服电机，额定输出功率200W，额定转速3000r/m，额定电压单相/三相200V，配20bit增量式编码器；伺服驱动器选用松下MB-DK2510E全数字沟通伺服驱动器.一台1214CDC/DC/DCCPU集成了4路脉冲输出接口，可以控制四个伺服控制器以到达控制四台伺服电机的目的，实现4个轴的准确定位，并实现多个电机的同时工作和同时停顿.采用西门子SIMATICKIP1000Basic触摸屏作为上位机，实现对伺服系统运行状态的实时监控.S7-1200在运动控制中使用了轴的概念，通过对轴的组态，包括硬件接口、位置定义、动态特性、机械特性等，与相关的指令块符合PLCope

5、n标准组合使用，通过对轴的组态可实现绝对位置、相对位置、点动、转速控制及自动寻找参考点的功能.CPU输出脉冲、向信号至ServoDrive，伺服驱动器再将该信号处理后输出到伺服电机，控制电机加减速、挪动到指定位置；编码器信号输入到伺服驱动器形成半闭环控制，用于计算速度与当前位置；用PLC内部的高速计数器测量CPU上的脉冲输出，计算速度与位置.2.3软件平台需要用到的相关软件平台：TIAPortalV13、PANATERMV5.0Manual.TIAPortal是西门子公司开发的高集成度工业组态软件，提供了直观易用的编辑器，可支持西门子系列PLC编程.此外还为硬件配置，网络配置、诊断等提供了通用

6、的工程组态框架.PANATERMV5.0Manual是松下A5伺服驱动器专用的伺服参数配置软件，可以实现伺服参数的快速设置，有效缩短了伺服系统的开发周期.3、系统的地址分配及接线图系统为四轴伺服驱动设计，下面以一个轴为例介绍PLC控制器，伺服驱动器以及伺服电机的地址分配与连线.1214CDC/DC/DC模块为晶体管输出，CPU模块本体集成了一个PROFITNET以太网接口，用于编程、HMI和PLC之间通讯.该CPU固件版本为V4.0，集成输出点Q0.0Q1.1均可作为PTO脉冲串输出和方向信号的输出点，可在博图组态软件中自由组态确定脉冲串输出点和方向信号输出点.组态定义Q0.0为高速脉冲输出连

7、接至伺服驱动器X4-3引脚，在PTO输出形式下，Q0.0能提供高达100kHZ的脉冲.Q0.1连接至伺服驱动器X4-5引脚，控制脉冲方向.组态定义Q0.2为伺服ON输入连接到X4-SRV-ON引脚，使能伺服驱动器.PLC的Q0.3连接至伺服驱动器X4-A-CLR，作为报警去除输入.伺服驱动器的引脚S-RDY+接至I0.0，给PLC提供伺服预备停当信号.伺服驱动器的INP+接口给CPU提供定位完毕信号，I0.1输入点接收到信号后，CPU停顿脉冲输出，定位作业完毕.其他信号的地址分配，如输入参考点开关、位置监视开关硬和软件限位开关等根据PLCI/O点和伺服驱动器X4接口定义进展配置，在此不逐一列出

8、.4、系统软件设计4.1PLC轴工艺对象组态博图组态软件中定义的“轴工艺对象从用户程序中收到运动控制命令，在运行时执行并监视执行状态，起到用户程序与驱动接口的作用.“驱动表示伺服驱动加脉冲接口转换器的机电单元.驱动是由PU产生脉冲对“轴工艺对象操纵进展控制的.S7-1200系列CPU在运动控制中必需要对工艺对象进展组态才能应用运动控制指令块，其主要包括：1参数组态：定义了轴的工程单位,如脉冲数/秒，转/分钟),软硬件限位，启动/停顿速度，参考点等.2控制面板：用于调试驱动设备，测试轴和驱动功能.允许用户在手动方式下实现参考点定位、绝对位置、相对位置、点动等功能.3诊断面板：在线方式查看，用于显

9、示轴的关键状态和错误消息.4.2伺服参数的设置系统涉及的主要伺服参数设置值如下表1所示.1工程中伺服电机主要用于准确的定位控制，因此采用位置控制形式P.2根据CPU与伺服的交互I/O信号的连接方式，参考伺服驱动器用户手册，确定输入输出参数的设定值.4根据位置控制精度来确定脉冲数和电子齿轮比.4.3PLC程序设计1200CPU运动控制指令块包括：MC_Power系统使能指令块、MC_Reset错误确认指令块、MC_Home回参考点/设置参考点指令块等，足以知足工程的运动控制要求.使用功能块编写程序，可以大大缩短工程程序的开发周期.表1MinasA5系列伺服参数设置4.3.1程序达成的功能具备伺服

10、故障检测功能、伺服复位功能、伺服停顿功能、伺服调试功能、伺服自动运行功能、伺服手动控制功能、伺服电机位置显示功能等.4.3.2程序设计程序构造框图如图3所示.主要实现伺服的手、自动运行；伺服故障处理，即当伺服出现故障时可以及时的取消全部运动动作，停顿所有伺服；伺服故障取消后，重新寻原点和机械回零等操纵.5、人机界面设计SIMATICHMI通过TIAPortal软件进展画面设计.根据系统的控制要求，将伺服控制显示画面布置如图1所示.人机界面主要功能按键有：“参数设置用来设置伺服运行的速度、位移量等；“伺服预备完成表示伺服寻原点完成；“复位成功表示机械回原点完成；“手动自动表示手动调试和自动调试切换按钮；“参数设置用来对伺服运行的相关参数如速度、位移量等进展设置.将HMI画面上的按钮、指示灯等元件变量与PLC中的变量关联，最后下载到CPU中，即完成人机界面的组态编程.图1伺服调试显示画面6、结论采用S7-1200CPU+西门子HMI+松下伺服驱动器的方案来实现多轴运动控制，可以轻松实现多轴的准同步运行，经测试运行证实该系统构造公道，有较高的性价比，伺服定位精度高，可以针对不同的应用场合，做相应的调整即可快速使用.