PLC实现定位控制的编程方法.pdf

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1、PLC实现定位控制的编程方法目录1.PLC 定义.12.定位概要.23.定位基本图形.23.1.基本单元（晶体管输出）.23.2.特殊适配器.23.3.特殊功能模块/单元.24.三菱PLC实现定位控制的编程方法.34.1.定位概要.34.2.定位基本图形.44.2.1.基本单元（晶体宣输出）.44.2.2.特殊适配器.44.2.3,特殊功能模块/单元.55.如何采用PLC控制伺服电机的精确定位.65.1.伺服电机定义.65.2,如何采用PLC控制伺服电机运转.75.2.1.PLC控制伺服电机原理图.75.2.2.PLC控制伺服电机流程.85.2.3.PLC 梯形图.86.PLC控制伺服电机.8

2、6.1.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.86.2.设置伺服电机驱动器的参数.97.伺服电机转速的PLC控制.97.1.引言.107.2.PLC控制伺服.108.伺服电机参数设置与接线方式.108.1.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”接 线:.108.2.设置伺服电机驱动器的参数.111.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,使用寿命第1页共12页长,其 次 PLC的扩展性好,一般可通过简单方法实

3、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,特别是制造厂,更是得到了大量的使用。2.定位概要FX3GFX3UFX3GGFX3UC可编程控制器可以向伺服电机、步进电机等输出脉冲信号，从而进行定位控制。脉冲频率高的时候,电机转得快;脉冲数多的时候,电机转得多。用脉冲频率、脉冲数来设定定位对象(件)的移动速度或者移动量。3.定位基本图形3.1.基本单元(晶体管输出)FX3G-

4、FX3UFX3GGFX3UC可编程控制器中内置定位功能。从通用输出(Y000 Y002)输出最大100kHz的集电极开路方式的脉冲串，可同时控制3 轴 1 的伺服电机或者步进电机。3.2.特殊适配器特殊适配器使用FX3U可编程控制器内置的定位功能,输出最大200kHz的差动线性驱动方式的脉冲串,可同时控制4 轴的伺服电机或者步进电机。FX3U可编程控制器最多可以连接2 台高速输出特殊适配器(FX3U-2HSY-ADP)。第 1 台 FX3U-2HSY-ADP 使用 YOOO、Y004 和 Y001、Y005。第 2 台 FX3U-2HSY-ADP 使用 Y002、Y006 和 Y003、Y00

5、7。3.3.特殊功能模块/单元FX3U-FX3UC可编程控制器可以连接特殊功能模块/单元,进行定位控制。此外,特殊功能单元也可以独立进行定位控制。1J.FX3U可编程控制器的构成FX3U可编程控制器中最多可以连接8 台特殊功能模块/单元。2J.FX3UC可编程控制器的构成第2页共12页FX3UC可编程控制器中最多可以连接8 台 1特殊功能模块/单元。连接特殊功能模块/单元时,一定需要FX2NC-CNV-IF或者FX3UC-1PS-5V。*1.与FX3UC-32MT-LT(-2)连接时,最多可以连接7台。*2,与 FX3UC-32MT-LT(-2)连接时,从 No.!开始。3),单独运行(FX2

6、N-10GM,FX2N-20GM)特殊功能单元(FX2N-10GM、FX2N-20GM)可以不连接在可编程控制器上,而独立运行。FX2N-10GM可以控制1 轴的伺服电机或者步进电机。FX2N-20GM可以控制2 轴的伺服电机或者步进电机。此外,可扩展1/0(最多48点)。4.三 菱 PLC实现定位控制的编程方法4.1.定位概要FX3G/FX3U/FX3GC/FX3UC可编程控制器可以向伺服电机、步进电机等输出脉冲信号,从而进行定位控制。脉冲频率高的时候,电机转得快;脉冲数多的时候,电机转得多。用脉冲频率、脉冲数来设定定位对象(件)的移动速度或者移动量。伺服电机FX3G FX3U FX3GC

7、FX3UC可编程控制器第3页共12页4.2.定位基本图形4.2.1.基本单元（晶体管输出）FX3G/FX3U/FX3GC/FX3UC可编程控制器中内置定位功能。从通用输出（Y000 Y002）输出最大100kHz的集电极开路方式的脉冲串,可同时控制3 轴 1的伺服电机或者步进电机。1轴3轴伺服电机（伺服放大器）FX3G FX3U FX3GC FX3UC臘 耀0215冲.*.Y000+方向信号IIIY001不雄言号伺服电机器）2轴tr伺服电机（伺服放大器）Y002方髙青号li起 色 上I。*1.FX3G可编程控制器（14点、24点型）及FX3GC可编程控制器时为2轴.4.2.2.特殊适配器特殊适

8、配器使用FX3U可编程控制器内置的定位功能,输出最大200kHz的差动线性驱动方式的脉冲串,可同时控 制 4 轴的伺服电机或者步进电机。FX3U可编程控制器最多可以连接 2 台高速输出特殊适配器（FX3U-2HSY-ADP）。第 1 台 FX3U-2HSY-ADP 使用 YOOO、Y004 和 Y001、Y005。第 2 台 FX3U-2HSY-ADP 使用 Y002、Y006 和 Y003、Y007。第4页共12页FX3i-2HSY-ADP4轴Y003Y007伺服电机（伺服放大器）4.2.3,特殊功能模块/单元FX3U/FX3UC可编程控制器可以连接特殊功能模块/单元,进行定位控制。此外,特

9、殊功能单元也可以独立进行定位控制。（1JFX3U可编程控制器的构成FX3U可编程控制器中最多可以连接8 台特殊功能模块/单元。FX3U可编程控制器伺服电机（伺服放大器）特殊功能模块特殊功能单元No.0No.7nu巳药目（最多8台）（2）FX3UC可编程控制器的构成FX3UC可编程控制器中最多可以连接8 台 1特殊功能模块/单元。连接特殊功能模块/单元时,一定需要FX2NC-CNV-IF或者FX3UC-1PS-5V。第5页共12页FX3UC可编程控制器FX3UC-1PS-5V或者FX2NC-CNV-IF伺服电机（伺服放大器）特殊功能模块特殊功能单元*1,与FX3UC-32MT-LTQ2）连接时,

10、最多可以连接7 台。*2.与 FX3UC-32MT-LT(-2)连接时,从 No.!开始。（3）单独运行（FX2N-10GM,FX2N-20GM）特殊功能单元（FX2N-10GM、FX2N-20GM）可以不连接在可编程控制器上,而独立运行。伺服电机1轴（伺服放大器）2轴FX2N-20GM FX2N-10GM可以控制1 轴的伺服电机或者步进电机。FX2N-20GM可以控制2 轴的伺服电机或者步进电机。此外,可扩展1/0（最多48点）。5.如何采用PLC控制伺服电机的精确定位5.1.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

11、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,因第6页共1 2页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。5.2,如何采用

12、PLC控制伺服电机运转文中采用了 LG品牌P L C,伺服电机采用英迈克的伺服电机及驱动器。5.2.1.PLC控制伺服电机原理图PLC控制伺服电机原理如图1 所示。何眼必动器输入输出接口电机接口x524V电 源pc/p电缆0.0Q0.2 “*IQ.Oo !0.1妝冲指令伺服使能图1PLC控制伺服电机原理PLC引脚说明。PLC引脚P00为电机运行启动信号;PLC引脚P40属于LGPLC的专用高速脉冲通道,用于控制伺服电机驱动器。P41属于LGPLC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,

13、如转动和换向。P04和 P05属于LGPLC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。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。DC12-2 4:该引脚需要和PLC的24连接

14、,获取相同的低电位。PURSE32:该引脚为位置脉冲发送的高电位,直接通过个 2k电阻连接到PLC的 P 端第7页共12页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,直接通过个2k电阻连接到PLC的 P 端PURSE33l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,电机每转动圈,该通道会产生一个脉冲。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。5.2.2.PLC控制伺服电机流程第一步:原点定位,

15、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。5.2.3.PLC梯形图PLC梯形图如图2 所示。当P0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pO5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DM001命令,该命令将在只在本段程序内产生一次tOOOl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 DM001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。6.P L C控制伺月艮电机介绍PLC控制伺

16、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。6.1.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副连接导线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左右的电阳),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

17、。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第8 页共12页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。6.2.设置伺服电机驱动器的参数1、Pr02-控制模式选择,设定Pr02参数为或是3 或是4。3 与 4 的区别在于当

18、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,则只为位置控制模式。如果您只要求位置控制的话,Pr02设定为或是3 或是4 是样的。2、PrlO,Prll,Prl2-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(Prl3,Prl4,Prl5,Prl6,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、P

19、r41,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个脉冲时电机的行走长度。其公式为:伺服电机每转圈所需的脉冲数=编码器分辨率X Pr4B/(Pr46 X 2 Pr4A)伺服电机所配

20、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个脉冲伺服电机行走长度为个丝(0.01mm)。计算得知:伺服电机转圈需要2000个脉冲。(每转圈所需脉冲确定了,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=20o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,艺精度要求越高

21、,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。7.伺服电机转速的PLC控制第9页共12页7.1.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:通讯方式,利用RS232或 RS485方式与上位机进行通讯,实现控制;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;7.2.PLC控制伺服以松下FP1系列PLC和A4系列伺服驱动为例,编制控制伺服电机定长正、反旋转的PLC程序并设计外围接线图,此方案不采用松下的位置控制模块FPG-PP11122122等,而是用晶体管输出式的

22、P L C,让其特定输出点给出位置指令脉冲串,直接发送到伺服输入端,此时松下A4伺服作在位置模式。在 PLC程序中设定伺服电机旋转速度,单位为（rpm）,设伺服电机设定为1000个脉冲转圈。PLC输出脉冲频率=（速度设定值/6）*100（HZ）假设该伺服系统的驱动直线定位精度为0.1m m,伺服电机每转圈滚珠丝杠副移动10m m,伺服电机转圈需要的脉冲数为1000I故该系统的脉冲当量或者说驱动分辨率为0.01mm（个丝）；PLC输出脉冲数=长度设定值*10。以上的结论是在伺服电机参数设定完的基础上得出的。也就是说,在计算PLC发出脉冲频率与脉冲前,先根据机械条件,综合考虑精度与速度要求设定好伺

23、服电机的电子齿轮比!大致过程如下:机械机构确定后,伺服电机转动圈的行走长度已经固 定（如上面所说的10mm）,设计要求的定位精度为.lmm（10个丝）。为了保证此精度,一般情况下是让个脉冲的行走长度低于0.1m m,如设定一个脉冲的行走长度为如上所述的0.01mm,于是电机转圈所需要脉冲数即为1000个脉冲。此种设定当电机速度要求为1200转/分时,PLC应该发出的脉冲频率为20k。松下FP140T的 PLC的CPU本体可以发脉冲频率为50kHz,完全可以满足要求。如果电机转动圈为100mm,设定一个脉冲行走仍然是0.01m m,电机转一圈所需要脉冲数即为 10000个脉冲,电机速度为1200

24、转时所需要脉冲频率就是200k。PLC的CPU输出点工作频率就不够了。需要位置控制专用模块等方式。8.伺服电机参数设置与接线方式有了以上频率与脉冲数的算法就只需应用PLC的相应脉冲指令发出脉冲即可实现控制了。假设使用松下A4伺服,其工作在位置模式,伺服电机参数设置与接线方式如下:8.1.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”接线:第10页共12页pin3(PULSl),pin4(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)。pin5(SIGNl),pin6(SIGN2)为控制方向信号端子

25、,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,pin7(com+)与外接24V直流电源的正极相连。pin29(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

26、入控制器构成更完善的控制系统。8.2.设置伺服电机驱动器的参数1、Pr02-控制模式选择,设定Pr02参数为或是3 或是4。3 与4 的区别在于当32(0MODE)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,则只为位置控制模式。如果您只要求位置控制的话,PrO2设定为或是3 或是4 是样的。2、PrlO,Prll,Prl2-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(Prl3,Prl4,Prl5,Prl6,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、Pr40-一指令脉冲输入选择

27、,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,C W。5、Pr48、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

28、制器发送个脉冲时电机的行走长度。其公式为:伺服电机每转圈所需的脉冲数=编码器分辨率X Pr4B/(Pr48 X 2人 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个脉冲伺服电机行走长度为第11页共12页个丝(0.01mm)计算得知:伺服电机转圈需要2000个脉冲(每转圈所需脉冲确定了,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,Pr48=10000,Pr4B=2000f约分一下则为:Pr4A=0,Pr48=100,Pr4B=20o从上面的叙述可知:设定Pr48、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,艺精度要求越高,则伺服电机能达到的最大速度越低。松下FP1 一 一 40 T 型 PLC的程序梯型图如下：西门子 S7-200产生脉冲的个实例,使用向导编程:1、使用PLC自带的高速脉冲输出2、选择端口为Q0.03、选择输出为PTO脉冲4、设置最高速度,和起始速度5、设置加减速时间6、绘制运动轨迹7、分配寄存器地址8、完成配置9、编写程序第 12页共12页