PLC控制交流伺服电动机的位置控制系.doc

PLC控制交流伺服电动机的位置控制系统论文摘要：本文以某厂铝电解电容器生产过程中的一道关键工序电容器套管自动烫印裁切为例，从系统参数分析计算入手，设计了基于三菱FX2N系列的PLC控制交流伺服电动机的位置控制系统，给出了定长及速度控制的算法和软件程序。关键词：PLC 交流伺服电动机 位置控制一、 引言可编程控制器（PLC）是采用微机技术的通用工业自动化装置，是面向用户的专业控制计算机。它可靠性高，抗干扰能力强，编程直观、简单，适应性好，功能完善，接口功能强，通讯联网能力也越来越强。随着微处理器和微计算机技术的发展，PLC不再仅有逻辑判断功能，同时还具有数据处理，PID调节和数据通讯功能，已广泛应用于机械、电子、纺织等各行各业。某电容器制造厂有一道关键工序电容器套管自动烫印裁切，该工序要求电容器套管间隙性定长送进，完成自动烫印及裁切。图1为电容器套管定长控制与裁切示意图。该系统中交流伺服放大器驱动伺服电动机，通过减速器带动一对滚轮旋转，从而实现电容器套管带料的定长送进。下面将从系统参数分析计算入手，设计了基于三菱FX2N系列的PLC控制交流伺服电动机运动系统，并给出了定长及速度控制的算法和软件程序。 （图1）套管定长控制与裁切示意图二、 系统硬件设计及系统参数计算1、硬件设计位置控制系统中交流伺服放大器选用三菱公司的MR-J2S-40A，其属于通用交流伺服系统MELSERVO-J2-SUPER系列，具有位置控制、速度控制和转矩控制三种模式，本系统采用位置控制。交流伺服电动机选用三菱公司的HC-KFS-43，其编码器的分辨率Pt=131072脉冲/转，具有很高的控制精度。本系统中采用的PLC选用三菱公司的FX2N-48MR脉冲输出模块采用FX2N-1PG对于FX2N系列PLC，本身不具备内置定位指令，但可以通过FROM/TO指令与扩展单元FX2N-1PG脉冲输出模块进行数据交换，向伺服放大器发送指定数量的脉冲串，从而完成对伺服电动机的简单定位控制，其最高波特率为100K，一台FX2N系列的可编程控制器可以连续多达8个FX2N-1PG脉冲输出模块，从而最多可实现8轴的运动控制。下图2为一实际的FX2N系列PLC的交流伺服控制系统接线图，其中PLC的输入继电器X0用于控制电动机的停止，X1用于控制电动机的正向启动，X2用于控制电动机的反向启动；脉冲输出模块的FP输出前向脉冲；伺服放大器I/o接口CNIA的PP/NP分别用于接收正反向脉冲串。图2 交流伺服控制系统硬件配置图2、系统参数计算电容器套管带料的送进长度L取决于伺服放大器接收的脉冲数n，而送进速度则L取决于伺服放大器接收的脉冲频率f，设定： 旋转编码器的分辩率：PT=131072脉冲/转伺服放大器的电子齿轮比：CMX/CDV=56（电子齿轮比用来对伺服放大器接收脉冲串放大或缩小一定的倍数，从而改变发送给伺服电动机的脉冲串数量和频率）机械减速器的传动比I=1/10，主动滚轮的直径D=50mm。若设电容器套管带料的送进长度为L，对应的交流伺服放大器所需接收的脉冲数为n，则： L=( n*CMX/CDV)*I.*3.14*D/Pt (1)即：n=L* Pt/(3.14*D*I*CMX/CDV) (2)若设电容器套管带料的送进速度为v，对应的交流伺服放大器所需接收的脉冲频率为f，则：L/V=n/f (3) 即： f=n*v/L (4)如若设电容器套管带料的单位送进长度为1 mm，则公式(2)可计算出向伺服放大器发送的脉冲数为149。对于电容器套管带料的单位送进速度为1 mm/S，则公式(2)可计算出向伺服放大器发送的脉冲频率为149赫兹。套管带料的送进长度和速度可由发送的脉冲数和脉冲频率得到。三、 控制系统的程序编制系统控制如图3所示。PLC扩展特殊单元时,依照扩展顺序将各特殊单元按NO.0, NO.1, NO.2,等顺序编号, PLC特殊功能单元通信时，必须指明特殊单元编号，特殊单元中的缓冲寄存器BFM用于存储有关数据。FROM指令用于时特殊功能模块缓冲寄存器中的内容读入PLC，TO指令用于从PLC对特殊功能单元的缓冲寄存器写入数据。 特殊功能模块的缓冲寄存器，同样需要进行编号，不同编号的缓冲寄存器存放不同的用途的数据。表1所示为FX2N-1PG的BFM列表。表1 FX2N 1PG 的 BFM 编号及含义缓冲存储器BFM编号含义高16位低16位#0脉冲速率#2#1进给速率#3参数#5#4最大速度#6基数#8#7JOG速度#10#9原地返回速度（高速）#11原地返回速度（爬行）续表缓冲存储器BFM编号含义高16位低16位#12用于原地返回的0点标志数目#14#13原地位置#15加速/减速时间#16保留#18#17设置位置（）#20#19运行速度（）#22#21设置位置（）#24#23运行速度（）#25操作命令#27#26当前位置#28状态信息#29错误代码#30样式代码#31保留其中，设置位置值的范围为佳0 999999，即其最大输出脉冲数999999，运行速度值范围为10HZ-10KHZ，即输出脉冲的最高频率为10KHZ。实际控制程序中FX2N 1PG输出脉冲的数量和频率必须在此范围内，如不能满足要求，可调整其定位倍率参数或同服放大器的电子齿轮比。本程序中脉冲输出摸块的缓冲寄存器BFM#3参数设置为H0000,即其定位倍率为1.程序中数据寄存器D101用于存储电容器套管带料的送进长度L,本程序中取L=100mm数据寄存器D201用于存储电容器套管带料的送进速度V, 本程序中取V=100mm/s，定时器T0 用于设定电容器带料的送进间隙时间, 本程序中取T0=2S。图3 FX2N系列PLC的交流伺服控制系统程序四、 结论 实践证明，由FX2N系列PLC控制的交流伺服电动机的位置控制系统完全符合生产工艺要求，控制精度高，参数调整方便，自动化程度高。实际应用时套管的定长控制，送进速度等还可采用图形操作终端（人机界面或称触摸屏）进行设定和调整。五、 参考文献1.可编程