PLC控制交流伺服电动机位置控制系.docx

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PLC控制交流伺服电动机位置控制系

PLC控制交流伺服电动机位置控制系

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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。

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关键词：

PLC交流伺服电动机位置控制

一、引言

可编程控制器

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。

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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。

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<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。

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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。

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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。

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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：

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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）LDAYtRyKfE

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>Zzz6ZB2Ltk

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1mm，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1mm/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。

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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。

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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。

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表1FX2N–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

#7

JOG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<Ⅰ）

#20

#19

运行速度<Ⅰ）

#22

#21

设置位置<Ⅱ）

#24

#23

运行速度<Ⅱ）

#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.SixE2yXPq5

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。

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图3FX2N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。

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五、参考文献

1.《可编程控制器原理及应用》<第四版）新版

作　者：

钟肇新等编著

出版社：

华南理工大学出版社

出版时间：

2008年02月

2.《三菱硬件手册》

广州旺达自动化工程有限公司

3.《现代永磁电动机交流伺服系统》

作　者：

郭庆鼎，孙宜标，王丽梅编著

出版社：

中国电力出版社

出版时间：

2006年08月