（已结帖）工控PLC擂台第42期－－PLC－PLC定位模块－伺服控制器－伺服电机的案例 点击：6939 | 回复：29
我们都知道，PLC要控制伺服电机有两种思路，两条思路分别如下：
一种电路：PLC－－－－-伺服控制器－－－－-伺服电机
二种电路：PLC－－－－-PLC模块－－－－伺服控制器－－－－-伺服电机 （PLC模块即为各PLC厂家自己的定位模块，如西门子的FM357，罗克韦尔的1756-M08SE模块，三菱的PG1模块等等）
对于伺服的第二种控制方案：
其实定位模块比如GE的有定位模块的~他们是直接根据PLC的CPU模块传过来的运行命令数据直接转换成控制伺服的方向和脉冲，但定位模块内部接口本身就是为控制伺服用的，所以他内部还有很多可以和伺服进行数据交换的，比如伺服报警信号输出，伺服使能，伺服定位结束....而控制伺服最基本的不过2中方式：1脉冲（对应的伺服位置控制方式和转距控制方式）2、模拟电压（对应伺服的速度控制方式，如果直接用PLC控制的话PLC很少有OUT口可以输出模拟电压的所以几乎所有的PLC直接带伺服驱动器都是位置控制）而定位模块一般可以有模拟电压方式输出，和脉冲输出.。
本期擂台：设计一个由“PLC－－－－-PLC定位模块－－－－伺服控制器－－－－-伺服电机 ”即PLC控制伺服电机的第一种思路的项目或实验。PLC及伺服控制器的品牌不限，但要求有尽可能详细的通信协议及设计过程和组态编程过程。项目及实验均可以。回答的最好最全面的首先拿大奖！
工控PLC擂台每周一期，本期下周末结贴。奖项设置：一等奖1名：50MP，二等奖5名：10MP，三等奖10名：30积分。
MP介绍：gongkongMP即工控币，是中国工控网的用户积分与回馈系统的一个网络虚拟计价单位，类似于大家熟悉的QB，1个MP=1元人民币。
MP有什么用？兑换服务：以1个MP=1元来置换中国工控网的相关服务。 兑换现金：非积分获得的MP可兑换等值现金（满100MP后、用户可通过用户管理后台申请兑换）。
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OMRON公司PLC及伺服系统在搬运自动化中的应用
随着伺服控制技术的发展，对于过去由液压马达或者变频器进行定位的设备，逐步被控制精度更高的伺服控制系统所取代，不仅仅是因为技术先进，更因为交流伺服控制系统故障率低，操作简单，控制定位精度高等优点极大的提升工厂技术装备的水平，为工厂的质量控制及效益的最大化创造了有力的条件。随着工业技术水平的不断提高，伺服控制也将成为传动和控制的主要方向之一。
1、 系统原理图
搬运系统在很多的行业有着广泛的应用，我们的生产线对搬运中的要求是定位准确精而且运动频繁故障率低，所以我们选择伺服系统作为控制部件。本系统采用OMRON公司的中型PLC CS1G系列和W系列伺服系统对3台交流伺服电机进行控制，其中2台伺服电机控制水平搬运，1台伺服电机对产品进行翻转。
以下是PLC系统配置示意图：
●伺服放大器接线示意图：
●伺服中继单元及定位模块配置图：
2、硬件配置：
2.1 CPU机架：
CPU单元选用目前欧姆龙最新型的中型PLC该PLC的优点在于处理速度快通讯能力强等优点，配置如下：CS1G-CPU42H,底板CS1W-BC103,电源单元C200HW-PA204,编程电缆XW2Z-500S-V、输入单元C200H－ID216、输出单元C200H－OD218；以及NT31C系列的人机界面。
定位模块C200HW－NC413，集电极开路输出，4轴定位控制，高速启动性能，可以使用WINDOWS专用NC支持工具(CX-POSITION),在记忆运转时可以控制100点每轴。
2.2 伺服放大器
●伺服放大器选用R88D-WT50H（5KW）、R88D-WT15H（1。5KW），再生制动电阻R88A－RR22047S。伺服放大器的选择主要是依据系统的负载转距、速度等。对于转动惯量较大的负载，要求安装外接的再生制动电阻，按照发热功率进行选择。
●伺服放大器参数设定：
Pn000：功能选择基本开关设定，电机旋转方向、控制模式 0010
Pn001：功能选择应用开关设定1，电机发生报警时的停机方式 1000
Pn002：应用编码器设定，绝对值编码器、相对值编码器 0100
Pn100：速度闭环增益，调整伺服系统的刚性
Pn101：速度环时间积分常数
Pn102：位置环增益，调整系统的相应性满足机械刚性
Pn103：惯性比率，设定机械系统的惯性和电机惯性的比率
Pn200：定位控制参数设定
Pn201：编码器分辨率设定
Pn202：电子齿轮设定，分子
Pn203：电子齿轮设定，分母
Pn600：再生制动电阻能力
对于定位控制系统，以上参数必须进行设定及调整，保证设备机械系统的稳定运行，其它参数可以选择默认参数。
3、 软件编制
●定位模块C200HW-NC413的参数可以通过编程软件进行设定，也可以通过程序进行传送，本项目采用程序传送，目的是为了保证在模块出现故障时，一般的电气维修人员即可以对模块进行更换，不需要技术人员对参数进行重新设定，以下是X轴参数进行程序设定的样例，Y轴、Z轴、U轴可以参照编写，对不使用的轴参数要进行相应的修改，否则会出现错误报警。
LD P_First_Cycle
MOV(021) #D D20000
MOV(021) #500 D20001
MOV(021) #1 D20002
MOV(021) #0 D20003
LD P_First_Cycle
MOV(021) #60 D20004
MOV(021) #1021 D20005
MOV(021) #C200 D20006
LD P_First_Cycle
MOV(021) #0 D20007
MOV(021) #4250 D20008
MOV(021) #1250 D20009
LD P_First_Cycle
MOV(021) #0 D20010
MOV(021) #0 D20011
MOV(021) #0 D20012
MOV(021) #0 D20013
LD P_First_Cycle
MOV(021) #0 D20014
MOV(021) #2000 D20015
MOV(021) #0 D20016
LD P_First_Cycle
MOV(021) #2000 D20017
MOV(021) #0 D20018
MOV(021) #0 D20019
LD P_First_Cycle
MOV(021) #0 D20020
MOV(021) #1999 D20021
LD P_First_Cycle
MOV(021) #0 D20022
MOV(021) #999 D20023
LD P_First_Cycle
MOV(021) #0 D20024
MOV(021) #0 D20025
MOV(021) #0 D20026
MOV(021) #0 D20027
●搬运机定位控制
定位控制的方式有两种，一种是直接定位，从CPU 模块直接设定位置数据、速度数据，在NC模块接受动作指令时进行定位。另外一种
基于FX2N-1PG定位模块的可编程逻辑控制器位置控制
对单片机、工控机进行位置控制来说，采用可靠性高，程序编辑、修改和调试便捷的可编程逻辑控制器(PLC)以及定位模块集成进行位置控制，无须花太多的精力放在硬件处理上，采用积木式结构便可很快形成控制系统。
定位模块FX2N-1PG是三菱PLC功能模块之一 ，可单轴控制，脉冲输出最大可达100 KB／s。针对定位控制的特点，该模块具有完善的控制参数设定，如定位目标跟踪、运行速度、爬行速度、加减速时间等。这些参数都可通过PLC的FROM／TO指令设定。除高速响应输出外，还有常用的输入控制，如正反限位开关、STOP、DOG(回参考点开关信号)、PG0(参考点信号)等。此外，还内置了许多软控制位，如返回原点、向前、向后等。对这些特定的功能，只要通过设置特定的缓冲单元已定义的位就可实现。
1、系统组成
图1是采用FX2N-1PG定位模块的位置控制系统组成。其中：滑台的定位控制由交流伺服电机通过滚珠丝杠来带动，滑台的正反向运动由电机的正反转控制，滑台移动的速度由电机的转速决定。伺服电机由MR-J2S伺服装置驱动，MRJ2S接受FX2N-1PG定位模块发出的正向或反向位置脉冲信号；FX2N-1 PG和FX2N-32MT通过数据线连接，进行数据通信。位置和速度数据由触摸屏F930GOT通过RS422输入。
伺服电机末端的光电编码器将丝杠的角位移和电机转速以脉冲的形式反馈至MR-J2S的CN2口，在MR-J2S中完成位置控制和速度控制。整个位置控制系统实际上是位置半闭环的伺服系统。
图1 控制系统组成
2、系统接口
图2是位置控制系统的接口示意图。
图2 系统接口
端口定义如下：
x0——正限位，接近开关SQO.0输入；
x1——负限位，接近开关SQ1.0输入；
x2——伺服准备好输入信号，来自MR-J2S伺服驱动SV RDY输出；
x3——伺服报警输入，来自MR-J2S伺服报警ALM输出；
x4——紧停开关输入；
X5——伺服结束信号输入，来自MR-J2S伺服驱动INP输出；
Y0——紧停输出；
Yl——伺服ON；
Y2——复位输出；
Y3——伺服正限位输出；
Y4——伺服负限位输出；
Y5——伺服停止输出。
回参考点接近开关SQ2.0与定位模块FX2N-1PG的DOG相接，FX2N．1PG的正向FP和反向RP脉冲输出口分别与MR J2S的PP和NP口相接，其余连线按标准连接。
3、程序编制
位置控制PLC程序由FX-PCS／WIN-C编程软件实现。程序由定位模块初始设定、参数计算、位置编辑及执行、伺服状态指示和报警等部分组成。
3.1 定位模块初始化设定
在全行程位移x上，定位模块初始化设定完成手动速度最高值设定、回参考点速度和接近速度设定、加减速时间设定、标志和状态显示设定等。其中，回参考点如图3所示。
图3 回参考点示意图
回参考点功能启动后，滑块先以v1速度快速向参考点方向运动，碰到减速开关SQ2.0产生DOG信号，伺服电机转速迅速降低，滑块以v2接近速度慢速移动。当增量式光电编码器产生一转脉冲(零标志)时，电机停止，滑块所停位置即为参考点位置。回参考点PLC梯形图如图4所示。
图4 回参考点PLC梯形图
3.2 定位位置和速度设定
在这一部分中，主要完成定位位置和速度设定，并在每一定位点执行任务。图5为定位控制和任务执行示意图。
图5 定位控制和任务执行
滑块先以速度v1移至位置1，在位置1执行任务A，完成后，再以速度 ：移至位置2，执行任务B。依次类推，直到整个工序完成。相应的PLC梯形图如图6所示。
图6 定位位置和速度设定的PLC梯形图
利用PLC定位模块可充分体现控制系统灵活、可靠性高的特点，与数字式交流伺服系统可组成高精度的位置控制系统。在给出的PLC程序基础上，根据不同的工艺要求，充分利用PLC的I／O，将每一定位点上所要完成的任务嵌套在定位程序中，充分发挥PLC顺序控制的功能。本位置控制装置在上海电机学院投入实验、实训已近3年，运行可靠，定位正确，扩
基于PLC 控制的高精度交流伺服定剪系统
在冷轧钢材、铝箔、卷筒纸等卷筒流水线的板带生产过程中, 经开卷、边缘检测和张力控制后, 板带达到规定长度时对其进行裁切, 即所谓的定剪控制。定剪后的带材长度有一定的精度要求, 同时, 要求定剪控制快速、稳定。目前, 定剪系统的基本组成由控制器、变频器和交流异步电动机及编码器等组成, 控制器有2 种方式: 控制器由单片机组成, 编码器将间接测得的板带长度反馈至单片机中, 进行位置比较和控制; 控制器由可编程控制器( PLC) 和高速计数模块组成, PLC 将设定的长度值转换成对应的脉冲数输出到变频器驱动电机运转, 编码器产生与实际长度对应的脉冲数反馈至高速计数模块送入PLC 与给定值比较, 直到两者相等时电机停止运行。前者在实际应用中存在运行不稳和可靠性等问题, 尤其不适应高速定剪控制; 后者虽然解决了可靠性和高速控制的问题, 但高速计数模块增加了成本。在驱动方面, 虽然对变频器设置了1、2 级加减速时间来降低系统的惯性, 使电机在慢速至爬行时停车, 但系统的精度仍不可能很高, 同时又影响到生产线的效率; 另外电机停车时要用电磁制动器( 电磁抱闸) 来刹车, 而抱闸的响应快慢和电磁制动力大小都会对精度产生影响。
所阐述的高精度交流伺服定剪系统的PLC 控制交流伺服系统, 充分利用了伺服驱动本身所具有的位置控制功能, 充分发挥伺服驱动控制精度高、响应速度快、运转平稳等优点, 用于定剪控制系统中能有效地提高定剪精度和效率 。另外, 数据设定和显示采用触摸屏控制, 简化了设备外围设施, 方便、直观、可靠性高。
1 原理及组成
1. 1 原 理
图1 为交流伺服定剪控制原
控制器对输入的长度设定值进行运算处理后,输出控制信号, 经驱动装置调节和功率放大后驱动交流伺服电机, 伺服电机带动夹送棍主轮使板带移动。同时, 光电编码器将与长度对应的脉冲量反馈至驱动装置, 进行位置控制和速度控制。
1. 2 组 成
控制器采用三菱FX2N32MT 可编程控制器, 通过RS422 通信接口与触摸屏F930G0T 连接, 并通过触摸屏设定定剪长度和板带移动速度; 伺服驱动采用三菱MRJ2S 全数字式交流伺服驱动装置及配套电机, 伺服电机同轴带有增量式光电编码器,
指标为2 500 脉冲/ r, 系统组成如图2 所示。
FX2N32MT 有脉冲输出功能, 通过特定的输出口( Y000、Y001) 输出指定频率及数量的脉冲串。在本系统中, 由Y000 口输出脉冲至MRJ2S 的CN1A端口FP( 正向运动) 引脚, 脉冲频率由PLC 控制。CN1A 端口中还包括! 伺服准备好∀、! 伺服报警∀、 伺服结束∀等信号, 作为PLC 的输入端控制信号; CN1B 端口中包括! 伺服ON∀、! 复位∀ 等信号, 由PLC 输出端控制; 外部开关包括! 系统开∀、! 系统关∀、! 紧停∀等开关输入。编码器脉冲信号反馈至MRJ2S 的CN2 口, 在MRJ2S 中完成位置控制和速度控制, 整个定剪系统的长度控制实际上是位置半闭环的伺服系统。在驱动装置中, 定长指令脉冲与实际长度脉冲进行比较, 经位置调节和速度调节及功率驱动使伺服电机旋转, 拖动板带移动。当实际长度脉冲等于指令脉冲时, 伺服驱动器输出位置到达信号并停止送料, PLC 接收到位置到达信号后执行裁剪和堆垛等逻辑动作
PLC 程序由FXPCS/ WINC 编程软件实现。
图3 为PLC 控制部分梯形图及说
之间采用串行通信, 伺服性能, 如加减速时间、增益等参数可直接在触摸屏中进行设置, 系统调整方便并有故障自诊断功能, 系统的可靠性得到了提高。另外, 系统组成更为简洁, 省去了高速计数模块、单独配置的编码器和电磁制动器, 定剪长度和速度由
触摸屏任意设定, 操作方便、直观。本控制系统可广泛应用于类似生产线的设备改造。
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