PLC控制伺服電機準確定位的方法

在自動(dòng)化生產(chǎn)、加工和控制過(guò)程中，經(jīng)常要對加工工件的尺寸或機械設備移動(dòng)的距離進(jìn)行準確定位控制。這種定位控制僅僅要求控制對象按指令進(jìn)入指定的位置，對運動(dòng)的速度無(wú)特殊要求，例如生產(chǎn)過(guò)程中的點(diǎn)位控制(比較典型的如臥式鏜床、坐標鏜床、數控機床等在切削加工前刀具的定位)，倉儲系統中對傳送帶的定位控制，機械手的軸定位控制等等。在定位控制系統中常使用交流異步電機或步進(jìn)電機等伺服電機作為驅動(dòng)或控制元件。實(shí)現定位控制的關(guān)鍵則是對伺服電機的控制。由于可編程控制器(PLC)是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種工業(yè)控制計算機，具有抗干擾能力強、可靠性極高、體積小等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現機電一體化的理想控制裝置。本文旨在闡述利用PLC控制伺服電機實(shí)現準確定位的方法，介紹控制系統在設計與實(shí)施中需要認識與解決的若干問(wèn)題，給出了控制系統參考方案及軟硬件結構的設計思路，對于工業(yè)生產(chǎn)中定位控制的實(shí)現具有較高的實(shí)用與參考價(jià)值。

　　1 利用PLC的高速計數器指令和旋轉編碼器控制三相交流異步電機實(shí)現的準確定位

　　1.1 系統工作原理

　　PLC的高速計數器指令和編碼器的配合使用，在現代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制中可實(shí)現精確定位和測量長(cháng)度。目前，大多數PLC都具有高速計數器功能，例如西門(mén)子S7-200系列CPU226型PLC有6個(gè)高速計數器。高速計數器可以對脈寬小于PLC主機掃描周期的高速脈沖準確計數，不需要增加特殊功能單元就可以處理頻率高達幾十或上百kHz的脈沖信號。旋轉編碼器則可以將電動(dòng)機軸上的角位移轉換成脈沖值。

　　利用PLC的高速計數器指令和編碼器控制三相交流異步電機實(shí)現的準確定位控制系統，其原理是通過(guò)與電動(dòng)機同軸相連的光電旋轉編碼器將電機角位移轉換成脈沖值，經(jīng)由PLC的高速計數器來(lái)統計編碼器發(fā)出的脈沖個(gè)數，從而實(shí)現定位控制。

　　1.2 設計與實(shí)施

　　以對傳輸帶的定位控制設計為例加以說(shuō)明?，F需要用傳輸帶運送貨物，從貨物運送起點(diǎn)到指定位置(終點(diǎn))的距離為10 cm?，F要求當傳輸帶上的貨物運行10 cm后，傳輸帶電機停止運行。該系統硬件設置主要包括西門(mén)子S7-200CPU226型PLC、傳輸帶電機(三相交流異步電機)、OMRON的E6A2-CW5W光電旋轉編碼器、松下VFO系列BFV00042GK變頻器等。該系統的工作原理是將光電編碼器的機械軸和傳動(dòng)輥(由三相交流異步電機拖動(dòng))同軸相連，通過(guò)傳動(dòng)輥帶動(dòng)光電編碼器機械軸轉動(dòng)，輸出脈沖信號，利用PLC的高速計數器指令對編碼器產(chǎn)生的脈沖(采用A相脈沖)個(gè)數進(jìn)行計數，當高速計數器的當前值等于預置值時(shí)產(chǎn)生中斷，經(jīng)變頻器控制電動(dòng)機停止運行，從而實(shí)現傳輸帶運行距離的準確定位控制。很顯然，該控制系統中實(shí)現準確定位控制的關(guān)鍵是對PLC的高速計數器的預置值進(jìn)行設置，高速計數器的預置值即為傳輸帶運行10 cm時(shí)光電編碼器產(chǎn)生的脈沖數。該脈沖數值與傳輸帶運行距離、光電編碼器的每轉脈沖數以及傳動(dòng)輥直徑等參數有關(guān)。該脈沖數可以通過(guò)實(shí)驗測量也可通過(guò)計算得出。計算得出傳輸帶運行10 cm對應的脈沖數為：

　　脈沖數=[(傳動(dòng)輥直徑(mm)×π÷(脈沖數/轉)]×傳送帶運行距離(mm)

　　該系統通過(guò)計算得出脈沖數為100，則高速計數器的預置值即為100。參考程序如圖1所示。

　　在子程序中，將高速計數器HSC0設置為模式1，即單路脈沖輸入內部方向控制的增/減計數器。無(wú)啟動(dòng)輸入，使用復位輸入。系統開(kāi)始運行時(shí)，調用子程序HSC_INIT，其目的是初始化HSC0，將其控制字節SMB37數據設置為16#F8，對高速計數器寫(xiě)入當前值和預置值