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-59-》 》科研发展PLC控制伺服电机实现定位控制 中山市技师学院 肖子廉【摘要】随着科学技术的不断发展，各种机械已逐渐得到广泛的应用。PLC在机械的运用中越来越普遍，尤其是在伺服电机的定位控制中。本文主要介绍利用PLC控制伺服电机实现定位的几种方法，并通过深入分析控制系统在实施过程中需要注意的问题，从而提出了控制系统的设计思路及参考方案，为工业生产中定位控制的实现提供了较高的参考价值。【关键词】PLC；伺服电机；定位控制0.引言在工业自动化的生产及加工过程中，通常要准确定位控制机械设备的移动距离或生产工件的尺寸。在定位控制中，关键便是实现对伺服电机的控制。由于PLC体积。煽啃愿，抗干扰能力强，是一种专门应用于工业的控制计算机，因而其能有效实现机电一体化的控制。PLC的有效运用，给工业带来了巨大的经济效益的同时，也为工业技术的发展奠定了良好的基础。1.PLC旋转编码器及高速计数器指令控制三相交流异步伺服电机实现定位控制1.1 控制系统的工作原理PLC的旋转编码器与高速计数器的联合运用能有效进行长度测量和精确定位控制，其中，高速计数器在不增加特殊功能单元的情况下，就能准确计算出小于PLC主机扫描周期脉宽的高速脉冲，而PLC的旋转编码器则可以将电机轴上的角位移有效转换成脉冲值。在此种控制系统中，其原理为利用光电旋转编码器将电机角位移转换成脉冲值后，高速计数器将编码器发出的脉冲个数进行统计，进而达到定位控制的目的[1]。1.2 控制系统的设计方案本文以定位电机传输带的控制设计为例。假设传输带现要将货物运送到距离为20cm的终点，且货物到达终点后，电机停止工作。在此系统中，硬件设施主要包括PLC、三相交流异步伺服电机、光电旋转编码器以及变频器等，其工作原理是将光电旋转编码器的机械轴连接由三相交流异步伺服电机拖动的传动辊，通传动辊的转动，带动机械轴转动，从而将脉冲信号输出，并利用PLC的高速计数器指令计数产生的脉冲个数，此时，如果计数器的值与预置值相等时，电动机便由变频器控制停止工作，进而准确定位控制传输带的运行距离。在此控制系统中，传输带运行20cm过程中，光电编码器产生的脉冲个数即为高速计数器的预置值，脉冲个数与传动辊直径、光电编码器的每转脉冲数以及传输带的运行距离等均有着直接关系。其中，脉冲数的计算公式为：脉冲数=[(传动辊直径×π÷(脉冲数/转)] ×传送带运行距离。2.PLC高速脉冲指令控制步进伺服电机实现定位控制2.1 控制系统的工作原理步进伺服电机由于成本低廉、控制简便、定位精度高以及无累积误差等，因而广泛应用于工业控制中的精确定位场合中。步进电机在工业生产中多与丝杆等机械进行连接，从而实现旋转运动向工作台面的直线运动的转变。其中，控制控制步进电机的角位移大小和转速便可定位控制工作台面的移动距离。PLC高速脉冲指令控制步进伺服电机实现定位控制的本质为PLC通过高速脉冲输出指令PTO/PWM进行高速脉冲信号的输出，再通过步进伺服电机的脉冲细分驱动器对步进电机的运行进行有效控制，进而将工作台移动到指定的工作位置，完成定位工作。在该控制系统中， 设定PLC产生的脉冲数为定位工作的关键，其中，脉冲数值受到脉冲当量、步进电机驱动器的细分数、传动速比以及脉冲频率等参数的直接影响[2]。2.2 控制系统的设计方案本文以定位控制货物仓储系统中的直线导轨的设计为例。假设在仓储系统中，步进电机需将材料以直线导轨的拖动形式拖至距离为200mm的目的地。为了进行准确的定位，该系统采用的设备有型号为CPU226的PLC、混合式的步进伺服电机以及步进电机驱动器等。其中，采用的PLC的CPU包含Q0.0端子和Q0.1端子两个脉冲发生器，且均可输出脉冲频率高达20kHz的PTO/PWM高速脉冲信。系统根据控制要求需采用高速脉冲串输出PTO功能。PTO功能可以满足多个脉冲串进行排队输出，从而形成单段和多段两种流水线。在此定位控制系统中，需将步进电机细分驱动器的脉冲细分数设定为4，驱动步距角为0.9度/1.8度，从而实现电机低频振荡的消除和分辨率的有效提高。步进电机的运行为了满足定位精度及速度的要求，需经历启动加速、恒速运行以及接近定位点时的减速运行这三个过程。此外，为了保障电机及驱动设备的有效运行，驱动脉冲频率也必须进行线性增大，因而此定位控制系统采用多管线的操作方式来实现步进电机运行过程的控制。2.3 控制系统的注意事项(1)严格选择PLC的类型。在选择PLC时，需满足以下两点要求：一是其输出形式必须为可以输出高速脉冲的晶体管形式，二是输出的脉冲频率大小必须满足系统控制的要求。(2)仔细选择步进电机的脉冲细分驱动器以及严格设置其参数。(3)在选择步进电机时，首先要考虑其类型的选择，在根据系统要求的基础上，对步进电机的电流值、电压值及使用螺栓机构等定位装置的确定，从而确定其拍数和相数。其次便是综合考虑速比、额定转矩、负载转矩、轴向力以及运行频率等，通过对步进电机规格及控制装置的确定从而选择合适的步进电机品种[3]。(4)严格计算脉冲当量。3.结语综上可知，随着我国各项技术的不断进步，主要运用于数据处理与网络通信的PLC技术已经取得了较快的发展。PLC、旋转编码器以及伺服电机等组成的定位控制系统由于具备结构简单、易于实现且高性价比等一系列优点，因而在工业生产及军事领域得到了广泛地应用，并为其以后的长远发展提供更好的技术支持。参考文献[1]蒋景强.伺服电机控制技术的发展应用[J].中国高新技术企业,2012(20):158-160.[2]张丽萍,李卫民,孙洪哲.PLC伺服电机和触摸屏在模内自动贴标机中的应用[J].辽宁工业大学学报(自然科学版),2011(03):252-254.[3]苗涛,曹云东.利用PLC模拟量控制伺服电机转速[J].科技信息(科学教研),2011(07):39-41.(上接第49页)串行控制器认为接下来的8个时钟(SCLK)的上升沿对应的是下一个通信周期的指令字，这一点对保持通信的同步十分有益。4.2.3 串行传送数据的使能所有输入AD9959的数据在时钟上升沿写入，而所有从AD9959输出的数据则在时钟下降沿读出。由串口传送的数据首先被写入I/O缓存中,而只有当这些数据被写入寄存器组后，AD9959才能完成相应的功能。传送过程的完成通过以下两种方式进行：(1)通过内部更新信号完成，这时数据的传送是自动的；(2)通过外部更新信号完成，这时数据的传送由用户完全控制；用户通过对 AD9959的第46脚(IO_UPDATE)的操作来完成。这时将IO_UPDATE引脚与外部控制信号相连，由外部控制单元的频率更新信号来完成更新。要让AD9959工作，需要先对AD9959进行初始化。当片选/CS信号为低时，数据在SCLK控制下从串行输入口SDIO_0对AD9959进行初始化，包括写通道选择寄存器CSR、功能寄存器FR1、功能寄存器FR2、通道功能寄存器CFR、通道频率控制字CTW0及相位控制字CPW0、振幅控制寄存器ACR、LSR、RDW和FDW等，如果不对相应的寄存器初始化，那么各寄存器的初值则按默认值设置(具体值详见AD9959数据手册)。由于AD9959的复位信号是高电平有效，因此将DSP的复位信号经过反相后连接到AD9959的复位引脚Reset,使两芯片可以同时上电复位。5.结束语本文介绍的利用DSP控制DDS芯片AD9959来实现快速跳频频率合成器的设计已在实际应用中取得了成功。实验表明，AD9959具有分辨率高，转换速度快，体积。低彻ぷ魑榷，使用方便等特点。通过DSP的控制，可以广泛地应用在通信、导航、制导等电子系统中。DDS构成的频率合成器必将成为快速跳频通信系统频率合成器的主流。参考文献[1]http://www.analog.com/AD9959 DataSheet.pdf[2]http://www.ti.com/TMS320VC33.pdf[3]http://www.ti.com/TMS320C3x User’s Guide.pdf作者简介：岳超峰（1978—），男，工程师，现供职于陕西凌云电器集团有限公司设计所，主要从事复杂数字信号处理、接口控制方面的应用与开发。范以训（1981—），男，工程师，现供职于陕西凌云电器集团有限公司设计所，主要从事数字电路设计方面的应用与开发。