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如何用PLC来准确控制伺服电机定位
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利用PLC的高速计数器指令和旋转编码器控制三相交流异步电机实现的准确定位
1.1 系统工作原理
PLC的高速计数器指令和编码器的配合使用，在现代工业生产自动控制中可实现定位和测量长度。目前，大多数PLC都具有高速计数器功能，例如西门子 S7-200系列CPU226型PLC有6个高速计数器。高速计数器可以对脉宽小于PLC主机扫描周期的高速脉冲准确计数，不需要增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百kHz的脉冲信号。旋转编码器则可以将电动机轴上的角位移转换成脉冲值。
利用PLC的高速计数器指令和编码器控制三相交流异步电机实现的准确定位控制系统，其原理是通过与电动机同轴相连的光电旋转编码器将电机角位移转换成脉冲值，经由PLC的高速计数器来统计编码器发出的脉冲个数，从而实现定位控制。
1.2 设计与实施
以对传输带的定位控制设计为例加以说明。现需要用传输带运送货物，从货物运送起点到指定位置(终点)的距离为10 cm。现要求当传输带上的货物运行10 cm后，传输带电机停止运行。该系统硬件设置主要包括西门子S7-200CPU226型PLC、传输带电机(三相交流异步电机)、OMRON的E6A2- CW5W光电旋转编码器、松下VFO系列BFV00042GK变频器等。该系统的工作原理是将光电编码器的机械轴和传动辊(由三相交流异步电机拖动)同轴相连，通过传动辊带动光电编码器机械轴转动，输出脉冲信号，利用PLC的高速计数器指令对编码器产生的脉冲(采用A相脉冲)个数进行计数，当高速计数器的当前值等于预置值时产生中断，经变频器控制电动机停止运行，从而实现传输带运行距离的准确定位控制。很显然，该控制系统中实现准确定位控制的关键是对PLC的高速计数器的预置值进行设置，高速计数器的预置值即为传输带运行10 cm时光电编码器产生的脉冲数。该脉冲数值与传输带运行距离、光电编码器的每转脉冲数以及传动辊直径等参数有关。该脉冲数可以通过实验测量也可通过计算得出。计算得出传输带运行10 cm对应的脉冲数为：
脉冲数=[(传动辊直径(mm)×π÷(脉冲数/转)]×传送带运行距离(mm)
该系统通过计算得出脉冲数为100，则高速计数器的预置值即为100。
2.2 设计与实施
以货物仓储系统中的对直线导轨的定位控制设计为例加以说明。在仓储系统中，要求由步进电机拖动直线导轨将料块送到指定的仓库门口。假设从起点到终点的运送距离为100 mm，即要求由步进电机带动导轨作直线运动，定位距离为100 mm。为实现准确定位，系统采用西门子S7-200系列CPU226型PLC、四通57BYG250C混合式步进电机和森创SH-20403步进电机驱动器等设备。其中CPU226型PLC的CPU有两个脉冲发生器，分别是Q0.0端子和Q0.1端子。这两个端子均可输出PTO/PWM高速脉冲信，脉冲频率可达20 kHz。根据控制要求，系统拟采用高速脉冲串输出PTO功能，PTO功能可输出一定脉冲个数和占空比为50%的方波信号。输出脉冲的周期以μs或ms为增量单位。PTO功能允许多个脉冲串排队输出，从而形成流水线。流水线分为两种：单段流水线和多段流水线。
2.3 控制系统在设计与实施过程中的注意事项
(1)PLC类型的选择。首先，PLC必须是可以输出高速脉冲的晶体管输出形式。其次，PLC输出*高脉冲频率大小必须满足控制要求。
(2)步进电机脉冲细分驱动器的选择及参数设置。
(3)步进电动机的选择。首先考虑的是步进电动机的类型选择，其次才是品种选择，根据系统要求，确定步进电动机的电压值、电流值以及有无定位转矩和使用螺栓机构的定位装置，从而就可以确定步进电动机的相数和拍数。在进行步进电动机的品种选择时，要综合考虑速比i、轴向力F、负载转矩Ti、额定转矩TN和运行频率fy，以确定步进电机的具体规格和控制装置。
3 利用PLC的其他方式实现的准确定位
3.1利用PLC的EM253模块实现的准确定位
EM253位控模块是S7-200的特殊功能模块，它能够产生脉冲串，用于步进电机和伺服电机的速度和位置开环控制。它与S7-200系列PLC通过扩展的I/O总线通讯。它带有八个数字输出，在I/O的组态中作为智能模块，可提供单轴、开环移动控制所需要的功能和性能。提供高速控制，12～200 000脉冲/s。STEP7-Micro/WIN为位置控制模块的组态和编程提供了位置控制向导，可以生成组态/包络表和位置控制指令，配置EM253的运动参数、运动轨迹包络等。
3.2利用PLC的PID指令及软、硬件配合实现准确定位
例如在气缸定位控制系统中，由PLC、电磁阀、光栅尺、气缸组成一个闭环控制系统。其中PLC作为控制运算中心，光栅尺作为检测装置检测气缸活塞移动量，并将检测结果通过PLC的模拟量输入端子反馈到PLC内部，与设定值比较，并进行PID调节，PID运算结果通过PLC的继电器输出接口驱动交流或直流电磁阀，由电磁阀的开关改变气缸活塞移动的流量，使气缸准确运动到目标位置，达到准确定位的目的。
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