基于三菱PLC的伺服电机控制系统设计
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基于三菱PLC的伺服电机控制系统设计
Design of Servo Motor Control System Based on MITSUBISHI PLC
胡志刚H U Z hi-gang
(天津职业技术师范大学自动化与电气工程学院，天津300222;江苏工程职业技术学院，南通226007)
(Automation Department,Tianjin University of Technology and Education,Tianjin300222, China；
Jiangsu College of Engineering and Technology，Nantong226007，China)
摘要：设计了一种基于三菱PLC的伺服电机控制系统,详细介绍了该控制系统的电气原理图设计、触摸屏控制界面制作、伺服驱 动器的参数设置、PLC的程序设计等。实践表明，用PLC直接控制伺服电机具有系统结构简单、运行可靠、扩展性强，具有较好的实用
价值。
Abstract:The design of a servo m otor control system is based on M ITSUBISHI PLC,and this paper introduces the electrical principle diagram design,the touch screen control interface making,ser^^o driver parameters,PLC program design.The practice shows that the direct control of the ser^^o m otor with PLC has the advantages of simple structure,reliable operation,strong expansibility and good practical value.
关键词：三菱PLC;伺服电机控制系统;触摸屏
Key words:M ITSUBISHI PLC;servo m otor control system;touch screen
中图分类号:TH138 文献标识码:A文章编号：1006-4311(2017)05-0080-02
〇引言
随着PLC技术、变频技术和伺服控制技术的迅猛普 及和推广，以步进电机和伺服电机为执行元件的定位控制 技术在工业生产中得到了越来越广泛的应用。伺服电机不 但能够实现精准的速度控制，而且能够实现精准的角度 (位置）控制，具有较强的动态特点11]。本文利用PLC脉冲 输出端□直接控制伺服电机的运动，设计了电气原理图，PLC的主要控制程序等，该系统能与PLC为主控制器的 生产设备实现良好的对接，具有较好的实用价值。
1伺服电机控制系统组成及控制要求
本文伺服电机控制系统由PLC、伺服驱动器、伺服电 机、触摸屏以及一套单轴运动执行机构组成，系统组成如 图1所示。
图1伺服电机控制系统组成示意图
控制要求：设计触摸屏控制界面，有手动控制与自动 控制界面。手动控制时，按下正向或反向点动按钮，伺服电 机能够正向或反向点动运行。自动控制时，按下自动按钮，伺服控制系统首先回原点，然后执行多点定位控制，每到 达一点，停留1秒，反复循环。按下停止按钮，伺服电机停 止运行。
2伺服电机PLC控制系统硬件设计
2.1控制系统主要设备选型
2.1.1 PLC的选用
由于直接由PLC控制伺服驱动器，因此PLC的输出 类型必须为晶体管输出型，本文选择三菱公司FX3U-32M T 作者简介：胡志刚（1978-)男，江苏南通人，讲师/高级技师，在职研究生，主要从事P L C方面的科研和教学工作。型的PLC，具有原点搜索的功能指令，并且内置独立3轴 最高100KHz的定位功能，可以同时控制3个轴的运动，完全满足伺服控制系统的定位控制要求。
2.1.2伺服驱动器及电机的选用
本文选用三菱MR-J3-10A型伺服驱动器及配套HF- KP13型的伺服电机。MR-J3系列伺服驱动器是在MR-J2
系列基础上开发出来的，其动态响应过程更快，位置跟随 更好，可连接FX系列PLC及脉冲发生器和定位模块。
2.1.3触摸屏的选用
本文选用三菱GT10系列触摸屏，该系列触摸屏支持 FA透明传输功能，与三菱PLC连接时，可进行PLC程序
的读取、写入、监控等。GT10与PLC通讯接□按机型不同 分为 RS232、RS422、USB，传输速率可达 115.2kbps。
2.2 PLC控制系统输入输出分配表
为了避免伺服执行机构在前进或后退过程中的越程 故障，设置两个位置开关进行限位保护。执行原点回归指 令需要1个接近开关，因此需要3个输入点。PLC的输出 信号主要是脉冲和方向信号，需要2个输出点。输入输出 点的具体分配见表1所示。
表1PLC输入/输出分配表
输入端输入端
输入设备PL C输入输出设备PLC输出正转限位开关X0脉冲信号Y0
反转限位开关X1方向信号Y1原点开关X2
2.3控制系统电气原理图设计
控制系统电气原理图设计如图2所示。考虑到设备在 使用过程中的安全性，防止执行机构越程导致设备损坏，在执行机构两端设置极限开关，分别是SQ1、SQ2，将常闭 触点接至伺服驱动器正反转限位端□(LSP、LSN)，常开触 点接至PLC的输入端口。SQ3是原点开关，执行原点回归
指令时使用。
Value Engineering? 81?
表2伺服驱动器参数设置
序号参数编号参数名称设置值功能
1PA01控制模式0000H位置控制
2PA05伺服电机运转一圏所需脉冲数60006000PULSE/圈
3PA08自动调谐模式0001H在线自动设定
4PA09自动调谐响应12值越大，响应越快
5PA13脉冲输入形式0001H脉冲串+方向
6PD01输入信号自动O N选择0004H伺服O N内部自动接通
SB
图2伺服电机PLC控制系统电气原理图
3伺服驱动器参数设置
此系统中伺服驱动器工作于位置控制模式，FX3U-32MT的Y0输出脉冲作为伺服驱动器的位置指
令，Y1输出作为伺服驱动器的方向指令。采用自动增益调 整模式。根据以上要求，伺服驱动器参数设置如表2所示。
4伺服电机PLC控制系统软件设计
4.1触摸屏画面设计
多点定位控制采用绝对位置指令DRVA来完成，程 序设计如图4所示。触摸启动按钮M3时，以D10的设定 速度运行，K5500个脉冲量表示目标位置对于原点位置的 距离。由于M8029是脉冲输出结束信号，并不是伺服电机 运行结束信号。因此在M8029接通时驱动一定时器，适当 延时让滞留脉冲减少到位范围内伺服电机停止后再去驱 动下一条定位指令，以提高定位控制精度[2]。
采用三菱触摸屏作为伺服控制系统的人机界面。手动 控制画面设置正转点动、反转点动位开关，分别与PLC辅
助继电器M0、M1对应。自动控制界面设置回原点、启动、停止位开关，分别与PLC辅助继电器M2-M4对应，放置 自动运行速度数值输入元件，与PLC的数据存储器D10 对应。
4.2 PLC主要控制程序设计
4.2.1原点回归的程序设计
原点回归采用ZRN指令来实现，程序设计如图3所 示。触摸回原点开关M2时，伺服电机以原点回归速度（频 率为12000HZ)向原点回归，当原点开关由OFF变为ON 时，伺服电机以爬行速度（频率为2000HZ)继续运行，当原 点开关由ON变为OFF时，该指令执行完毕，M8029接通，为执行多点定位程序做好准备。
44 46
M2
Hh-
M10
H I—
X001
------------
M8029
--------------------SET M10 ■
DZRN K12000 K2000 X002 Y000
-------------------RST M10
--------------------SET M11
图3原点回归的程序设计
4.2.2多点定位控制的程序设计
68
72
M11 M3
HI----lh
M12
Hf—|-----
M8029
T0
Hh
-------------------SET M12
-------------------RST M11 —
DDRVA K5500 D10 Y000 Y001
K10
-------------------------T0
-------------------LRST M12
-------------------I.SET M13
图4多点定位的程序设计
5结语
本文介绍的伺服电机控制系统采用PLC控制，具有
结构简单、成本低、编程简单、运行精度高等优点，能够满
足精度要求较高的应用场合[3]。该系统能与PLC为主控制
器的生产设备实现良好的对接，在执行机构上增加一些气
动元件，如气缸、真空吸盘等，可完成物料的搬运等任务，
此系统运行稳定、经济性好，具有较好的实用价值。
参考文献：
「11王家乐.PLC控制伺服电机的应用设计探讨「J1.山东工业技
术,2016(3): 163.
「2]李金城，付明忠.三菱FX系列PLC定位控制应用技术「M1.
电子工业出版社，2014.
「3]林杰文.基于PLC的伺服电机运动控制系统设计「J1.机电
技术，2015 (
10)20-23.