方亞梅

（上海電機(jī)學(xué)院，上?！?01306）

基于三菱PLC和電機(jī)精確定位控制

方亞梅

（上海電機(jī)學(xué)院，上海201306）

精確定位控制是工業(yè)控制中最重要的問(wèn)題之一。通過(guò)三菱PLC FX3U能對(duì)步進(jìn)電動(dòng)和伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確定位控制。在GX-Developer軟件平臺(tái)中將電機(jī)控制的梯形圖程序和SFC步進(jìn)順控程序編寫并進(jìn)行調(diào)試檢查，對(duì)實(shí)際應(yīng)用和教學(xué)具有一定的參考價(jià)值。

步進(jìn)電機(jī)；伺服電動(dòng)機(jī)；三菱PLC；GX-Developer

1　電機(jī)位置控制問(wèn)題

位置控制是機(jī)電一體化領(lǐng)域的重要問(wèn)題。位置的精確性取決于控制模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的精度大小。在自動(dòng)化設(shè)備中，可以選用復(fù)雜且成本高的伺服控制系統(tǒng)達(dá)到精確定位的要求，但是對(duì)于定位精度要求高但是運(yùn)動(dòng)相對(duì)較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，可以利用PLC通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)達(dá)到相應(yīng)的位置要求，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。

可編程控制器（PLC）為專用工控機(jī)，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性極高、體積小等顯著優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想工業(yè)控制裝置。其中PLC具有的運(yùn)動(dòng)控制功能，包括對(duì)直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)的控制，適用于工業(yè)過(guò)程控制，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。通過(guò)對(duì)電機(jī)及運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制，配合驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)，達(dá)到精確的位置運(yùn)動(dòng)要求。

本文基于三菱FX3U-16MT的PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的精確定位進(jìn)行探討，并利用GX-developer軟件平臺(tái)編輯和檢查梯形圖和SFC圖。

2　步進(jìn)電機(jī)的定位控制

步進(jìn)電機(jī)的工作原理將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛘咧本€位移，帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。實(shí)際中較常見(jiàn)的一種是步進(jìn)電機(jī)和絲杠連接，將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成工作臺(tái)面的直線運(yùn)動(dòng)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差和成本低廉，因此常作為工控環(huán)境中的動(dòng)力源。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速及角位移，對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行定位控制。正常情況下，脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和角位移?；谄漭敵鼋俏灰普扔谳斎朊}沖數(shù)，轉(zhuǎn)速正比于脈沖頻率的線性關(guān)系，且步進(jìn)電機(jī)只要周期誤差而無(wú)累積誤差的優(yōu)點(diǎn)，利用PLC加驅(qū)動(dòng)器去控制步進(jìn)電機(jī)，可以在低成本的條件下達(dá)到較好的定位效果。而步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)則可以通過(guò)改變繞組通電相序?qū)崿F(xiàn)。

步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)的接線圖如圖1所示。

圖1　步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)的接線圖

要求如下：X0的接通讓步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；按下起動(dòng)按鈕X0，電機(jī)從A點(diǎn)運(yùn)行至B點(diǎn)后停2s再返回A點(diǎn)停下；如圖2所示控制。

圖2　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)位置圖

步進(jìn)電機(jī)負(fù)端驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)要求5V，用24V電源，接電阻限流。電流流出后驅(qū)動(dòng)PLC端口，因?yàn)槎O管I＜20mA，電阻2K+200，所以I=24V/2200Ω≈10mA。

利用三菱PLC編程軟件GX-Developer，將針對(duì)上述問(wèn)題的程序?qū)懭刖幊坦ぞ?。用戶可以在脫機(jī)程序下對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。具體梯形圖程序如圖3所示。

圖3　步進(jìn)電機(jī)定位控制參考程序

3　伺服電機(jī)的精確定位控制

步進(jìn)電機(jī)屬于開(kāi)環(huán)控制，工作臺(tái)的位移完全由電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)決定。而在實(shí)際工作過(guò)程中，步進(jìn)電機(jī)存在失步、因轉(zhuǎn)角不完全精確造成的周期性誤差等因素，不能達(dá)到精確定位控制的要求。伺服電機(jī)一種在伺服系統(tǒng)中控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，屬于補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。這種電機(jī)以電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，位置精度非常精確。相比而言，伺服電機(jī)因?yàn)橛蟹答佈b置，將工作臺(tái)的位置信息反饋至系統(tǒng)輸入端，消除位置誤差，大大提高了定位控制精度。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)為MR-E-100A-KH003，接線圖如圖4所示。圖5位伺服電機(jī)定位位置圖，伺服電機(jī)的尾部裝編碼器，起反饋?zhàn)饔?。工作臺(tái)與絲桿螺距：Pb=10mm。自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程：要求電氣精度達(dá)到0.001mm。

圖4　伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)接線圖

圖5　伺服電機(jī)定位位置圖

利用步進(jìn)順控的方式先確定上述問(wèn)題的流程圖，初始?jí)K用于記憶存儲(chǔ)最近一次的執(zhí)行結(jié)果，防止斷電等原因重啟電機(jī)導(dǎo)致程序執(zhí)行中斷后不能繼續(xù)進(jìn)行。自動(dòng)找尋零點(diǎn)，按照O點(diǎn)，B點(diǎn)，C點(diǎn)，A點(diǎn)然后回到O點(diǎn)的自動(dòng)循環(huán)。在實(shí)際環(huán)境中，有時(shí)候需要手動(dòng)操作到A點(diǎn)，B點(diǎn)，C點(diǎn)，故設(shè)置成如圖6所示的SFC圖。

圖6　伺服電機(jī)電機(jī)控制的參考SFC

利用GX-Developer中的程序檢查功能，再檢測(cè)上述兩個(gè)程序是否有錯(cuò)誤。

［1］胡佳麗，閆寶瑞，等.S72200PLC在伺服電機(jī)位置控制中的應(yīng)用［J］.自動(dòng)化儀表，2009，30（12）：38-41.

［2］李寧.PLC控制伺服電機(jī)準(zhǔn)確定位的方法［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010.

Accurate Positioning Control Based on Mitsubishi PLC and Motor

FANG Ya-mei
（Shanghai Dianji University，Shanghai 201306，China）

Accurate positioning control is one of the most important problems in industrial control.In this paper，through the Mitsubishi PLC FX3U，accurate positioning control can be done on stepper motor and servo motor.In GX-Developer software platform，programming and debugging the motor control ladder diagram program and SFC stepping sequence control has certain reference value for practical application and teaching.

step motor；servo motor；Mitsubishi PLC；GX-Developer

TP211+.4

A

2095-980X（2015）11-0034-02

2015-10-22

方亞梅（1989-），女，安徽績(jī)溪人，碩士，主要研究方向：機(jī)電一體化及數(shù)控機(jī)床。