PLC控制伺服电机应用设计

PLC控制伺服电机应用设计

王卫平 

江苏岱洛医疗科技有限公司  215000

摘要：现代伺服系统技术集成许多先进技术，如电机、计算机、电子、自动控制、精密加工、新材料、新技术等,使其成为现代武器和工业自动化的必要和重要技术。伺服电机与控制器是电机运作的主要部件。电机运作所需的参数由伺服电机设置，以满足伺服电机控制要求。在此基础上，本文将探讨基于PLC伺服电机控制原理的PLC伺服电机应用设计，供相关人员参考。

关键词：PLC技术；伺服电机；应用设计

引言：随着微控制器技术、电子工程、材料技术和电机控制理论的进步，驱动技术逐渐从固定驱动转向交流驱动，因此伺服系统的研究重点从固定伺服系统转向交流伺服系统。除了速度控制功能外，还需要位置、加速度和转矩控制，其动态财产通常高于传统变频电机。因此，有必要研究PLC控制伺服电机的应用设计，以提高实际伺服电机的工作效率。

一、PLC控制伺服电机原理

    与传统电机相比，伺服电机主要用于精确定位。但是，伺服电机也有两个运作系统，分别为速度控制和功率控制，但使用过程中了解这两个系统的较少。速度的调节通常是用频率适配器来完成的。伺服电机用于控制速度，通常是速度控制或功率控制。与变频器相比，伺服电机可以达到数千毫米的速度。伺服电机停止时，速度恒定。扭矩通常用于控制伺服电机产生的扭矩。通过对上下传输设备的控制，独立设备通常可以被视为模拟控制的变频器。伺服电机的主要应用是位置控制。系统管理涉及两个物理变量、组件和系统的管理。相反，它会监控服务到达特定位置的速度并相应地停止。伺服电机通过接收频率和脉冲来控制伺服电机的功率和转速。例如，建议发动机每 10,000 转转一圈。 PLC每分钟发送10,000个脉冲，而伺服电机每分钟发送1个脉冲。如果PLC控制伺服电机可以在每秒内向10000个设备传输指令，那其将会构建出一个循环传输通道。甚至 PLC 也使用脉冲控制来控制伺服电机。脉冲优选地从晶体管输出发送，例如在PLC中。这种方法使用与自动化通信，PLC 脉冲的大小和频率从控制器中层传输至接收层。例如PROFIBUS DP CANopen、Mechantronic II、EtherCAT等[1]。

二、PLC控制设计核心

    （1）分析控制要求。根据设备运作的技术要求，电气控制的主要目的是提高质量和效率。因此，在设计PLC控制系统时，有必要了解运作系统的控制要求。应明确考虑技术流程的扩展和目标的实现、输入和输出逻辑之间的兼容性、数据存储要求以及模拟和数字容量管理要求。（2）识别用户的I/O设备。识别用户设备的I/O端口是PLC控制系统的关键。根据控制要求，确定用户输入设备（控制开关、限制器、按钮、传感器等）和输出设备，以及输出设备控制的控制对象，计算输入/输出点总数。然而，在扩张和控制之前，必须考虑某些条件。设置PLC I/O点。（3）选择PLC。首先，可靠性原则要求关注以下三个方面：①PLC产品质量；②重大事件的可靠性要求；③备份配置。（4）开发原理：PLC技术的快速发展缩短了PLC技术的寿命。在许多情况下，由于过时的技术，PLC不得不停产。因此，应注意开发原则，尽可能掌握新的PLC模型，做好系统配置，留出开发空间。其次，根据经济原理，PLC系统的选择和配置最终取决于其生产优势，因此在系统设计中，重要的是要注意使用PLC是否有利，以及是否可以用另一种类型替代。让他们适应并更有效地使用它。最后，继承原则。继承必须考虑SPS的历史。如果可能，请选择需要新系统配置时要使用的制造商或型号。因此，可以共享多个PLC资源，节省设备投资，并促进未来的维护和维修[2]。

三、PLC控制伺服电机应用设计

1.控制系统设计

    控制系统的设计包括两个主要方面：软件开发和硬件开发。要充分利用PLC，需要确保它们的连接是互补的。使用PLC时，软件开发是一项重要工作。必须有一个程序来实现PLC控制。没有软件，PLC无法提供必要的控制。PLC编程步骤通常如下：

    （1）对于每个控制系统，有必要绘制整个控制系统的流程图，说明不同操作之间的关系。（2）绘制接线图。接线设计是PLC控制中最重要和最复杂的步骤。接线设计需要管理要求知识和实践经验。梯形PLC电路的设计必须正确、可靠、简单且易于更换。（3）将Conductor程序转换为相关命令列表。（4）使用编辑器在PLC中编写程序并检查其准确性。如果程序出现问题，则必须进行更改，直到满足控制要求。

    材料设计是确保PLC安全可靠运行的主要部分，包括电路连接、抗干扰设计等。抗干扰设计是最重要的部分。PLC控制系统通常采用以下三种抗干扰设计方法：（1）PLC控制系统中的隔离分布式电容产生高频干扰。对抗这种疾病最直接的方法是隔离。提供1:1避雷针以隔离干扰。（2）接线：断开弱信号路径与高电流路径的连接，将干扰与源隔离，达到干扰保护的目的。（3）屏蔽：主柜可保护静电和磁场。因此，为了避免干扰传播，PLC控制系统可以放置在金属控制柜内，提高系统的抗干扰能力

[3]。

2.系统结构

    经过全面审查，确定项目系统的架构。该系统主要由电源、主控和执行三部分组成。（1）电源：AC220V电源管理提供电源。DC24V开关电机为PLC和信号源伺服控制提供电源。（2）控制单元：PLC负责传输控制信号。伺服电机执行闭环伺服电机控制，快速准确地响应各种通信并随时间处理信号。（3）驱动部件：该部件由机器和执行机器工作所需的设备控制。电机的运行状态由闭环编码器和控制器中的反馈控制，机械部件可由反馈传感器和PLC控制器控制。

3.数字交流伺服

   数字交流伺服具有较高的控制性，同时其具有以下特点：设计精良的微机控制系统，大大降低控制系统的材料成本；系统的高可靠性；系统稳定性好；非常精确的系统；没有传感器控制。位置控制的主要工作是确保设备准确执行位置指令。可调尺寸通常是空间负载的移动。如果数量变化是随机的，系统允许精确量化监控数量。图形可以是对角线或线性的。因此，位置控制必须是形成位置控制回路的反馈控制系统。速度设定点信号和速度设定点信号与来自位置检测器的偏航信号相同。偏航信号由内置比例速度环控制器调节，产生电流控制信号。SP-WM在电流环矢量转换后产生扭矩驱动交流伺服电机。位置控制的精度由编码器在每个周期产生的脉冲数控制。该系统使用增量光学编码器。端口SRV由PLC输出继电器控制，该继电器控制方向舵的启动和停止。PULS2是指令脉冲输入，SING2是方向信号输入。PLC发送校准信号以控制服务器的步长和方向。

4.增益设计

    使用伺服电机时，电机应按照说明运行，无延迟或错误。因此，必须调整加强措施。增益设置分为自动设置和手动设置。（1）20倍负载：机器及其接头（电气负载）的连接应具有较高的机械刚度。齿轮与其他设备的距离较小，偏心载荷应小于额定扭矩的1/4。对于组合负载，扭矩应小于标称扭矩的1/4。发动机机械故障，没有振动（起动），逆时针转动两圈和逆时针转动两圈应该没有问题。（2）钢筋配合与机械刚度之间的关系。增加机械刚度[4]。

结束语：总而言之，根据本文的描述，伺服电机的实际应用可以有效提高效率和经济效率。该系统的实施基于技术设备。完整的伺服系统由控制器、通信网络、驱动器、电机、驱动器和传感设备组成。控制器，相当于一个人的大脑，用于分析各种输入信号（命令和反馈等）；通信网络Sercos、DeviceNet等的接口相当于人的神经系统。驱动器充当操作核心，增加驱动电机的控制信号功率：电机相当于一只手，手中的生产工具是伺服驱动的中间机构（如滚珠丝杆）。它将电机的旋转运动转换为直线运动）。

参考文献：

[1]冯玉洁,杨晓冬,陆春林.基于西门子S7-300 PLC的伺服电机运动控制系统设计[J].变频器世界,2022,000(007):111-114.

[2]张瑞林．基于PLC的伺服电机机械张力智能控制系统设计[J]．现代工业经济和信息化,2021,011(6):67-69.

[3]李涛,仵晨,李鑫,唐静媛,杨军良.基于PLC的伺服电机运动控制系统设计[J].软件,2021,42(3):145-148.

[4]王晓瑜.基于PLC与HMI的伺服电机运动控制系统设计与实现[J].自动化与仪表,2022,37(7):31-34.