如何通过PLC控制伺服电机的正反转及定长控制？

1.1. 实训目标
1． 职业技能：掌握伺服驱动器的配置和伺服电机的使用方法
2． 职业知识：了解本课程的学习的主要内容，掌握伺服电机的工作原理和学习PLC控制伺服电机的控制程序和锻炼学生的动手能力。
3． 职业道德：培养学生对的认知分析能力，并能从硬件到软件的过渡，认识课程学习与职业岗位的关系，通过本课程的学习能够获得那些专业知识和技能。
1.2. 实训内容
1． 伺服电机的基本概念
2． 伺服驱动器和伺服电机的接线方法
3． 伺服驱动器的参数配置
4． 通过PLC控制伺服电机的正反转及定长控制
1.3. 预备知识
1.3.1伺服电机的介绍
伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。
伺服电机的作用是将输入的电压信号（即控制电压）转换成轴上的角位移或角速度输出，在自动控制系统中常作为执行元件，所以伺服电动机又称为执行电动机，其最大特点是：有控制电压时转子立即旋转，无控制电压时转子立即停转。转轴转向和转速是由控制电压的方向和大小决定的。伺服电动机分为交流和直流两大类。
交流伺服电机基本结构：交流伺服电机主要由定子和转子构成。
定子铁心通常用硅钢片叠压而成。定子铁心表面的槽内嵌有两相绕组，其中一相绕组是励磁绕组，另一相绕组是控制绕组，两相绕组在空间位置上互差90°电角度。工作时励磁绕组f与交流励磁电源相连，控制绕组k加控制信号电，结构图如图1-1所示。





图1-1 交流伺服电机结构图
1.3.2伺服电机原理介绍
交流伺服电机在没有控制电压时，气隙中只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子上没有启动转矩而静止不动。当有控制电压且控制绕组电流和励磁绕组电流不同相时，则在气隙中产生一个旋转磁场并产生电磁转矩，使转子沿旋转磁场的方向旋转。但是对伺服电动机要求不仅是在控制电压作用下就能启动，且电压消失后电动机应能立即停转。如果伺服电动机控制电压消失后像一般单相异步电动机那样继续转动，则出现失控现象，我们把这种因失控而自行旋转的现象称为自转。
为消除交流伺服电机的自转现象，必须加大转子电阻r2，这是因为当控制电压消失后，伺服电机处于单相运行状态，若转子电阻很大，使临界转差率sm>1，这时正负序旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性曲线以及合成转矩特性曲线如图所示。由图中可看出，合成转矩的方向与电机旋转方向相反，是一个制动转矩，这就保证了当控制电压消失后转子仍转动时，电动机将被迅速制动而停下。转子电阻加大后，不仅可以消除自转，还具有扩大调速范围、改善调节特性、提高反应速度等优点，原理图如图1-2所示。





                                           图1-2 原理图














1.4.5程序设计
1）打开博图软件新建工程，设备参数参照图1-4进行配置。
（CPU：1214C DC/DC/DC ，订货号：6ES7 214-1AG40-0XB0）





图1-4 PLC参数配置
2）系统和时钟存储器参数配置如图1-5所示。
（启用系统存储器字节、启用时钟存储器字节项打钩）





图1-5 系统和时钟存储器参数
3）脉冲发生器（PTO/PWM）常规参数配置，在“启用该脉冲发生器”项打钩，如图1-6所示。





图1-6 脉冲发生器参数配置（常规）
4）脉冲发生器（PTO/PWM）参数分配，在“信号类型项”选择“PTO（脉冲A和方向B）”，参数配置如图1-7所示。





图1-7 脉冲发生器参数配置（参数分配）
5）脉冲发生器（PTO/PWM）硬件输出参数配置参考图1-8（参数自动生成）。





图1-8 脉冲发生器参数配置（硬件输出）
6）在“项目树”的工艺对象中双击“新增对象”，如图1-9所示。





图1-9 新增工艺对象
7）设置新增工艺对象名称，在运动控制中选择“轴”，如图1-10所示。





图1-10 新增对象参数设置
8）工艺对象块的常规参数设置，驱动器选择“PTO(pulse Train Output)”,位置单位选择“mm”(根据具体情况和实际需要进行设定)，参数设定参考图1-11工艺块常规参数设置。





图1-11 工艺块常规参数设置
9）工艺对象块的驱动器参数设置，脉冲发生器选择“pulse_1”，输出使能选择“Q0.2”,参数设置参考图1-12。





图1-12 工艺块的驱动器参数设置
10）工艺对象块的机械参数设置，本项目中电机每转的脉冲数设置为“10000”（本实训设备伺服电机为10000个脉冲转动一圈），点击每转的负载位移设置为“10mm”，所允许得旋转方向设置为“双向”，参数设置参考图1-13。





                           图1-13  工艺块的机械参数设置 11）工艺对象块扩展参数位置限制，参数设置参考图1-14。





图1-14 工艺块扩展参数位置限制
12）工艺对象块动态常规参数设置，速度限值得单位选择“mm/s”，最大速度设置为“25mm/s”，启动和停止速度设置为“10mm/s”，参数设置参考图1-15。





图1-15 工艺块动态常规参数设置
13）工艺对象块动态急停参数设置，最大速度设置为“25mm/s”，启动/停止速度设置为“10mm/s”，参数设置参考图1-16。





图1-16 工艺块动态急停参数设置
14）工艺对象块回原点主动参数设置参数图1-17。





图1-17 主动回原点参数设置
15）工艺对象块回原点被动参数设置参数图1-18。





图1-18 被动回原点参数设置
16）工艺对象块参数设置完成后对进行编译，把程序下载到PLC，下载完成后打开双击“调试”按钮打开调试功能，操作参考图1-19。




                                     图1-19  调试操作窗口的打开 17）点击“转为在线模式”按钮，点击“启用”按钮进入调试模式，命令选择“点动”，速度设为“10mm/s”（根据实际情况进行设置），一直点击“方向按钮”时点击反向运动（正向也一样），点击“停止”按钮时，点击停止转动，如图1-20所示。




图1-20 点击调试界面
18）测试没有问题后下一步则编写程序对伺服电机进行控制，第一步先创建数据DB块，该DB块用来存储和设定电机的转动速度和移动的距离，DB块的设置可参考图1-21。
（根据实际需要进行设定，把数据块优化块的 “√”去掉）





图1-21 创建伺服数DB块
19）编写PLC 程序，在工艺motion comtrol 选择所需要的的指令，如图1-22所示。





图1-22 motion comtrol指令
20）在Main[OB1]添加MC_Power启用、禁用轴指令，指令的详细参数介绍可在博图软件的信息系统中查询，（查询方法：点击选择所要查询的指令在按下键盘上的“F1”），参数设置参考图1-23。





图1-23 MC_Power指令参数设置
21）在Main[OB1]添加MC_MoveJog在点动模式下移动轴指令，参数配置参考图1-24。





图1-24 MC_MoveJog指令参数设置
22）在Main[OB1]添加MC_MoveRelative轴的相对定位指令，参数配置参考图1-25。





图1-25 MC_MoveRelative指令参数设置
1.4.6程序测试
23.在线正反转程序调试，调试控制伺服电机正反转功能，如图1-26所示。





图1-26 正反转程序调试
24.在线定位控制程序调试，如图1-27所示。





图1-27 定位控制程序调