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PLC控制伺服电机应用实例

本文介绍了PLC控制伺服电机的应用实例，包括组成整

个系统的PLC模块及外围器件，并附带相关程序。其中以松

下FP1系列PLC和A4系列伺服驱动为例，编制控制伺服电

机定长正、反旋转的PLC程序并设计外围接线图。在PLC程

序中设定伺服电机旋转速度，单位为rpm，且设伺服电机设定

为1000个脉冲转一圈。根据机械条件，综合考虑精度与速度

要求设定好伺服电机的电子齿轮比，以保证所需的定位精度。

最终实现控制的方法是应用PLC的相应脉冲指令发出脉冲。

Pr48、Pr4A、Pr4B是电子齿轮比的重要参数，用于控制

伺服电机的运转速度和行走长度。公式为：伺服电机每转一圈

所需的脉冲数=编码器分辨率×Pr4B／(Pr48×2^Pr4A)。如果所

配编码器为2500p/r5线制增量式编码器，则编码器分辨率为

p/r。若要控制器发送一个脉冲伺服电机行走长度为0.01mm，

则伺服电机转一圈需要2000个脉冲。三个参数可以设定为：

Pr4A=0，Pr48=100，Pr4B=20.设定这三个参数需要考虑控制器

的最大发送脉冲频率和工艺所要求的精度，工艺精度越高，则

伺服电机能达到的最大速度越低。

松下FP1-40T型PLC的程序梯型图如下：

S7-200PLC在数字伺服电机控制中的应用。首先需要了

解PLC如何控制伺服电机。本应用实例选择的是位置控制模

式，采用差动驱动方式的脉冲输入回路，方便实现对两部电机

的控制。PLC与伺服放大器的接线图如下：L+为公共PLC端

子，接24VDC正端，通过控制内部晶体管的开关使得输出Q

呈现不同的电平信号或发出脉冲信号。L+一PG—PlM—L+为

脉冲输入回路，PLC控制该回路中的发光二极管的亮灭，形

成脉冲编码输入。L+一NG—NP一1M—L+为电机旋转方向

控制回路，当该回路的发光二极管点亮时，电机正转，否则反

转。为防止电流过大烧坏内部的发光二极管，需要外接电阻R，

其阻值的计算如下：根据公式(1)，可以选择R=3.9KO。

电子齿轮比是控制伺服电机运转速度和行走长度的重要参

数，需要根据控制器的最大发送脉冲频率和工艺所要求的精度

进行设定。在PLC控制伺服电机时，采用差动驱动方式的脉

冲输入回路，实现对两部电机的控制。为防止电流过大烧坏内

部的发光二极管，需要外接电阻R，其阻值的计算可以根据公

式进行。

数字交流伺服系统可以控制位置，通过上位控制器发出位

置指令脉冲。位置反馈脉冲当量由编码器分辨率和电机每转对

应的机械位移量等决定。当指令脉冲当量和位置反馈脉冲当量

不一致时，需要使用电子齿轮来匹配二者。使用电子齿能，可

以决定输入脉冲相当于电机位移量。具有电子齿能的伺服系统

结构如图3所示。若机械传动机构的螺距为w，指令脉冲当量

为△L，编码器每转脉冲数为P，又考虑到一般电机轴与传动

丝杠为直接相连，则位置反馈脉冲当量△=W／4P。

使用电子齿轮比来建立脉冲当量和反馈脉冲当量之间的关

系。具体计算公式为：AL=3M×CMX/CDV。因此，根据指

令脉冲的位置当量和反馈脉冲的位置当量，可以确定电子齿轮

比。三菱该系列伺服电机的电子齿轮比的设定范围。对于输入

的脉冲，可以乘上任意倍率使机械运行。

本例采用了西门子s7．200系列CPU226作为主控制器，

是s7．200系列中的高档PLC。它自带24个数字输入口、16

个数字输出口和两个RS-422/485串行通讯口，最多可扩展7

个应用模块。通过扩展EM231模拟量输入模块来采集电压信

号，输入的模拟信号可在～10V±5V、～20mA等多种信号输

入方式中选择。最终，PLC根据输入电压信号的大小控制脉

冲发送周期的长短，从而达到控制伺服电机速度的目的。

西门子s7．200系列AC/DC/DC(交流供电，直流I/O)类

型PLC上集成了两个高速脉冲输出口，分别通过Qo．、

Qo．1两个输出端子输出。输出时可选择PWM(脉宽调制)和

PIO(脉冲串)方式。PIO方式每次只能发出固定脉冲，脉冲开

始发送后直到发送完毕才能开始新的脉冲串；PWM方式相对

灵活，