PLC控制伺服电机应用设计

PLC控制伺服电机应用设计
自可编程控制器应用以来，其在工业生产中的应用越来越广泛。

因为可编程控制器具有一定的可靠性能与安全性能，能够对电机进行有效控制，从而确保电机在运行过程中不会受到干扰，使其平稳运行。

随着可编程控制器的应用范围不断扩大，可编程控制器中伺服电机的应用设计得到了一定的发展。

文章主要对可编程控制器与伺服电机进行分析，对可编程控制器控制应用进行分析，并对其应用设计进行探讨，為相关PLC设计提供参考。

标签：应用设计；可编程控制器；伺服电机
近年来，由于科学技术的不断发展，伺服技术逐渐趋于成熟，已经逐渐应用到很多自动控制和智能控制领域中，是当前自动化设备等现代装备中不可忽视的一种技术。

与一般的变频调速电机相比，伺服电机能够对速度进行精确的控制，对其角度位置进行精确掌控。

将PLC技术应用于伺服电机控制系统中，能够对伺服电机的稳定性能、可靠性能等起到一定的促進作用。

随着伺服电机控制系统的不断研究与应用，其整体性能的提高是必然趋势。

因此，对PLC控制伺服电机应用设计进行研究是很有必要的，对伺服电机控制系统的发展具有一定的重要意义。

1 PLC与伺服电机
PLC主要是通过数字运算操作进行控制的一种装置，被称之为可编程控制器，主要是用来应对工业环境而研发出来的一种控制装置。

PLC包含了计算机技术、通信技术和自动控制技术，可以通过可编程存储器进行信息存储，核心部分是微处理器。

将可编程控制器应用于工业生产中，能够对生产过程进行精确控制。

该控制器可以通过开关量与模拟量的输出与输入功能达到控制生产过程的目的。

可编程控制器主要由存储器、微处理器、编程器、输入输出部件等组成。

其中存储器分为用户存储器与系统存储器，用户可以通过用户存储器进行编写程序的存储，系统存储器可以存储系统程序。

微处理器属于可编程控制器的核心组成部分，能够通过微处理器进行工作，比如PLC的水平与运行速度，都和微处理器的运行质量有着密切的联系。

编程器可以通过微处理器与接口进行通信，具备调入用户程序，写入程序、检查程序等功能，可以实时监测可编程控制器的工作状况。

输入输出部件能够实现与外界之间的信息传递与交换。

通过微处理器与输入部件进行信息交换与传递，从而使可编程控制器能够稳定运行。

传统电机控制中，电子部件体积与数量都十分庞大，其中需要用到的触点、线路、设备等都相对复杂，稳定性、可靠性较低。

而可编程控制器对触点与布线的应用相对较少，具有一定的抗干扰能力，能够降低故障发生频率，使电机的稳定性能与可靠性能得到显著提升。

因此，与传统电机相比，可编程控制器更有发展潜力，值得应用与推广。

伺服电机有交流电机与直流电机两大类，该电机能够对数字脉冲信号进行转
换，将其转换成角速度或者机械角位移，属于一种转换元件。

无论是停止、运行，还是其他运行方式，伺服电机都可以通过少数脉冲进行控制，且控制精度相对较高，因此伺服电机的控制性能很好，能够满足生产制造工业对生产过程控制的需求。

当脉冲电源供电之后，伺服电机便开始进入运行状态，运行过程中输入脉冲与转子步数之间存在正比关系。

因为伺服电机的动态响应与控制性能等都很好，所以在进行旋转方向转变时，可以通过改变工作方向信号或者输入脉冲顺序实现。

2 PLC控制应用分析
可编程控制器的控制应用主要有过程控制、模拟量控制、开关量控制、运动控制等。

过程控制主要是对模拟量进行控制，比如说流量、温度、压力等模拟量。

过程控制需要通过计算机技术与编写控制算法程序进行闭环控制，其在锅炉控制和化工控制等方面的应用十分广泛，能够起到很大的作用。

模拟量控制主要是对模拟量进行监控，通过模拟量与数字量模块配置之间的转换达到控制模拟量的目的。

开关量控制属于逻辑控制，能够使可编程控制器的控制应用向更高层次发展。

开关量控制主要应用于多集群流水线或者单台流水线控制，对生产效率的稳定性能与工作效率都能起到一定的推动作用。

运动控制主要是对圆周运动或者直线运动进行控制。

由于近年来对运动控制的研究相对较多，所以已经拥有了一套比较完备的运动控制模块，且在各领域的应用十分广泛。

其中三相异步电动机与双速电机的启动都可以通过PLC控制运动来实现。

三相异步电动机主要是知识正常运行状态下，电动机的额定电压与电源线的电压是一致的，绕组连接方式属于三角形连接。

电子定子绕组可以通过星形连接起来，当电机转速达到某一阈值时，定子绕组方式就会转变成三角形方式，也就是所谓的星形-三角形降压启动。

在实际工业生产制造中，机械设备的输出速度并不是单一出现的，需要不同的输出速度来满足生产制造的特定要求。

而在单速电动机中应用机械变速系统配置，能够对速度进行转变，从而达到输出速度不同的特定需求。

当机械尺寸在应用过程中受到限制或者速度需要连续可调时，可以将多速交流电动机应用其中。

3 PLC应用设计探讨
3.1 系统设计方案探讨
对伺服电机和可编程控制器系统特点进行分析可知，系统设计方案可以分为四个部分。

（1）电源部分。

系统电源运行可以选择AC220V进行电力支持，电源开关可以选择DC24V，从而对伺服控制信号与可编程控制器控制信号等进行供电。

（2）控制部分。

控制环节是整个系统运行的关键部分，在进行控制部分设计时需要以可编程控制器为核心，对设备、用户之间的信号传递方式进行设计，便于用户通过信号进行信息传递。

然后以事先安排好的程序逻辑向伺服驱动器发送控制信号，从而达到对伺服电机控制的目的。

（3）设备精度部分。

在进行设备精度设计时，应该对最大脉冲频率进行考虑，确保伺服电机能够对最大脉冲频率进行接受，不会对编码器的精度和伺服电机的响应性能产生影响。

（4）执行部分。

执行部分主要是通过执行电机拖动设备工作。

在进行执行部分设计时，半闭环控制可以通过编码器反馈信息给驱动器来实现，也可以在计息终端执行机构上设计反馈部件比如编码器或者光栅尺等，从而与PLC进行信息反馈，达到全闭环控制。

3.2 系统细节处理探讨
系统细节处理主要是对伺服电机与可编程控制器进行细节设计。

（1）伺服电机。

伺服电机的主要任务进行能量转换，所以需要对其结构进行简单设计，确保伺服电机的转换效率能够达到应用要求。

伺服电机在控制系统中主要是起到执行作用，可以通过已经设置好的特定指令进行信息的转换与控制，从而对伺服电机的运行速度与运行方向等进行改变。

在进行伺服电机设计时，需要对其有效与便捷等因素进行考虑，选取符合要求的伺服系统。

比如MINSA A系列交流伺服系统就可以作为伺服系統，其内部DSP有32位。

控制方式方面可以设计成IC-BTPWM，该控制方式占用的体积相对较小，拥有的响应速度较快，已经应用在很多领域，比如数控领域、机械领域、纺织领域等。

（2）可编程控制器。

在进行可编程控制器尺寸大小设计时，可以从系统设计的使用性能与美观效果等方面考虑。

比如可以选择松下FPO系列可编程控制器作為应用设计，该编程控制器的尺寸相对较少，安装时并不需要占用太大的面积，可以将其安装在控制面板上或者一些小的机械设备上。

随着可编程控制器研究的不断深入，可编程控制器的兼容性问题越来越突出。

相关设计人员在进行可编程控制器设计时应该对其兼容性问题进行考虑，可以通过单排触头或者单元表面控制器对扩展单元进行转变，将其设计成层叠系统。

此设计方法并不需要应用到壁板或者特殊扩展电缆。

3.3 控制系统设计探讨
控制系统设计主要包括位置控制设计、速度控制设计、精度控制设计、增益控制等方面。

（1）位置控制。

位置控制设计主要是对位置指令进行追踪，对负载空间位移进行控制、观察，然后做出调整。

而在信息控制过程中，需要通过反馈控制系统来实现位置指令信号传递，利用电子齿轮对其进行分频处理，对脉冲进行调整。

所以在设计位置控制时，需要对反馈控制系统、电子齿轮、编码器等设备进行考虑，确保应用设计能够满足对位置的控制要求。

（2）速度控制。

速度控制主要是对速度进行改变。

速度控制主要是通过反馈控制系统对指令信号进行传递，然后对信号进行模拟处理，从而对伺服电机速度进行控制。

（3）精度控制。

在进行精度控制设计时，可以选择增加通信控制，从而使伺服驱动能够对发送指令做出正确相应，达到对系统精确控制的目的。

（4）增益控制。

增益控制对伺服电机的正常运行具有一定的重要意义，当前对增益的控制可以通过手动调整或者自动调整来实现。

在进行自动调整设计时，可以将负载惯量与平时关量之间比值设计在三倍到二十倍之间，并对机械固有频率进行设计，防止机械频率过低对伺服系统特性造成影响。

4 结束语
综上可知，由于伺服电机具备一定的控制精度，所以其在各领域中的应用逐渐广泛。

而将可编程控制器应用于伺服电机系统中，能够使整个控制系统的性能得到提升。

因此，相关设计人员应加强PLC在伺服电机中的应用设计研究。

参考文献：
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