基于三菱PLC控制的交流伺服电动机位置控制系统研究

基于三菱PLC控制的交流伺服电动机位置控制系统研究

摘要：以某厂铝电解电容器生产过程中的一道关键工序——电容器套管自动烫印裁切为例，从系统参数分析计算入手，设计了基于三菱FX2N系列的PLC控制交流伺服电动机的位置控制系统，给出了定长及速度控制的算法和软件编程思路。

关键词：PLC 交流伺服电动机位置控制算法

可编程控制器（PLC）是采用微机技术的通用工业自动化装置，是面向用户的专业控制计算机。它可靠性高，抗干扰能力强，编程直观、简单，适应性好，功能完善，接口功能强，通讯联网能力也越来越强。随着微处理器和微计算机技术的发展，PLC不再仅有逻辑判断功能，同时还具有数据处理、PID调节和数据通讯功能，已广泛应用于机械、电子、纺织等各行各业。

某电容器制造厂有一道关键工序——电容器套管自动烫印裁切，该工序要求电容器套管间隙性定长送进，完成自动烫印及裁切。图1为电容器套管定长控制与裁切示意图。该系统中交流伺服放大器驱动伺服电动机，通过减速器带动一对滚轮旋转，从而实现电容器套管带料的定长送进。下面将从系统参数分析计算入手，设计了基于三菱FX2N系列的PLC控制交流伺服电动机运动系统，并给出了定长及速度控制的算法和软件编程思路。

1 系统硬件设计及系统参数计算

1.1 硬件设计

位置控制系统中交流伺服放大器选用三菱公司的MR-J2S-40A，其属于通用交流伺服系统MELSERVO-J2-SUPER系列，具有位置控制、速度控制和转矩控制3种模式，本系统采用位置控制。

交流伺服电动机选用三菱公司的HC-KFS-43，其编码器的分辨率Pt=131 072脉冲/r，具有很高的控制精度。

本系统中采用的PLC选用三菱公司的FX2N-48MR，脉冲输出模

块采用FX2N-1PG。

对于FX2N系列PLC，本身不具备内置定位指令，但可以通过FROM/TO指令与扩展单元FX2N-1PG脉冲输出模块进行数据交换，向伺服放大器发送指定数量的脉冲串，从而完成对伺服电动机的简单定位控制，其最高波特率为100 K，1台FX2N系列的可编程控制器可以连续多达8个FX2N-1PG脉冲输出模块，从而最多可实现8轴的运动控制。PLC的输入继电器X0用于控制电动机的停止，X1用于控制电动机的正向启动，X2用于控制电动机的反向启动；脉冲输出模块的FP输出前向脉冲；伺服放大器I/O接口CNIA的PP/NP分别用于接收正反向脉冲串。

1.2 系统参数计算

电容器套管带料的送进长度L取决于伺服放大器接收的脉冲数n，而送进速度v则取决于伺服放大器接收的脉冲频率f，设定：

如若设电容器套管带料的单位送进长度为1 mm，则公式（2）可计算出向伺服放大器发送的脉冲数为149。对于电容器套管带料的单位送进速度为1 mm/s，则公式（2）可计算出向伺服放大器发送的脉冲频率为149 Hz。套管带料的送进长度和速度可由发送的脉冲数和脉冲频率得到。

2 控制系统的程序编制思路

PLC扩展特殊单元时，依照扩展顺序将各特殊单元按NO.0、NO.1、NO.2等顺序编号，PLC特殊功能单元通信时，必须指明特殊单元编号，特殊单元中的缓冲寄存器BFM用于存储有关数据。FROM

指令用于将特殊功能模块缓冲寄存器中的内容读入PLC，TO指令用于从PLC对特殊功能单元的缓冲寄存器写入数据。

特殊功能模块的缓冲寄存器，同样需要进行编号，不同编号的缓冲寄存器存放不同用途的数据。

其中，设置位置值的范围为0～999 999，即其最大输出脉冲数999 999，运行速度值范围为10 Hz～10 kHz，即输出脉冲的最高频率为10 kHz。实际控制程序中FX2N–1PG输出脉冲的数量和频率必须在此范围内，如不能满足要求，可调整其定位倍率参数或伺服放大器的电子齿轮比。本程序中脉冲输出模块的缓冲寄存器BFM#3参数设置为H0000，即其定位倍率为1。

程序中数据寄存器D101用于存储电容器套管带料的送进长度L，本程序中取L=100 mm，数据寄存器D201用于存储电容器套管带料的送进速度v，本程序中取v=100 mm/s，定时器T0用于设定电容器带料的送进间隙时间，本程序中取T0=2 s。参考程序如图2所示。

3 结语

实践证明，由FX2N系列PLC控制的交流伺服电动机的位置控制系统完全符合生产工艺要求，控制精度高，参数调整方便，自动化程度高。实际应用时套管的定长控制、送进速度等还可采用图形操作

终端（人机界面或称触摸屏）进行设定和调整。

参考文献

[1] 钟肇新，等.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2008

[2] 郭庆鼎，孙宜标，王丽梅.现代永磁电动机交流伺服系统[M].北京：中国电力出版社，2006