马达驱动器与PLC控制

PLC控制器与马达驱动器

卞凤彪 2004年11月1前言

要说清楚控制器与马达驱动器的关系，先要对各类马达原理做一个简介。

2常用马达分类

2.1步进马达

2.2伺服马达

3步进马达原理

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

4伺服马达原理

4.1伺服电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

4.2伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁

场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给

驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

4.3伺服马`达分类

5马达驱动器介绍

5.1步进马达驱动器：步进马达动作的是脉冲信号，发出具体动作状态指

示的是『控制器』，而使信号增幅的则是『驱动器』。

由控制器发出脉冲信号，然后由驱动器将信号传送给马达。也就是说，

假如把马达比作扩音器，那么驱动器便是放大器（即增幅器），而控制

器则好比CD放送机，而用户自备的可程控器则相当于启动开关。

5.2伺服马达驱动器

5.2.1步进马达和伺服马达最基本的差别是：依照输入信号回转、停止

的是步进马达，而伺服马达本身附有速度及位置检知功能，对于控

制器的指令能完全的遵从。

5.2.2伺服马达驱动器包含：速度控制，电流控制，位置控制等。

5.2.3马达的运动情况：运转与停止，加减与减速，正向与反向

5.2.4伺服驱动器控制方式：正弦波PWM控制，電流控制方式

5.2.5反馈部分：为了纠正电机转速的偏差，采用600线/转的光电编码

器作反馈元件，与电机同轴安装，就可以准确测出电机的转速。因

为光电编码器是由激光照射光珊发出脉冲的，而光珊安装在光电编

码器的转轴上，转轴每转一周（3600）编码器就产生600个脉冲，

该脉冲只与转轴速度有关，而与温度无关。因此，只要准确测出光

电编码器的脉冲个数，就可确切知道电机的转速。

6 马达驱动器举例

6.1 松下驱动器简介

6.2 三菱驱动器简介

7 PLC 与马达驱动器间联系（示意图）

。

一般作为一个典型的完整的伺服系统，其组成必须包含命令控制器，驱动器，执行元件（马达），反馈元件。作为PLC 系统，其命令控制器是PLC,中文解释为可编程逻辑控制器;驱动器分为步进驱动器和伺服驱动器。

从图中,我们可以看到其中一个部件没有介绍,那就是脉冲发生器。对于PLC 产品的不同,有些PLC 内置脉冲发生器,而作为模块化的产品, 脉冲发生器与CPU,I/O 等是分开的,所以必须选配。

PLC 的作用:

接受外界输入量的变化,按照程序步骤,执行输出

脉冲发生器的作用:可以将其看成一中间变量,PLC 将脉冲指令存放于此,就执行了写的动作;要用的时候,PLC 对其进行读操作,这时就产生脉冲给伺服驱动器了。

1. 将PLC 的指令变成实际的脉冲输出到伺服驱动器

2. 输出量有速度,位置,运动量(以脉冲的数量和频率来表示)

3. 控制零点返回

a) 程序控制,PLC 执行到该程序,原点返回

b) 其外部接有sensor 作为感应,当sensor 动作后,马上停止发送脉冲,并清零 反馈元件:

反馈元件即光电编码器,其检测电机实际所产生的脉冲数，并将反馈脉冲传输到伺服驱动器

伺服驱动器构成:

1. 将脉冲放大处理

2. 对交流进行整流处理,将其变成平滑的直流电

3. 在电路控制上,以PWM 的形式提供给马达

4. 偏差比较:对接受的脉冲和反馈的脉冲作比较,如果偏差不为零,则马达动作,直到偏差为零.

在位置控制方式下，伺服驱动器接收控制器发出的位置指令信号脉冲，经电子齿轮分倍频后，在偏差可逆计数器中与反馈脉冲信号比较后形成偏差信号。位置偏差信号经位置环的复合前馈控制器调节后，形成速度指令信号。速度指令信号与速度反馈信号与位置检测装置相同 比较后的偏差信号经速度环比例积分控制器调节后产生电流指令信号，在电流环中经矢量变换后，由ＳＰＷＭ输出转矩电流，控制交流伺服电机的运行。位置控制精度由光电编码器每转产生的脉冲数控制。

永磁式交流伺服马达的工作原理

马达的工作原理可以「弗莱明左手定则」来说明，弗莱明左手定则可用来判断一根载有电流的导线置于磁场中时其受力的方向。若以左手之食指表示磁场方向，中指表示电流方向，则大姆指表示此导线受力的方向，如图2所示之电流方向，则环状线圈受磁场之作用，将顺正时钟方向旋转，产生之扭矩T可以下式表示

(1)

其中K为比例常数，I 为流经线圈之电流，B 为永久磁铁所造成之磁场强度。

图2 马达之工作原理