三菱FX系列PLC原理及应用 课件 第7章伺服控制及应用

PLC控制技术伺服控制及应用‹#›2本章内容：伺服机构的组成定位控制指令和脉冲指令伺服机构的控制方式原点回归位置控制方式速度控制方式伺服控制系统是一种能对装置的机械运动按预定要求进行自动控制的系统。PLC控制的伺服系统在流水线、包装线、立体仓库、机械手等场合得到广泛应用。MR-J4系列伺服放大器不但可以用于机床和普通工业机械的高精度定位和平滑速度控制，还可以用于线控制和张力控制等，应用范围十分广泛。3伺服机构的组成伺服控制系统从控制理论角度主要包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节和比较环节等五部分。伺服放大器的作用是将控制信号与编码器反馈的数据进行比较并进行控制计算，将运动控制器输出的小信号放大以驱动，从而控制伺服电机的精确运行。电机：与MR-J4序列伺服放大器组合的电机可以是旋转型伺服电机（HG-KR和HG-MR系列）、线型伺服电机和直驱电机。伺服机构的组成编码器：编码器的作用是进行位置、速度、加速度和方向信号检测，由码盘、发光管、光电接收管和放大整形电路构成。三菱MR-J4系列对应的旋转型伺服电机采用的是22位高分辨率绝对位置编码器。编码器的脉冲个数与运动的路程成正比，因此可以进行位置检测；当需要检测速度时，由于脉冲频率正比于速度，可以通过检测脉冲周期来换算；运动的方向则可以根据检测AB相或AZ相的相位来判别。

伺服机构的组成MR-J4系列伺服放大器的结构外围接口用于连接电源、计算机、控制器、伺服电机、编码器和中继端子台等。在进行伺服系统的编程时，需要使用定位控制指令来实现定位，使用脉冲指令来输出脉冲和测频。脉冲指令定位控制指令定位控制指令和脉冲指令1.带DOG搜索的原点回归指令DSZR（ZERORETURNWITHDOGSEARCH）指令可以使机械位置与PLC内的当前值寄存器一致时，执行原点回归，该指令支持DOG搜索功能，允许使用近点DOG和零点信号的原点回归，但不可以对零点信号计数后决定原点。当X002＝ON时，根据S1(·)指定X025接收近地点信号，S2(·)指定X004接收零点信号；D1(·)指定Y000输出脉冲；D2(·)指定Y004输出旋转方向信号。定位控制指令和脉冲指令2.不带DOG搜索的原点回归指令ZRN（ZERORETURN）指令不带DOG搜索，是通过使机械位置与PLC内的当前值寄存器一致时，执行原点回归，通过指定原点回归的速度来实现。当X020＝ON时，根据S1(·)指定开始原点回归时的速度为60000个脉冲；S2(·)指定以D0中数据为回归时爬行速度的频率，S3(·)指定X000接收近地点信号（DOG）；D(·)指定Y000为输出脉冲口。伺服机构的组成3.可变速脉冲输出指令PLSV（PULSEV）指令是带旋转方向的可变速脉冲输出指令。当X000＝ON，根据S(·)指定的D10中数据为输出脉冲频率，D1(·)指定Y000为输出脉冲口，D2(·)指定Y004为输出旋转方向，M8338=ON可以带加减速变速。伺服机构的组成4.相对定位指令DRVI(DRIVETOINCREMENT)指令是以相对驱动方式执行单速定位，用带正/负的符号指定从当前位置开始的移动距离的方式，也称为增量（相对）驱动方式。当X000＝ON时，指令根据S1(·)指定相对地址的输出脉冲数为2000，S2(·)指定20000为输出频率，D1(·)指定Y000为输出脉冲口；D2(·)指定Y004的状态为输出旋转方向。

伺服机构的组成5.绝对定位指令DRVA（DRIVETOABSOLUTE）指令是以绝对驱动方式执行单速定位，从原点（零点）开始的移动距离方式。当X010＝ON，根据S1(·)指定的D10中为绝对地址的输出脉冲数，S2(·)指定D20中为输出频率，D1(·)指定Y000为输出脉冲；D2(·)指定Y003为输出旋转方向。伺服机构的组成6.中断定位指令DVIT(DRIVEINTERRUPT)指令是执行单速中断定长进给。当中断定位条件满足X010＝ON，指令指定中断后以每秒100Hz的频率从Y000输出60000个脉冲（相对位置），Y004的输出决定了旋转方向。伺服机构的组成7.读出绝对位置当前值指令ABS（ABSOLUTE）指令用来读出绝对位置（ABS）当前值数据，若FX3U可编程序控制器与带绝对位置检测的伺服放大器连接，数据以脉冲换算值形式被读出。当X000＝ON时，指令根据D1(·)指定以Y000～Y002三个连续位元件向“带绝对位置检测”的伺服放大器发出读取的控制信号；由S(·)指定以X010～X012三个连续位元件接收来自“带绝对位置检测”的伺服放大器输出的当前值数据，将读取的32位二进制绝对值（ABS）数据保存到D2(·)指定的D11、D10软元件中。伺服机构的组成编号功能编号功能M8029指令执行结束标志位M8039指令执行异常结束标志位M8338PLSV的加减速动作M8345Y000近点DOG信号逻辑反转M8340Y000脉冲输出中监控M8346Y000零点信号逻辑反转M8341Y000清零信号输出功能有效M8347Y000中断信号逻辑反转M8342Y000指定原点回归方向M8348Y000定位信号驱动中M8343Y000正转限位M8349Y000脉冲输出停止指令M8344Y000反转限位M8464Y000清除信号软元件指定功能有效伺服机构的组成脉冲指令1.脉冲密度指令SPD（SPEEDDETECT）指令是采用中断输入方式对指定时间内的输入脉冲进行计数，用来检测规定时间内从编码器输入的脉冲个数，从而计算出速度值。n为每转的脉冲数，t为S2（·）指定的测定时间（ms）。伺服机构的组成2.脉冲输出指令

PLSY（PULSEY）指令可用于发出指定频率、定量脉冲输出的场合，该指令在程序中只能使用一次。当X010=ON时，Y000以每秒1000HZ的频率输出连续的脉冲列，当达到D0指定量时，执行完毕，标志位M8029动作。在指令执行中，若X010变为OFF，立即中断脉冲输出，输出脉冲数保存于D8141和D8140中。伺服机构的组成3.脉宽调制指令

PWM（PULSEWIDTHMODULATION）指令用于按指定要求的脉冲宽度、周期，产生脉宽可调的脉冲输出。可以用于控制变频器实现电机调速，PLC与变频器之间应加有平滑电路，该指令在程序中只能使用一次。当X010=ON时，Y000输出脉宽调制比为q=t/T0的脉冲，脉宽调制比可采用中断处理控制。伺服机构的组成4.加减速脉冲输出指令PLSR（PULSER）指令在规定的时间内输出具有加减速的定量脉冲，可以用于控制步进电机运行，该指令在程序中只能使用一次。当X010置于OFF时，Y000中断输出；再置为ON时，则D（·）指定的元件Y000在规定的时间内输出规定的脉冲，且输出脉冲频率从0开始按S1（·）设定的最高频率的1/10逐级加速，直到设定的最高频率后，再按指定的最高频率的1/10作逐级减速。伺服机构的组成伺服机构的控制方式伺服放大器一般有三种控制方式：位置控制方式、速度\加速度控制方式和转矩控制方式。MR-J4系列还可以选择位置/速度切换控制，速度/转矩切换控制和转矩/位置切换控制。伺服机构的控制回路根据伺服放大器MR-J4系列的构成，伺服机构的控制回路包括了位置环、速度环和转矩环的三环控制。（1）位置环（P）是最外环，通过编码器检测电机转速反馈位置脉冲数，位置环用来实现移动位置的精准控制。（2）速度环（S）也是通过编码器反馈，由转动一周产生的脉冲数/转动一周的时间得到速度，速度环用来实现速度控制。（3）转矩环（T）通过检测电流信号获得转矩信号，转矩环用来实现转矩控制。伺服机构的控制方式MR-J4系列伺服放大器的结构外围接口用于连接电源、计算机、控制器、伺服电机、编码器和中继端子台等。伺服机构的控制方式主电路接线主电路是交-直-交电路，通过整流回路将交流转变为直流，送到再生制动回路，再进行逆变成适合电机转速频率的交流。再生制动回路用于电机转速过高时产生能量回馈，最后的动态制动电路则用于短路消耗，实现快速制动功能。伺服放大器接口连接功能L1，L2，L3主电路电源输入三相电源L11，L21控制电路电源输入控制电路电源U，V，W伺服电机电源连接到伺服电机电源端子输出电源CN2编码器连接编码器接地保护接地（PE）连接到伺服电机的接地端子以及控制柜的保护接地上主电路接线是由电源、伺服放大器和交流伺服电机连接的部分。伺服机构的控制方式MRConfigurator2软件使用MRConfigurator2软件来设置和读取，MRConfigurator2软件还具备简单的监视显示、伺服放大器的调整、参数的写入或读取等功能，可以方便地实现对伺服系统的即时控制。伺服机构的控制方式位置控制方式使用正转脉冲列/反转脉冲列通过信号端口PP、NP、PG、NG、PP2和NP2输入，连接方式有集电极开路方式和差动输入方式。伺服机构的控制方式电子齿轮比设置位置控制是将输入的脉冲与编码器的反馈脉冲进行比较，电子齿轮比是实现机械系统与脉冲之间的调节。CMX/CDV为电子齿轮比，分子分母使用MRConfigurator2软件参数PA06和PA07进行设置，范围在0.1~4000之间，需要使用参数PA21进行选择。如果PA21选择“0”，则指令脉冲串数*电子齿轮比=编码器的反馈脉冲数。伺服机构的控制方式原点回归FX3U序列PLC具有原点回归功能，原点回归是通过设置机械近地点（DOG）信号，使伺服电机能够根据离原点的距离自动回归到原点，在运行的过程中能够根据距离自动调整速度。原点回归可以使用带DOG搜索的原点回归指令DSZR，也可以使用不带DOG搜索的指令DZRN。原点回归带DOG搜索的原点回归伺服电机原点回归工作示意图，近点信号DOG设在正转限位（LSR）和反转限位（LSF）之间。原点回归【例】设计带DOG搜索的原点回归伺服控制系统。伺服放大器主电路电源L1、L2、L3接外部三相电源，U、V、W接伺服电机电源。近地点信号接PLC的输入端X025，X002启动原点回归；使用X027和X026接左右极限。原点回归原点回归过程示意图：（1）指定原点回归方向，标志位(M8342)的ON/OFF来指定原点回归方向，加速移动；（2）加速时间到（D8348），以(D8347,D8346)指定的原点回归速度移动；（3）一旦指定的近点信号DOG为ON（前端）开始减速，直到减速到爬行速度(D8345)；（4）指定的近点信号DOG从ON到OFF后（后端），如果检测到第一个零点信号，则立即停止脉冲的输出；（5）清零信号输出功能M8341=ON时，在检测出零点信号的OFF→ON后1ms以内，清零信号在20ms+1个运算周期的时间内保持为ON；（6）当前值寄存器(D8341,D8340)变为0(清零)。（7)指令执行结束标志位(M8029)为ON，结束原点回归动作原点回归X025是近点DOG信号，X004是零点信号，Y000是输出脉冲，Y004是电机旋转方向信号M0表示原点回归状态，当M0=ON表示正在回归原点回归不带DOG搜索的原点回归【例】设计不带DOG搜索的原点回归伺服控制系统，以脉冲输出端指定为Y000，信号方向为Y004。原点回归位置控制方式位置控制（P）是指将负载从某一确定的空间位置，按一定的轨迹移动到另一确定的空间位置，例如机械手搬运就是典型的位置控制。MR-J4伺服放大器的位置控制方式和速度控制方式都可以采用直接由PLC发送脉冲信号和使用定位模块发送脉冲信号两种连接方式，采用定位模块连接的方式，配套使用的定位模块可以是RD75D/LD75D/QD75D。位置控制方式相对定位运动相对定位是以当前停止的位置为起点，指定移动方向和移动距离进行定位。【例】设计相对定位伺服系统，具有JOG点动功能，并带DOG搜索的原点回归。位置控制方式DRVI指令进行相对定位，使用Y000输出脉冲，Y004为旋转方向，正向点动的输出脉冲为正数，输出脉冲频率为20000，反向点动输出脉冲为负数，由X000和X001实现点动。位置控制方式速度控制方式速度控制是使负载按某一确定的速度曲线进行运动，例如电梯实现平稳升降就是使用速度控制来实现的。速度控制端口没有脉冲输入端口NP、PP等，使用SP1、SP2等端口实现速度控制。【例】采用速度控制方式实现伺服电机控制小车运行，采用三段速控制。编号伺服放大器端口功能PLC输出端口PLC输入端口功能CN1-17ST1正转启动Y000X000启动CN1-18ST2反转启动Y001X001位置1CN1-41SP1速度选择1Y002X0