三菱FX系列PLC原理及應(yīng)用 課件 第7章伺服控制及應(yīng)用

PLC控制技術(shù)伺服控制及應(yīng)用?#?2本章內(nèi)容：伺服機構(gòu)的組成定位控制指令和脈沖指令伺服機構(gòu)的控制方式原點回歸位置控制方式速度控制方式伺服控制系統(tǒng)是一種能對裝置的機械運動按預(yù)定要求進行自動控制的系統(tǒng)。PLC控制的伺服系統(tǒng)在流水線、包裝線、立體倉庫、機械手等場合得到廣泛應(yīng)用。MR-J4系列伺服放大器不但可以用于機床和普通工業(yè)機械的高精度定位和平滑速度控制，還可以用于線控制和張力控制等，應(yīng)用范圍十分廣泛。3伺服機構(gòu)的組成伺服控制系統(tǒng)從控制理論角度主要包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)和比較環(huán)節(jié)等五部分。伺服放大器的作用是將控制信號與編碼器反饋的數(shù)據(jù)進行比較并進行控制計算，將運動控制器輸出的小信號放大以驅(qū)動，從而控制伺服電機的精確運行。電機：與MR-J4序列伺服放大器組合的電機可以是旋轉(zhuǎn)型伺服電機（HG-KR和HG-MR系列）、線型伺服電機和直驅(qū)電機。伺服機構(gòu)的組成編碼器：編碼器的作用是進行位置、速度、加速度和方向信號檢測，由碼盤、發(fā)光管、光電接收管和放大整形電路構(gòu)成。三菱MR-J4系列對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)型伺服電機采用的是22位高分辨率絕對位置編碼器。編碼器的脈沖個數(shù)與運動的路程成正比，因此可以進行位置檢測；當(dāng)需要檢測速度時，由于脈沖頻率正比于速度，可以通過檢測脈沖周期來換算；運動的方向則可以根據(jù)檢測AB相或AZ相的相位來判別。

伺服機構(gòu)的組成MR-J4系列伺服放大器的結(jié)構(gòu)外圍接口用于連接電源、計算機、控制器、伺服電機、編碼器和中繼端子臺等。在進行伺服系統(tǒng)的編程時，需要使用定位控制指令來實現(xiàn)定位，使用脈沖指令來輸出脈沖和測頻。脈沖指令定位控制指令定位控制指令和脈沖指令1.帶DOG搜索的原點回歸指令DSZR（ZERORETURNWITHDOGSEARCH）指令可以使機械位置與PLC內(nèi)的當(dāng)前值寄存器一致時，執(zhí)行原點回歸，該指令支持DOG搜索功能，允許使用近點DOG和零點信號的原點回歸，但不可以對零點信號計數(shù)后決定原點。當(dāng)X002＝ON時，根據(jù)S1(·)指定X025接收近地點信號，S2(·)指定X004接收零點信號；D1(·)指定Y000輸出脈沖；D2(·)指定Y004輸出旋轉(zhuǎn)方向信號。定位控制指令和脈沖指令2.不帶DOG搜索的原點回歸指令ZRN（ZERORETURN）指令不帶DOG搜索，是通過使機械位置與PLC內(nèi)的當(dāng)前值寄存器一致時，執(zhí)行原點回歸，通過指定原點回歸的速度來實現(xiàn)。當(dāng)X020＝ON時，根據(jù)S1(·)指定開始原點回歸時的速度為60000個脈沖；S2(·)指定以D0中數(shù)據(jù)為回歸時爬行速度的頻率，S3(·)指定X000接收近地點信號（DOG）；D(·)指定Y000為輸出脈沖口。伺服機構(gòu)的組成3.可變速脈沖輸出指令PLSV（PULSEV）指令是帶旋轉(zhuǎn)方向的可變速脈沖輸出指令。當(dāng)X000＝ON，根據(jù)S(·)指定的D10中數(shù)據(jù)為輸出脈沖頻率，D1(·)指定Y000為輸出脈沖口，D2(·)指定Y004為輸出旋轉(zhuǎn)方向，M8338=ON可以帶加減速變速。伺服機構(gòu)的組成4.相對定位指令DRVI(DRIVETOINCREMENT)指令是以相對驅(qū)動方式執(zhí)行單速定位，用帶正/負的符號指定從當(dāng)前位置開始的移動距離的方式，也稱為增量（相對）驅(qū)動方式。當(dāng)X000＝ON時，指令根據(jù)S1(·)指定相對地址的輸出脈沖數(shù)為2000，S2(·)指定20000為輸出頻率，D1(·)指定Y000為輸出脈沖口；D2(·)指定Y004的狀態(tài)為輸出旋轉(zhuǎn)方向。

伺服機構(gòu)的組成5.絕對定位指令DRVA（DRIVETOABSOLUTE）指令是以絕對驅(qū)動方式執(zhí)行單速定位，從原點（零點）開始的移動距離方式。當(dāng)X010＝ON，根據(jù)S1(·)指定的D10中為絕對地址的輸出脈沖數(shù)，S2(·)指定D20中為輸出頻率，D1(·)指定Y000為輸出脈沖；D2(·)指定Y003為輸出旋轉(zhuǎn)方向。伺服機構(gòu)的組成6.中斷定位指令DVIT(DRIVEINTERRUPT)指令是執(zhí)行單速中斷定長進給。當(dāng)中斷定位條件滿足X010＝ON，指令指定中斷后以每秒100Hz的頻率從Y000輸出60000個脈沖（相對位置），Y004的輸出決定了旋轉(zhuǎn)方向。伺服機構(gòu)的組成7.讀出絕對位置當(dāng)前值指令A(yù)BS（ABSOLUTE）指令用來讀出絕對位置（ABS）當(dāng)前值數(shù)據(jù)，若FX3U可編程序控制器與帶絕對位置檢測的伺服放大器連接，數(shù)據(jù)以脈沖換算值形式被讀出。當(dāng)X000＝ON時，指令根據(jù)D1(·)指定以Y000～Y002三個連續(xù)位元件向“帶絕對位置檢測”的伺服放大器發(fā)出讀取的控制信號；由S(·)指定以X010～X012三個連續(xù)位元件接收來自“帶絕對位置檢測”的伺服放大器輸出的當(dāng)前值數(shù)據(jù)，將讀取的32位二進制絕對值（ABS）數(shù)據(jù)保存到D2(·)指定的D11、D10軟元件中。伺服機構(gòu)的組成編號功能編號功能M8029指令執(zhí)行結(jié)束標(biāo)志位M8039指令執(zhí)行異常結(jié)束標(biāo)志位M8338PLSV的加減速動作M8345Y000近點DOG信號邏輯反轉(zhuǎn)M8340Y000脈沖輸出中監(jiān)控M8346Y000零點信號邏輯反轉(zhuǎn)M8341Y000清零信號輸出功能有效M8347Y000中斷信號邏輯反轉(zhuǎn)M8342Y000指定原點回歸方向M8348Y000定位信號驅(qū)動中M8343Y000正轉(zhuǎn)限位M8349Y000脈沖輸出停止指令M8344Y000反轉(zhuǎn)限位M8464Y000清除信號軟元件指定功能有效伺服機構(gòu)的組成脈沖指令1.脈沖密度指令SPD（SPEEDDETECT）指令是采用中斷輸入方式對指定時間內(nèi)的輸入脈沖進行計數(shù)，用來檢測規(guī)定時間內(nèi)從編碼器輸入的脈沖個數(shù)，從而計算出速度值。n為每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，t為S2（·）指定的測定時間（ms）。伺服機構(gòu)的組成2.脈沖輸出指令

PLSY（PULSEY）指令可用于發(fā)出指定頻率、定量脈沖輸出的場合，該指令在程序中只能使用一次。當(dāng)X010=ON時，Y000以每秒1000HZ的頻率輸出連續(xù)的脈沖列，當(dāng)達到D0指定量時，執(zhí)行完畢，標(biāo)志位M8029動作。在指令執(zhí)行中，若X010變?yōu)镺FF，立即中斷脈沖輸出，輸出脈沖數(shù)保存于D8141和D8140中。伺服機構(gòu)的組成3.脈寬調(diào)制指令

PWM（PULSEWIDTHMODULATION）指令用于按指定要求的脈沖寬度、周期，產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖輸出?？梢杂糜诳刂谱冾l器實現(xiàn)電機調(diào)速，PLC與變頻器之間應(yīng)加有平滑電路，該指令在程序中只能使用一次。當(dāng)X010=ON時，Y000輸出脈寬調(diào)制比為q=t/T0的脈沖，脈寬調(diào)制比可采用中斷處理控制。伺服機構(gòu)的組成4.加減速脈沖輸出指令PLSR（PULSER）指令在規(guī)定的時間內(nèi)輸出具有加減速的定量脈沖，可以用于控制步進電機運行，該指令在程序中只能使用一次。當(dāng)X010置于OFF時，Y000中斷輸出；再置為ON時，則D（·）指定的元件Y000在規(guī)定的時間內(nèi)輸出規(guī)定的脈沖，且輸出脈沖頻率從0開始按S1（·）設(shè)定的最高頻率的1/10逐級加速，直到設(shè)定的最高頻率后，再按指定的最高頻率的1/10作逐級減速。伺服機構(gòu)的組成伺服機構(gòu)的控制方式伺服放大器一般有三種控制方式：位置控制方式、速度\加速度控制方式和轉(zhuǎn)矩控制方式。MR-J4系列還可以選擇位置/速度切換控制，速度/轉(zhuǎn)矩切換控制和轉(zhuǎn)矩/位置切換控制。伺服機構(gòu)的控制回路根據(jù)伺服放大器MR-J4系列的構(gòu)成，伺服機構(gòu)的控制回路包括了位置環(huán)、速度環(huán)和轉(zhuǎn)矩環(huán)的三環(huán)控制。（1）位置環(huán)（P）是最外環(huán)，通過編碼器檢測電機轉(zhuǎn)速反饋位置脈沖數(shù)，位置環(huán)用來實現(xiàn)移動位置的精準(zhǔn)控制。（2）速度環(huán)（S）也是通過編碼器反饋，由轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)動一周的時間得到速度，速度環(huán)用來實現(xiàn)速度控制。（3）轉(zhuǎn)矩環(huán)（T）通過檢測電流信號獲得轉(zhuǎn)矩信號，轉(zhuǎn)矩環(huán)用來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制。伺服機構(gòu)的控制方式MR-J4系列伺服放大器的結(jié)構(gòu)外圍接口用于連接電源、計算機、控制器、伺服電機、編碼器和中繼端子臺等。伺服機構(gòu)的控制方式主電路接線主電路是交-直-交電路，通過整流回路將交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?，送到再生制動回路，再進行逆變成適合電機轉(zhuǎn)速頻率的交流。再生制動回路用于電機轉(zhuǎn)速過高時產(chǎn)生能量回饋，最后的動態(tài)制動電路則用于短路消耗，實現(xiàn)快速制動功能。伺服放大器接口連接功能L1，L2，L3主電路電源輸入三相電源L11，L21控制電路電源輸入控制電路電源U，V，W伺服電機電源連接到伺服電機電源端子輸出電源CN2編碼器連接編碼器接地保護接地（PE）連接到伺服電機的接地端子以及控制柜的保護接地上主電路接線是由電源、伺服放大器和交流伺服電機連接的部分。伺服機構(gòu)的控制方式MRConfigurator2軟件使用MRConfigurator2軟件來設(shè)置和讀取，MRConfigurator2軟件還具備簡單的監(jiān)視顯示、伺服放大器的調(diào)整、參數(shù)的寫入或讀取等功能，可以方便地實現(xiàn)對伺服系統(tǒng)的即時控制。伺服機構(gòu)的控制方式位置控制方式使用正轉(zhuǎn)脈沖列/反轉(zhuǎn)脈沖列通過信號端口PP、NP、PG、NG、PP2和NP2輸入，連接方式有集電極開路方式和差動輸入方式。伺服機構(gòu)的控制方式電子齒輪比設(shè)置位置控制是將輸入的脈沖與編碼器的反饋脈沖進行比較，電子齒輪比是實現(xiàn)機械系統(tǒng)與脈沖之間的調(diào)節(jié)。CMX/CDV為電子齒輪比，分子分母使用MRConfigurator2軟件參數(shù)PA06和PA07進行設(shè)置，范圍在0.1~4000之間，需要使用參數(shù)PA21進行選擇。如果PA21選擇“0”，則指令脈沖串?dāng)?shù)*電子齒輪比=編碼器的反饋脈沖數(shù)。伺服機構(gòu)的控制方式原點回歸FX3U序列PLC具有原點回歸功能，原點回歸是通過設(shè)置機械近地點（DOG）信號，使伺服電機能夠根據(jù)離原點的距離自動回歸到原點，在運行的過程中能夠根據(jù)距離自動調(diào)整速度。原點回歸可以使用帶DOG搜索的原點回歸指令DSZR，也可以使用不帶DOG搜索的指令DZRN。原點回歸帶DOG搜索的原點回歸伺服電機原點回歸工作示意圖，近點信號DOG設(shè)在正轉(zhuǎn)限位（LSR）和反轉(zhuǎn)限位（LSF）之間。原點回歸【例】設(shè)計帶DOG搜索的原點回歸伺服控制系統(tǒng)。伺服放大器主電路電源L1、L2、L3接外部三相電源，U、V、W接伺服電機電源。近地點信號接PLC的輸入端X025，X002啟動原點回歸；使用X027和X026接左右極限。原點回歸原點回歸過程示意圖：（1）指定原點回歸方向，標(biāo)志位(M8342)的ON/OFF來指定原點回歸方向，加速移動；（2）加速時間到（D8348），以(D8347,D8346)指定的原點回歸速度移動；（3）一旦指定的近點信號DOG為ON（前端）開始減速，直到減速到爬行速度(D8345)；（4）指定的近點信號DOG從ON到OFF后（后端），如果檢測到第一個零點信號，則立即停止脈沖的輸出；（5）清零信號輸出功能M8341=ON時，在檢測出零點信號的OFF→ON后1ms以內(nèi)，清零信號在20ms+1個運算周期的時間內(nèi)保持為ON；（6）當(dāng)前值寄存器(D8341,D8340)變?yōu)?(清零)。（7)指令執(zhí)行結(jié)束標(biāo)志位(M8029)為ON，結(jié)束原點回歸動作原點回歸X025是近點DOG信號，X004是零點信號，Y000是輸出脈沖，Y004是電機旋轉(zhuǎn)方向信號M0表示原點回歸狀態(tài)，當(dāng)M0=ON表示正在回歸原點回歸不帶DOG搜索的原點回歸【例】設(shè)計不帶DOG搜索的原點回歸伺服控制系統(tǒng)，以脈沖輸出端指定為Y000，信號方向為Y004。原點回歸位置控制方式位置控制（P）是指將負載從某一確定的空間位置，按一定的軌跡移動到另一確定的空間位置，例如機械手搬運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發(fā)送脈沖信號和使用定位模塊發(fā)送脈沖信號兩種連接方式，采用定位模塊連接的方式，配套使用的定位模塊可以是RD75D/LD75D/QD75D。位置控制方式相對定位運動相對定位是以當(dāng)前停止的位置為起點，指定移動方向和移動距離進行定位。【例】設(shè)計相對定位伺服系統(tǒng)，具有JOG點動功能，并帶DOG搜索的原點回歸。位置控制方式DRVI指令進行相對定位，使用Y000輸出脈沖，Y004為旋轉(zhuǎn)方向，正向點動的輸出脈沖為正數(shù)，輸出脈沖頻率為20000，反向點動輸出脈沖為負數(shù)，由X000和X001實現(xiàn)點動。位置控制方式速度控制方式速度控制是使負載按某一確定的速度曲線進行運動，例如電梯實現(xiàn)平穩(wěn)升降就是使用速度控制來實現(xiàn)的。速度控制端口沒有脈沖輸入端口NP、PP等，使用SP1、SP2等端口實現(xiàn)速度控制?！纠坎捎盟俣瓤刂品绞綄崿F(xiàn)伺服電機控制小車運行，采用三段速控制。編號伺服放大器端口功能PLC輸出端口PLC輸入端口功能CN1-17ST1正轉(zhuǎn)啟動Y000X000啟動CN1-18ST2反轉(zhuǎn)啟動Y001X001位置1CN1-41SP1速度選擇1Y002X0