PLC编程与伺服控制系统
基于PLC的伺服系统的运动控制系统设计毕业论文设计
南京化工职业技术学院毕业论文设计题目：基于PLC的伺服系统的运动控制系统设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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基于PLC与HMI的伺服电机运动控制系统设计与实现
基于PLC与HMI的伺服电机运动控制系统设计与实现摘要：随着计算机技术、可编程控制器及触摸屏科技的进步，现在机械制造行业几种控制系统越来越多的被应用到处理复杂事务中使其变得处理简易，在生活中，几种控制系统的应用提高了生产效率，使我们生活变得简单化，提高了机械产品的安全性和可操作性。
本文提出了选用S7-200SMARTCPUST30PLC为主控制器，发送脉冲指令作为伺服驱动器的输入信号，通过伺服驱动器实现对伺服电机前/后点动及连续运转、相对/绝对位置的精确控制以及自动查找参考点等操作，由SMART1000IEV3触摸屏搭建监控画面的思路。
关键词：伺服电机；PLC；运动控制；HMI1、系统总体方案设计1.1PLC和HMI简介1.1.1可编程里辑控制器简介可编辑逻辑控制器简称PLC，能够适应工作环境较为恶劣的条件，适用范围较广。
另外，PLC的维护较为方便，使用可靠性比较高。
CPU的运行状态是决定系统流畅的重要保证，而PLC的工作状态就是通过软件控制CPU的运行情况，当然通过硬件开关进行强制控制也是一种有效的控制手段，比如在进行测试阶段或者对系统进行检修时，硬件控制是一种较为方便的方式。
1.1.2 HMI简介随着我国工业水平提高，在生产过程中生产工艺越来越复杂，生产设备也在不断更新换代，生产控制人员不仅仅要对生产的每个流程熟知，还要对设备运行状况了解，做到设备运转的透明化。
HMI便是实现人机互通的关键技术，它实现了工作人员与机器之间的可靠连接。
在工作人员与Wincc flexible之间，HMI是实现二者链接的重要接口。
在控制器与Wincc flexible之间也同样需要这样的接口。
1.2 总体方案设计整个系统分为硬件设计、PLC程序设计、HMI与PLC通讯、系统实验调试共4部分。
硬件方面，主控制器选用S7-200SMARTCPUST30PLC，发送脉冲指令作为台达伺服驱动器（ASDA-B2-0121-B）的输入信号；通过伺服驱动器实现控制伺服电机（ASDAB2）的旋转速度和驱动丝杆滑台的移动位置[1]。
一文看懂西门子PLC控制的伺服控制系统
一文看懂西门子PLC控制的伺服控制系统
伺服控制系统用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。
在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。
伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
伺服控制系统的优点1、精度：实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题；刚筋成品的尺寸和弯曲角度的精度均在±1；
2、转速：高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转；
3、适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；
4、稳定：低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。
适用于有高速响应要求的场合；
5、及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内；
6、舒适性：发热和噪音明显降低。
西门子PLC控制的伺服控制系统以SINAMICS V80系统为例说明。
SINAMICS V80伺服驱动系统包括伺服驱动器和伺服电机两部分，伺服驱动器总是与其对应的同等功率的伺服电机一起配套使用。
SINAMICS V80伺服驱动器通过脉冲输入接口来接受从上位控制器发来的脉冲序列，进行速度和位置的控制，通过数字量接口信号来完成驱动器运行的控制和实时状态的输出。
驱动器上有一个脉冲设置旋转开关用来设计脉冲分辨率以及指令脉冲类型的。
本设计选择3，对应的分辨率是10000。
驱动器的四个连接器X1、X2、X10和X20相应的功能如图3所示：。
伺服控制器与PLC的联动控制技术
伺服控制器与PLC的联动控制技术现代工业生产中，机械设备的自动化程度不断提升，而伺服控制器和PLC（可编程逻辑控制器）成为了自动化控制的关键组成部分。
伺服控制器通过控制电机的运动实现精确的位置控制，而PLC则负责处理大量的输入输出信号和控制逻辑，实现对整个系统的自动控制。
伺服控制器与PLC的联动控制技术的应用，不仅提高了生产效率和产品质量，还降低了人力成本和故障率。
本文将介绍伺服控制器与PLC的联动控制技术的基本原理、应用场景以及实施步骤。
首先，我们来了解一下伺服控制器和PLC的基本概念。
伺服控制器是一种专用的控制器，它能够实时监测和控制电机的运动状态，通过PID控制算法来实现位置、速度和力矩的精确控制。
相比传统的开关控制，伺服控制器具有更高的精度和稳定性。
而PLC是一种通用的可编程控制器，它可以通过编程来实现不同的控制逻辑，适用于各种自动化控制场景。
PLC能够监测和控制各种传感器和执行器，通过输入输出模块与各种外部设备进行通信。
伺服控制器和PLC的联动控制技术主要通过PLC与伺服控制器的通信来实现。
通常使用一种称为“Pulse/Dir”接口的通信方式，即通过在PLC中产生脉冲和方向信号，控制伺服控制器的运动。
这种通信方式简单可靠，适用于各种控制需求。
实现伺服控制器与PLC的联动控制，可以通过以下步骤来进行：1. 确定系统需求：首先需要明确系统的运动需求和控制逻辑，确定伺服控制器和PLC的工作模式、协作方式和通信要求。
2. 搭建硬件平台：根据系统需求，选择适合的伺服控制器和PLC，并将它们连接起来。
通常使用数字信号输入输出模块、编码器模块和伺服控制器作为接口。
3. 编写PLC程序：使用PLC编程软件（如 ladder logic 或者函数块图）进行编程，实现控制逻辑。
根据需求生成脉冲和方向信号，发送给伺服控制器。
4. 编写伺服控制器程序：在伺服控制器中设置合适的运动参数和控制算法，接收来自PLC的信号，并通过闭环控制实现电机的精确运动。
PLC与伺服电机速度控制
基础知识
（2）转子串电阻调速技术
转子串电阻调速是改变转子的电阻大小进而调节交流电动机的转速。这种调 速方法虽然简单方便，却存在着以下缺点：
（1）串联电阻通过的电流较大，难以采用滑线方式，更无法以电气控制的方 式进行控制，因此调速只能是有级的。 （2）串联较大附加电阻后，电动机的机械特性变得很软。低速运转时，只要 负载稍有变化，转速的波动就很大。 （3）电动机在低速运转时，效率甚低，电能损耗很大。
基础知识
（2）调制方式
在SPWM逆变器中，三角波电压频率ft与参照波电压频率（即逆变器的输出频 率）fr之比N=ft/fr称为载波比，也称调制比。根据载波比的变化与否，PWM调制方 式可分为：
➢同步式 ➢异步式 ➢分段同步式
基础知识
➢同步调制方式
载波比N等于常数时的调制方式称同步调制方式。
在逆变器输出频率变化的整个范围内，皆可保持输出波形的正、负半 波完全对称，只有奇次谐波存在，而且能严格保证逆变器输出三相波
（4）变频调速技术 交流电的交变频率是决定交流电动机工作转速的基本参数。因此，直接改变和
控制供电频率应当是控制交流伺服电动机的最有效方法，它直接调节交流电动机的 同步转速，控制的切入点最直接而明确，变频调速的调速范围宽，平滑性好，具有 优良的动、静态特性，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。对交流电动机进 行变频调速，需要一套变频电源，相关技术有：
基础知识
➢ 速度指令输入增益的设定 使伺服电机速度为额定值的速度指令 （V-REF）所对应的模拟量电压值，可通过
Pn300 来设定，如表2-10所示。
表2-10 速度指令输入增益的设定
基础知识
速度指令电压与伺服电机转速的关系如图2-31所示。伺服电机旋转分为正转和反 转，对应的指令电压输入范围在-12V~+12V。
PLC与交流伺服在单轴控制系统中的应用
图 ２ 程 序 运 行 中的 监 控 画 面
（２）其他窗 口和界面。除路 口信号监控外 ，为保 证系统可靠运行 ，还设计 了系统报警窗 口。系统可在 报警变量超出预设值时 ，弹 出报警窗 口，显示报警信 息 ，方便操作人员检查故障 ，维护系统。
另外 ，利用组态王为系统提供的实时报告 ，可应 用历史数据利用 Ｒｅｐｏｒｔ０函数 ，生成 固定格式 的历史 记录报告 。系统可根据统计报告 ，决策多个路 口的投
（４）机 械减 速 比为 ７２×２＝１４４；
（５）伺服脉冲与直线位移的关系。伺服电机 １转
２ 系统硬件设计 和技术性能
经 机 械减 速后 对 应 丝 杆 １／１４ 转 ，因丝 杆 螺 距 为 ２４ ＩＴｌｌｎ，所 以丝杆 １转对应直线位移 ２４ ｎｌｉｎ。最终 ，伺
２．１ 硬 件设 计 （１）ＰＬＣ的选 用 。 ＣＰＵ单元 ＡｌｓＪＣＰｕ—Ｓ３； 输入模块 Ａ１ＳＸ４２ ６４点；
表 １ 交 流 伺 服 系统 数 据 表
交流伺 服驱动器 型号 ＡＳＣ－［５０
交流伺服 电机 型号 ＡＳ ．４５
主回路输入电压 ＡＣ ２２０Ｖ 功率 ４．５ ｋＷ
控制电压 ０ ±１０Ｖ
额定转矩 ３０Ｎ·ｍ
额定转速 ２ＯＯＯ ｒ／ｒａｉｎ
最大转矩 ９５Ｎ·ｍ
可驱动容量 ４．５ ｋＷ Fra bibliotekＳＡ４
Ｘ５７ 暂停 ，Ｘ５７为 １ Ｘ５７为 ０
ＺＤＡ
Ｘ５８ 正向点动 。Ｘ５８为 １ Ｘ５８为 ０
ＦＤＡ
Ｘ５９ 反向点动 ，Ｘ５９为 １ Ｘ５９为 ０
３ 控 制 系统 的设计 与实现
＜装备制造技术）２０１２年第 ４期
PLC如何控制伺服电机
PLC如何控制伺服电机PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于自动化控制系统的电子设备，它可以通过编程来控制各种机械设备，包括伺服电机。
伺服电机是一种精密的电动机，通常用于需要高精度和高性能的工业应用中。
在本文中，我们将讨论如何使用PLC来控制伺服电机。
PLC控制伺服电机的基本原理是通过PLC的输入和输出模块与伺服电机进行通信。
通常情况下，PLC通过数字信号输出控制伺服驱动器，从而控制伺服电机的运动。
下面我们将具体介绍PLC如何控制伺服电机的步骤：1.确定PLC和伺服电机之间的连接方式：首先需要确定PLC和伺服电机之间的连接方式，通常是通过电缆将PLC的输出模块与伺服驱动器进行连接。
在连接之前，需要注意两者之间的通信协议和电气特性是否匹配。
2.编写PLC程序：接下来需要编写PLC程序来控制伺服电机的运动。
在PLC的编程软件中，可以通过特定的指令和函数来控制伺服电机的启停、速度、位置等参数。
通常会使用类似于伺服控制器的指令来实现这些功能。
3.配置伺服驱动器和伺服电机：在编写PLC程序之前，需要对伺服驱动器和伺服电机进行一些基本的配置。
这包括设置伺服电机的运动参数、限位参数、控制模式等。
这些参数设置通常需要通过专门的软件或者控制面板来完成。
4.调试PLC程序：完成PLC程序编写之后，需要进行调试和测试。
通过逐步执行PLC程序中的指令，检查伺服电机的运动是否符合预期。
如果出现问题，需要进行调试和修改程序直到运动正常。
5.程序优化和调整：一旦PLC程序正常运行，可以进行程序优化和调整。
这包括对伺服电机的运动参数进行调整，以提高运动的稳定性和精度。
同时，还可以根据实际情况对程序进行优化，以满足不同的控制需求。
总的来说，PLC控制伺服电机需要对PLC程序和伺服电机进行充分的了解和配置。
只有通过正确的连接方式、编写程序和调试测试，才能实现对伺服电机的精准控制。
在实际应用中，需要根据具体的控制需求和系统要求来选择合适的PLC和伺服电机，并按照上述步骤进行操作，以确保系统的正常运行。
基于PLC的伺服电机运动控制系统设计
基于 PLC 的伺服电机运动控制系统设计摘要：近年来，我国各个行业及领域广泛应用了PLC，对企业实现生产自动化奠定了重要的基础。
特别是PLC伺服电机运行控制系统的设计及实施，使电机运动质量与效率得到了进一步提升。
本文结合PLC伺服电机运行控制系统设计标准，以S7-1200为例，利用对程序与硬件的设计，保证了运动控制的精准性。
关键词：PLC；伺服电机；运行控制前言：伺服电机具有多重优点，如扛过载能力强、运行稳定、高速性能好以及精准度高等，已广泛应用在企业生产中。
但由于伺服电机大多使用的是NC数控系统，不仅运行成本高，且控制系统极为复杂，无法有效对接以PLC为主的控制器生产线，使得经济效益不是十分可观。
故而，在生产自动化水平的进一步提升下，为了最大程度保障产品精度性，就必须重视基础设计，通过对伺服电机运行控制准确性的提升，全面改善系统的生产效率与性能，从而实现经济效益最大化，降低企业的生产成本。
1基于PLC伺服电机控制系统设计分析PLC控制系统是一种专门用于工业生产的数字运算操作电子装置，其应用了一类可编程存储器，可满足内部存储、执行逻辑运算、顺序控制、定时、技术以及算数操作等要求，可以说是工业控制的核心。
就我国工业生产现状来看，大部分依然是采用的步进电机运动系统，其应用的步进电机步距角最小为0.36°（与电机转动一圈需要1000个脉冲相当），精度比较低，并且经常会出现失步问题，难以满足高精度生产工艺。
相比来讲伺服电机无论是在精度、速度、抗过载性能、响应速度、运行稳定性以及运行温度等方面均具有更大优势。
基于PLC进行伺服电机控制系统的设计，可以在原来的步进电机运动系统基础上，做进一步的优化，使得系统能够更好的适应高精度生产要求。
其中需要就目前所应用NC数控系统进行优化，解决其与PLC主控制器生产线无法有效对接的难题，满足高效生产的核心要求。
2伺服电机控制系统分析2.1运行控制模型如图1所示，伺服电机运行控制模型可用于构建伺服电机运动控制系统。
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PLC编程与伺服控制系统
主要内容：
1、伺服控制系统的执行结构
2、伺服控制系统的检测单元
3、伺服控制系统
4、PLC及程序设计方法
5、PLC在伺服系统中的应用
伺服系统概念;也称随动系统，是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精
确的位置、速度、及动力输出的自动控制系统，它用来控制被控对象的转角或者位移，使其自动、连续、精确地复现输入指令的变化。
伺服控制系统的组成：包括控制器,被控对象,执行环节,检测环节,比较环节等五部分。
伺服控制系统分类：
1、按照执行机构的分类
步进伺服系统即使用步进电机；直流伺服系统即直流电机；交流伺服系统即交流电机2、按照控制形式分类
开环伺服系统；半闭环控制系统；闭环系统
开环伺服系统构成框图：
半闭环控制系统构成图
闭环控制系统构成框图
3、按反馈比较方式分类
脉冲、数字比较伺服系统；相位比较伺服系统；幅值比较伺服系统；全数字伺服系统4、按控制参数分类
位置伺服系统；速度伺服系统；力矩伺服系统
伺服系统的技术要求
系统精度：伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程度,以误差的形式表现,可概括为动态误差,稳态误差和静态误差三个方面组成。
稳定性：伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后,系统能够恢复到原来稳定状态的能力;或者当给系统一个新的输入指令后,系统达到新的稳定运行状态的能力。
响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度,决定了系统的工作效率.响应速度与许多因素有关,如计算机的运行速度,运动系统的阻尼和质量等。
工作频率通常是指系统允许输入信号的频率范围.当工作频率信号输入时,系统能够按技术要求正常工作;而其它频率信号输入时,系统不能正常工作。
伺服电机驱动器确定
根据伺服系统的总体控制方案及执行机构的选择来确定伺服驱动环节。
控制规律的确定
依据系统结构、控制精度、动态响应速度、超调限制等确定控制规律
其他
系统辅助元件的选取
四、PLC与伺服控制
1、PLC在伺服控制系统中的作用
1）作为主控单元与伺服单元（模块）一起完成较高精度的伺服控制。
2）完成一些低精度的直接控制
2、PLC的伺服控制功能
1）软件模块
为伺服控制应用专门设计的一些指令模块。
2）硬件模块
为伺服控制设计的一些硬件单元
3、PLC、运动控制器（卡）和数控系统
PLC：以逻辑判断，动作控制为主，对于复杂运算，尤其是曲线浮点运算能力较差。
PLC一般需要配置相应的伺服单元才可进行精确的运动伺服控制。
单独使用无伺服单元的PLC一般无法满足精度、速度等要求，一般用于精度要求不高的伺服系统
专用运动控制器（卡）：专用针对运动控制的运算，更多的是在电机、转轴的运动控制上。
控制器通过通信接口与计算机一起完成伺服控制，控制卡为基于pc 的运动控制器，两者本质上没有太大的差别。
伺服控制器（卡）一般配有专门的软件用于系统配置监控。
基于pc的数控系统：结合运动控制及动作的逻辑控制，多参数的运算功能，结合了运动控制器（卡）及PLC的一些功能，成本较高。