楊飛

摘 要：隨著科學技術的不斷發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，人們對用于生產(chǎn)日常用品的機床的加工精度和生產(chǎn)效率的要求越來越高。例如，用繼電器、接觸器控制離合器的形式實現(xiàn)變速，用行程開關實現(xiàn)定位的銑床，這些設備用于汽車零件件的加工，在生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)效率方面都不能滿足生產(chǎn)的需要，這就需要對這些老的設備進行升級改造，使其實現(xiàn)精確地位置控制和速度控制。本文將對用S7-200系列PLC和三菱MR-J3伺服實現(xiàn)XA6132銑床的位置控制進行論述，銑床的主軸采用普通電機，銑床的進給軸采用伺服電機控制。

關鍵詞：PLC 伺服 位置控制

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0092-02

前言：數(shù)控設備已成為目前非常普遍的生產(chǎn)設備，其具有穩(wěn)定性好、加工精度高等優(yōu)點，然而很多公司還有一些較老的設備需要進行PLC改造升級，本文幫助大家學習S7-200系列PLC進行位置控制的知識。

1 硬件配置

1.1 伺服放大器和伺服電機

三菱FR-J3伺服放大器具有高響應性、高精度定位、高水平自動調(diào)諧、脈沖序列輸入與等優(yōu)點，基于伺服電機和伺服放大器性價比、性能的綜合考慮，選用性價比高的三菱MR-J3伺服放大器和HF-SP三菱伺服電機。根據(jù)實際轉(zhuǎn)矩要求選擇相應的型號，本文中選用MR-J3-500A伺服放大器和HF-SP502伺服電機。

1.2 PLC

在小型的PLC控制系統(tǒng)中，西門子S7-200系列的PLC具有運行速度快、運行穩(wěn)定、價格較低等優(yōu)點，所以選用S7-200系列的PLC對伺服進行控制。對伺服控制器的控制方式選用集電極開路方式[1]的位置控制模式，伺服的脈沖輸入端輸入24 V低電平的脈沖，因此，選用24 V低電平輸出、并且具有速度控制、位置控制、占空比控制[2]的S7-224XPsi CN DC/DC/DC型號的PLC。

1.3 控制屏的選型

MD204LV4文本顯示器是可編程序控制器的小型人機界面，以文字或指示燈等形式監(jiān)視、修改PLC內(nèi)部寄存器或繼電器的數(shù)值及狀態(tài)，從而使操作人員能夠自如地控制機器設備[3]。其能跟S7-200系列PLC能夠通訊并且價格便宜，所以選擇該型號的文本顯示器作為人機界面。

2 硬件連接

2.1 主電路的連接

主軸電機為普通電機，采用接觸器進行控制，離合器控制主軸的抱緊與松開，用于換刀時將主軸抱緊。伺服軸采用伺服控制，24伏電源給PLC、伺服、離合器及文本顯示器提供電源，其中文本顯示器和PLC共用一個24伏電源。三菱MR-J3伺服控制器需要運行，必須在L1、L2、L3之間輸入3相AC220V電源并在L11、L21之間輸入單相AC220V電源。

2.2 PLC的電路連接

這里我們用PLC的Q0.0作為正向脈沖串輸出端、Q0.1作為反向脈沖串輸出端；伺服的控制選用集電極開路方式的位置控制，伺服的PP端口用于正向脈沖串的輸入， NP端口用于反向脈沖串的輸入，CR端口用于清除偏差計數(shù)器內(nèi)滯留的脈沖；用接近開關檢測機床的原點位置和極限行程；顯示面板、手動操作以及參數(shù)設置采用MD204LV4文本顯示器。根據(jù)上述的控制方式以及PLC的硬件連接要求，PLC的接線圖如圖1所示。

2.3 伺服的電路連接

參照MR-J3-□A伺服放大器技術資料，根據(jù)伺服的接線要求，DICOM接直流24伏，DOCOM接0伏，SON端口用于伺服開啟，RES端口接伺服報警復位信號，EMG接伺服緊急停止信號，對伺服的接線如圖2所示。

2.4 通訊線的選擇

圖2中PLC與文本顯示器之間的通訊電纜線選用型號為MD204L-S7-200的通訊線。圖3中伺服放大器與編碼器之間的通訊線購買三菱品牌、型號為MR-J3ENSCB10M

-L的信號線。

3 參數(shù)設置及PLC程序設計

3.1 伺服主要參數(shù)設置

伺服在出廠時的參數(shù)全部為初始參數(shù)，在此基礎上必須對必要的參數(shù)進行設置，伺服才能帶動電機工作。在銑床的實際加工中，進給軸需要先快進到預加工位置，然后進給速度變慢開始攻進，直至加工完成，進給軸以快速返回原點或指定位置。所以選擇伺服的位置/速度控制模式，即將PAO1設置為0001；參數(shù)PA05為伺服電機旋轉(zhuǎn)一周所需要輸入的指令脈沖數(shù)，機床上電機與絲桿為聯(lián)軸器進行連接，所以電機的轉(zhuǎn)速與絲桿的轉(zhuǎn)速比為1∶1，絲桿的螺距為4 mm，則電機每旋轉(zhuǎn)1周，進給軸前進4 mm，我們這里將PA05的參數(shù)設置為4000，則每1000個脈沖對應進給軸實際移動的距離為1 mm；參數(shù)PA13為選擇脈沖的輸入形式，根據(jù)PLC的輸出特性，所以將PA13的值設定為0010h。

3.2 PLC程序設計

西門子PLC支持模塊化程序的調(diào)用，所以我們可以查找到脈沖輸出的庫文件，將脈沖輸出庫文件導入到我們編制的程序中，我們就可以直接調(diào)用庫文件里的功能塊。這里我們將S7-200脈沖輸出MAP文件庫調(diào)入到程序的庫文件中。

用Q0_x_CTRL[4]功能塊（x為0或1，分別對應Q0.0和Q0.1，后面用到的x均為此含義 ），設定脈沖輸出的全局參數(shù)，包括啟動/停止頻率、最大頻率、最大加減速時間、正向限位開關、反向限位開關、當前絕對位置。

用Q0_x_Home功能塊實現(xiàn)X軸和Y軸的回原點功能。

在文本顯示器的界面上所有的參數(shù)顯示和參數(shù)設定都以毫米為單位，而PLC內(nèi)部控制則是以脈沖個數(shù)體現(xiàn)。所以，要對每個軸移動的距離和移動速度進行控制，就需要將設定的位置量轉(zhuǎn)化為脈沖量對伺服進行控制；同樣，要將每個軸的當前位置或當前移動速度顯示到文本顯示器上就需要將PLC內(nèi)部的脈沖量轉(zhuǎn)化為位置量。為了實現(xiàn)以上兩種功能，需要用到Scale_EU_ Pulse功能塊和Scale_Pulse_EU功能塊，Scale_EU_Pulse功能塊的作用是將一個位置量轉(zhuǎn)化為脈沖量，它可用于將一段位移轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)，或?qū)⒁粋€速度轉(zhuǎn)化為脈沖頻率；Scale_Pulse_EU功能塊的作用是將一個脈沖量轉(zhuǎn)化為一個位置量，它可用于將一段脈沖數(shù)轉(zhuǎn)化為位移，或?qū)⒁粋€脈沖頻率轉(zhuǎn)化為速度。

對以上的功能均設定完成后，就到了機床控制的關鍵的一步，即PLC脈沖輸出的控制，采用Q0_x_MoveAbsolute功能塊實現(xiàn)機床的運動控制。該功能塊的作用是讓軸以制定的速度，運動到制定的絕對位置。

通過以上的硬件及PLC程序的設計，就可以使機床具備最基本的位置控制功能，我們可以根據(jù)實際的需要增加各種保護功能及其它輔助功能。

參考文獻

[1] 三菱電機自動化（上海）有限公司.MR-J3-□A伺服放大器技術資料集[Z].

[2] SIEMENS.S7-200CN可編程序控制器產(chǎn)品樣本[Z].2010：11.

[3] 廣州正奇科技有限公司.MD204LV4用戶手冊[Z].

[4] 西門子（中國）有限公司.S7-200 PLC脈沖輸出MAP庫文件的使用[Z].2011：8-9.endprint