基于三菱PLC的伺服电机控制系统设计

胡志刚

摘要： 设计了一种基于三菱PLC的伺服电机控制系统，详细介绍了该控制系统的电气原理图设计、触摸屏控制界面制作、伺服驱动器的参数设置、PLC的程序设计等。实践表明，用PLC直接控制伺服电机具有系统结构简单、运行可靠、扩展性强，具有较好的实用价值。

Abstract： The design of a servo motor control system is based on MITSUBISHI PLC， and this paper introduces the electrical principle diagram design， the touch screen control interface making， servo driver parameters， PLC program design. The practice shows that the direct control of the servo motor with PLC has the advantages of simple structure， reliable operation， strong expansibility and good practical value.

关键词： 三菱PLC；伺服电机控制系统；触摸屏

Key words： MITSUBISHI PLC；servo motor control system；touch screen

中图分类号：TH138 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）05-0080-02

0 引言

随着PLC技术、变频技术和伺服控制技术的迅猛普及和推广，以步进电机和伺服电机为执行元件的定位控制技术在工业生产中得到了越来越广泛的应用。伺服电机不但能够实现精准的速度控制，而且能够实现精准的角度（位置）控制，具有较强的动态特点[1]。本文利用PLC脉冲输出端口直接控制伺服电机的运动，设计了电气原理图，PLC的主要控制程序等，该系统能与PLC为主控制器的生产设备实现良好的对接，具有较好的实用价值。

1 伺服电机控制系统组成及控制要求

本文伺服电机控制系统由PLC、伺服驱动器、伺服电机、触摸屏以及一套单轴运动执行机构组成，系统组成如图1所示。

控制要求：设计触摸屏控制界面，有手动控制与自动控制界面。手动控制时，按下正向或反向点动按钮，伺服电机能够正向或反向点动运行。自动控制时，按下自动按钮，伺服控制系统首先回原点，然后执行多点定位控制，每到达一点，停留1秒，反复循环。按下停止按钮，伺服电机停止运行。

2 伺服电机PLC控制系统硬件设计

2.1 控制系统主要设备选型

2.1.1 PLC的选用

由于直接由PLC控制伺服驱动器，因此PLC的输出类型必须为晶体管输出型，本文选择三菱公司FX3U-32MT型的PLC，具有原点搜索的功能指令，并且内置独立3轴最高100KHz的定位功能，可以同时控制3个轴的运动，完全满足伺服控制系统的定位控制要求。

2.1.2 伺服驱动器及电机的选用

本文选用三菱MR-J3-10A型伺服驱动器及配套HF-KP13型的伺服电机。MR-J3系列伺服驱动器是在MR-J2系列基础上开发出来的，其动态响应过程更快，位置跟随更好，可连接FX系列PLC及脉冲发生器和定位模块。

2.1.3 触摸屏的选用

本文选用三菱GT10系列触摸屏，该系列触摸屏支持FA透明传输功能，与三菱PLC连接时，可进行PLC程序的读取、写入、监控等。GT10与PLC通讯接口按机型不同分为RS232、RS422、USB，传输速率可达115.2kbps。

2.2 PLC控制系统输入输出分配表

为了避免伺服执行机构在前进或后退过程中的越程故障，设置两个位置开关进行限位保护。执行原点回归指令需要1个接近开关，因此需要3个输入点。PLC的输出信号主要是脉冲和方向信号，需要2个输出点。输入输出点的具体分配见表1所示。

2.3 控制系统电气原理图设计

控制系统电气原理图设计如图2所示。考虑到设备在使用过程中的安全性，防止执行机构越程导致设备损坏，在执行机构两端设置极限开关，分别是SQ1、SQ2，将常闭触点接至伺服驱动器正反转限位端口（LSP、LSN），常开触点接至PLC的输入端口。SQ3是原点开关，执行原点回归指令时使用。

3 伺服驱动器参数设置

此系统中伺服驱动器工作于位置控制模式，

FX3U-32MT的Y0输出脉冲作为伺服驱动器的位置指令，Y1输出作为伺服驱动器的方向指令。采用自动增益调整模式。根据以上要求，伺服驱动器参数设置如表2所示。

4 伺服电机PLC控制系统软件设计

4.1 触摸屏画面设计

采用三菱触摸屏作为伺服控制系统的人机界面。手动控制画面设置正转点动、反转点动位开关，分别与PLC辅助继电器M0、M1对应。自动控制界面设置回原点、启动、停止位开关，分别与PLC辅助继电器M2-M4对应，放置自动运行速度数值输入元件，与PLC的数据存储器D10对应。

4.2 PLC主要控制程序设计

4.2.1 原点回归的程序设计

原点回归采用ZRN指令来实现，程序设计如图3所示。触摸回原点开关M2时，伺服电机以原点回归速度（频率为12000HZ）向原点回归，当原点开关由OFF变为ON时，伺服电机以爬行速度（频率为2000HZ）继续运行，当原点开关由ON变为OFF时，该指令执行完毕，M8029接通，为执行多点定位程序做好准备。

4.2.2 多点定位控制的程序设计

多点定位控制采用绝对位置指令DRVA来完成，程序设计如图4所示。触摸启动按钮M3时，以D10的设定速度运行，K5500个脉冲量表示目标位置对于原点位置的距离。由于M8029是脉冲输出结束信号，并不是伺服电机运行结束信号。因此在M8029接通时驱动一定时器，适当延时让滞留脉冲减少到位范围内伺服电机停止后再去驱动下一条定位指令，以提高定位控制精度[2]。

5 结语

本文介绍的伺服电机控制系统采用PLC控制，具有结构简单、成本低、编程简单、运行精度高等优点，能够满足精度要求较高的应用场合[3]。该系统能与PLC为主控制器的生产设备实现良好的对接，在执行机构上增加一些气动元件，如气缸、真空吸盘等，可完成物料的搬運等任务，此系统运行稳定、经济性好，具有较好的实用价值。

参考文献：

[1]王家乐.PLC控制伺服电机的应用设计探讨[J].山东工业技术，2016（3）：163.

[2]李金城，付明忠.三菱FX系列PLC定位控制应用技术[M].电子工业出版社，2014.

[3]林杰文.基于PLC的伺服电机运动控制系统设计[J].机电技术，2015（10）：20-23.