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摘要：随着科学技术的发展，信息技术为推动社会生产力的提升发挥重大作用，PLC 作为一种新兴的工业生产管理技术，其集合了微电子、计算机、自动控制以及通讯等技术于一体，在提高工业产值、提升效率方面都发挥了重要作用。在伺服电机运动控制系统当中，PLC也表现出了较为良好的应用效果。鉴于此，文章将基于PLC伺服电机运动控制系统设计的原理及要求，来具体探讨基于PLC的伺服电机运动控制系统设计策略。
关键词：PLC；伺服电机；运动控制
引言：现阶段，很多工业生产中均运用了步进电机运动控制系统，然而效果并不理想，不但精度很低，同时易于产生失步的情况。在这方面，伺服电机依靠较高的精密度、与抗过载性能优势，让运行更加稳定，通过将PLC技术有效运用到其中，能够更有效地发挥出伺服电机运动控制系统的高效作用。因此，深入分析和探究基于PLC的伺服电机运动控制系统的研究十分必要，具有重要的意义。
1、基于PLC的伺服电机运动控制方式
相对于普通的电机来说，伺服电机主要用于精确定位，因此大家通常所说的控制伺服，其实就是对伺服电机的位置控制。其实，伺服电机还用另外两种工作模式，那就是速度控制和转矩控制，不过应用比较少而已。
通常来说，速度控制一般都是由变频器实现，用伺服电机做速度控制时，一般是用于需要快速加减速或是需要对速度进行精准控制的场合，因为相对于变频器，伺服电机可以在几毫米内达到几千转，由于伺服都是闭环的，因此速度也非常稳定。而转矩控制主要是控制伺服电机的输出转矩，这也是因为伺服电机的响应快。所以应用以上两种控制，可以把伺服驱动器当成变频器，一般都是用模拟量控制。
伺服电机最主要的应用还是定位控制，位置控制有两个物理量需要控制，那就是速度和位置，确切的说，就是控制伺服电机以多快的速度到达什么地方，并准确的停下。这个过程中伺服驱动器是通过接收的脉冲频率和数量来控制伺服电机运行的距离和速度。比如，我们约定伺服电机每10000个脉冲转一圈。如果PLC在一分钟内发送10000个脉冲，那么伺服电机就以1r/min的速度走完一圈，如果在一秒钟内发送10000个脉冲，那么伺服电机就以60r/min的速度走完一圈。
由此可以看出，PLC是通过控制发送的脉冲来控制伺服电机的，用物理方式发送脉冲，也就是使用PLC的晶体管输出是最常用的方式，一般是低端PLC采用这种方式。而中高端PLC是通过通讯的方式把脉冲的个数和频率传递给伺服驱动器。
2、基于PLC的伺服电机运动控制系统设计原理
借助PLC技术实现对伺服电机运动的控制，主要从脉冲量、模拟量角度，实现对位置以及对电机速度的控制，其中控制速度需两个成比例的模拟量输出，即利用PLC对D/A模块配置，实现数据的转换与处理，将对应的模拟电压值输出向电机的伺服模块中输入，以匹配速度，要想了解电机的位置信息，可通过分析伺服模块中的脉冲信息获得，即将获得的脉冲信息实现向位置信息的转化即可。不过，此种控制方式虽能够实现，但需要较多数量的I/O模块。
与速度控制相比，匹配速度及定位实现相对简单：伺服模块接收到指令脉冲信息后，进行相关的转化，对电压电流的输出情况进行控制，实现对电机的驱动。与此同时，通过伺服驱动模块脉冲频率和数量，便可控制电机速度和旋转量。考虑到PLC具备位置控制指令集，因此不接收位置反馈，也可实现对脉冲数量的计算，即在PLC对电机绕线关系以及频率关系正确处理的基础上，通过脉冲信号的发送，促进双机彼此之间的相互配合，这一过程的实现难度较小，当对完全闭环加以控制时，需要对电机端的脉冲进行计数，如此便能很好地掌握电机端是否很好的完成脉冲指令。
3、伺服电机运动控制系统硬件设计
3.1 PLC的选型及I/O分配
随着工业生产要求的提升，对于伺服电机的运动控制也有着越来越高的要求，尤其在稳定性和精度等方面。以台达B2系列伺服驱动器和西门子S7-1200PLC为例，根据该运动控制模型及伺服电机运动系统的控制要求，系统共需要7路数字量输入对应2个按钮及5个传感器，另需配备一组高速脉冲输出口以控制伺服电机的旋转和方向。综合系统性能要求、稳定性、控制精度及成本等多方面因素，可以选择SIEMENSCPU1212CDC/DC/DC晶体管型PLC作为系统主控制器，CPU1212C共有7输入、6输出，其中包含3组高速脉冲输出。
3.2伺服驱动器参数设定
伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，一般通过位置、速度和力矩3种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。相应的，不同控制方式均需要对伺服驱动器参数进行正确设置，才能使伺服电机正常工作。根据运动控制模型和运动控制的要求，如果系统采用的是台达B2系列伺服驱动器，应选用位置控制方式，同时将伺服电机的圈脉冲设置为10000；且电子齿轮比分子的参数编号为P1-44，设置值为160；电子齿轮比分母的参数编号为P1-45，设置值为10。
由于台达B2系列伺服驱动器内置编码器的分辨精度为160000，P1-44和P1-45分别用于设置电子齿轮比的分子和分母，故伺服电机旋转一圈，PLC需发送脉冲的个数等于分辨率除以电子齿轮比，其计算公式为：
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4、伺服电机运动控制系统程序设计
4.1运动轴组态
根据运动控制系统要求以及硬件I/O分配，在运动轴组态中需对相应的工艺对象、控制方式、位置限制以及回原点参数进行正确设置，其中定义运动轴的控制方式采用PTO脉冲控制，测量单位为毫米；设置脉冲输出口为Q0.0，同时激活Q0.1的方向输出；启用硬限位开关I0.6和I0.2，分别对应运动轴的左右限位，且均为高电平触发；最后定义I0.5为主动归位原点，设置逼近原点方向为负方向，并允许硬限位开关处自动反转。
4.2运动控制程序
以伺服电机控制系统要求为依据，运行控制共分为了主动寻原点、右移固定距离、间断左移和原点归位四个阶段。在不同运动阶段中，选择应用不同的MotionControl模块，即主动寻原点阶段对应的为MC_MoveRelative相对位移模块，伺服电机暂停对应的为MC_Halt模块，原点归位对应的为MC_MoveAbsolute绝对位移模块。其中，伺服电机间断移动对应的为MC_MoveRelative相对位移指令通过定位较大的位移，并通过传感器I0.3.I0.4触发运动轴停止指令MC_Halt配合TP脉冲定时器以及TON接通延时定时器实现。TP脉冲定时器是一种通过脉冲触发的断开延时定时器，利用其便可以定时时间结束的下降沿触发MC_MoveRelative相对位移指令，以实现间断运动。
结束语：
总体而言，在基于PLC的伺服电机运动控制系统的设计工作中，设计人员首先需要确定伺服电机运动控制系统要求，并且要在明确各设计条件之后，再进行各模块的设计，同时还要加强各设计环节的探讨，为设计工作的顺利开展奠定基础。本文主要针对系统硬件设计和系统程序设计进行了简单分析，希望能够为相关人员提供帮助与借鉴，从而推广基于PLC的伺服电机运动控制系统的进一步应用范围。
参考文献：
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[2]李虹静.基于S7-1200PLC的伺服电机运动控制系统设计[J].机电信息，2019.
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