PLC编程控制伺服电机高精度定位的三种方式

在自动化项目开发过程中，常会有需要进行高精度定位控制的应用场景。在进行控制系统架构设计的过程中，可以采用如下三种方式，快速构建一个高精度的控制系统。

1、常规方式

系统的定位控制执行采用伺服电机驱动完成，上层驱动器仅进行命令的下发和参数的设置。保持伺服电机及驱动器在控制系统中，作为独立的运动执行层，从而形成如下的控制模式。

常规伺服控制系统结构示意图

伺服电机做定位控制的过程中，不使用外部编码器触发电机停止命令。设备是否运行到位，通过电机的反馈运行完成标志作为定位完成的判定。外部编码器位置作为是否到位的校核判定，即命令运行位置与实际运行位置的校核。

2、PLC全闭环控制方式

这种方式为将外部编码器依然接入PLC（或者选择专用的运动控制器），将伺服电机设置为速度模式，由PLC作为控制中心，从而构成一个全闭环结构。实现设备的准确控制。

PLC全闭环运动控制结构示意图

这种方式外部编码器位置与目标位置的比较控制，由PLC的PID控制实现。使用PID的输出调节伺服电机的速度，从而实现设备定位过程的全闭环控制。相较于上一种控制方法，PLC的控制过程（输入扫描-程序执行-输出刷新，程序扫描周期）时间较长，扫描时间都是毫秒级，故无法实现高动态响应的执行过程。（转载请注明来源函控自动化工程师头条号）

3、伺服全闭环控制方式

将外部编码器的信号接入伺服电机，伺服电机接收外部编码器和电机编码器两路反馈信号。外部编码器和伺服电机形成一个完整的全闭环控制回路。采用这种方式可实现高精度的定位控制，在数控系统的高精度的定位控制上运用广泛。

这种控制方式，驱动和位置反馈比较均在驱动器中实现，可以实现很高的动态响应和定位精度。且整个控制过程全闭环，可靠性极高。

当然，使用这种控制方式，需要驱动器支持全闭环控制模式。即伺服驱动器接入两路不同位置的编码器信号，一路为电机端部的编码器信号，另一路为设备运行部件的位置检测编码器信号。

4、三种控制方式对比

从以上表格对比可以看到，全闭环可以实现高精度的控制运用。在需要响应速度和控制精度要求严格的情况下，在伺服电机的选型上，应选择支持全闭环控制的伺服电机，如此可快速的构建一个高效、高精度的控制系统。

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西门子1200PLC位置控制的通用程序，一劳永逸

西门子1200PLC最多支持4路高速脉冲输出，可以控制四个步进或伺服电机，如果每个轴都调用一次运动控制值，编程工作量就会成倍的增加。那么有没有通用的程序可以一劳永逸呢，今天就介绍一下西门子1200PLC位置控制的通用程序，编写一个函数就可以实现多个轴的控制。

一、 编写运动控制函数

1. 添加函数块。双击“添加新块”、点击“函数块”、输入名称、编程语言LAD、“确定”；

​​图 1 新建函数块

2. 双击“位置控制”函数块，定义输入/输出变量；

图 2 定义输入输出变量

3. 添加运动控制指令。“指令”、“工艺”、“运动控制”、拖动MC_Power指令到编程区域，分配多重背景数据块，点击“确定”；

图 3 添加MC_Power指令

4. MC_Power分配变量；

图 4 MC_Power

5. 同样的方法添加MC_Reset确认故障指令；

图 5 MC_Reset

6. 添加MC_Home回原点指令；

图 6 MC_Home

7. 添加MC_Halt停止轴指令；

图 7 MC_Halt

8. 添加MC_MoveAbsolute绝对运动定位指令；

图 8 MC_MoveAbsolute_

9. 添加MC_MoveRelative相对运动定位指令；

图 9 MC_MoveRelative

10. 添加MC_Jog点动指令；

图 10 MC_Jog

11. 读取轴当前位置和当前运行速度；

图 11 读取当前位置和速度

二、主程序调用函数块

1. 双击“Main”，打开主程序，拖动“位置控制”到主程序编辑区，分配背景数据块，点击“确定”，完成函数块FB1的调用；

图 12 调用函数块

2. 分配控制命令和状态变量；

图 13 分配变量

三、 点动控制

1. 下载程序到PLC中，打开监控表，输入监控变量；

图 14 监控表

2. “正向点动”赋值1，旋转料库开始正向运行，“当前位置”开始累加，“当前速度”逐渐增大到设置的点动速度，“正向点动”清零即停止，“当前速度”降为零；

图 15 正向点动

3. “负向点动”赋值1，旋转料库开始负向运行，“当前位置”开始负累加，“当前速度”值逐渐增大到设置的点动速度，符号代表方向，“负向点动”清零即停止，“当前速度”降为零；

图 16 负向点动

四、 回原点

1. “回原点”赋值1，回原点模式为0（把当前位置设置为绝对零点），“当前位置”变为零，“回原点完成”有效，表示回零完成；

图 17 回原点

2. “回原点”清零，“回原点完成”清零，不影响绝对零点位置；

五、 相对运动控制

1. “相对运动距离”和“相对运动速度”赋值，注意速度的范围（在启停速度和最大速度之间），运动距离的符号代表方向；

图 18 设置相对运动参数

2. “相对运动触发”赋值1，上升沿触发指令执行，旋转料库按照设置的速度运动设置的距离“相对运动完成”有效时停止；

图 19 相对运动1

3. “相对运动触发”清零，重复以上步骤，每次都运动设定的距离；

图 20 相对运动2

六、绝对运动控制

1. 绝对运动控制之前先执行回原点，确定绝对零点位置；

2. “绝对运动目标位置”和“绝对运动速度”赋值，注意速度的范围（在启停速度和最大速度之间）；

图 21 设置绝对运动参数

3. “绝对运动触发”赋值1，上升沿触发指令，旋转料库安装设置的速度运动到目标位置，“绝对运动完成”有效时停止，当前位置等于目标位置；

图 22 绝对运动1

4. 修改目标位置的值，重复以上步骤；

图 23 绝对运动2

通过以上步骤，创建一个通用的运动控制函数，在运动控制程序中调用此函数，分配对应的各轴相关的变量，就可以实现一劳永逸，大幅减少编程工作量。

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西门子1200PLC 配置运动控制工艺，控制面板实现位置控制

西门子1200PLC的运动控制功能

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