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PLC 四大常用闭环控制模块精讲

西门子PLC 四大常用闭环控制模块精讲：

1、FM355闭环控制模块

FM355有4个闭环控制通道，用于压力、流量、液位等控制，有优化温度控制算法和PID算法。FM355C是有4个模拟量输出断的连续控制器，FM355S是有8个数字量输出点的步进或脉冲控制器。CPU停机或出现故障后FM355人能继续运行，控制程序存储在模块中。

FM355的4个模拟量输入端用于采集模拟量数值和前馈控制值，附加的一个模拟量输入端用于热电偶的温度补偿。可以使用不同的传感器，例如热电偶、Pt100热电阻、电压传感器和电流传感器。FM355有4个单独的闭环控制通道，可以实现定制控制、串级控制、比例控制和3分量控制，几个控制器可以集成到一个系统中使用。有自动、手动、安全、跟随、后背这几种操作方式。12为分辨率时的采样时间为20~100ms，14位分辨率时为100~500ms。

自优化温度控制算法存储在米快中，当设定点变化大于12%时自动启动自由化；可以使用组态软件包对PID控制算法进行优化。

CPU有故障或CPU停止运行是控制器可以独立地继续控制。为此在：“后备方式”功能中设置了可调的安全设定点或安全调节变量。可以读取和修改模糊温度控制器的所有参数，或在线修改其他参数。

2、FM355-2闭环控制模块

FM355-2是适用于温度闭环控制的4通道闭环控制模块，可以方便实现在线自动化温度控制，包括加热、冷却控制，以及加热、冷却的组合控制。FM355-2C是有4个模拟量输出端的连续控制器，FM355-2S是有8个数字量输出端的步进或脉冲控制器。CPU停机或出现故障后FM355-2仍能继续运行。

3、FM455闭环控制模块

12位分辨率使得采样时间为20~180ms,14位时100~1700ms(与实际使用的模拟量输入的数量有关)，有16点数字量输入。

4、FM458-1DP应用模块

FM458-1DP是为自由姿态闭环控制设计的，又包含300个功能块的库函数和CFC连续功能图图形化组态软件，带有PROFIBUS-DP接口。

FM458-1DP的基本模块可以执行计算、开环和闭环控制，通过扩展模块可以对I/O和通信进行扩展。

EXM438-1I/O扩展模块是FM458-1DP的可选插入式扩展模块，用于读取和输出有时间要求的信号。有数字量/模拟量输入/输出模块，可连接增量式和绝对式编码器，有4个12位模拟量输出。

EXM448通信扩展模块是FM458-1DP的可选插入扩展模块。可以使用PROFIBUS-DP或SIMOLINK进行高速通信，带有一个备用插槽，可以插入MASTERDRIVES可选模式、用于建立SIMOLINK光纤通信。

FM458-1DP还有一些附件接口模块，包括数字量输入、数字量输出和程序存储模块。

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作者：头条号 / 云工控

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