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摘 要：本文主要介紹三菱伺服电机与三菱PLC的特点，并对系统的硬件和软件设计作了阐述。以伺服电机为执行单元的转股刮刀控制系统，尽可能体现出伺服电机的执行控制中各项特性和优点。通过友好的人机触摸屏界面对电机参数进行设定和调整，控制了刮刀设备进退动作。
关键词：PLC， 人机界面， 伺服电机
1.刮刀系统的设计方案
系统由昆仑通态TPC7063EC触摸屏作为上位机，可编程控制器为三菱PLC FX3U-48MT/ES-A，三菱伺服电机HF-SN102J-S100及其三菱伺服驱动器MR-JE-100A等组成，经触摸屏设置系统参数，可由PLC发出运算控制信号，控制伺服电机的运动。
转股刮刀系统主要是三菱MR-JE系列交流伺服驱动器的输入/输出信号通过PLC与触摸屏的通信，完成对整个系统的自动控制。PLC通过触摸屏设定的进退参数来确定控制要求，输出信号脉冲到伺服驱动器，驱动伺服电机带动转轴完成进刀/退刀动作。
2.刮刀系统的硬件组成
由于可编程控制器需要对电机的脉冲个数和脉冲频率进行精确控制，通常在使用时要搭配伺服驱动器进行控制，以晶体管输出型的三菱FX3U 系列的PLC能满足系统的需求，本系统选取的型号为FX3U-48MT/ES-A；
在选择伺服电机和驱动器时，需要知道电机驱动负载的转距要求及安装方式，因此选择额定转距为4.77N，额定转速为2000 r/min的三菱公司HF-SN102J-S100伺服电机，与之配套使用的驱动器则选用MR-JE-100A伺服驱动器。由于刮刀联动转轴自身带有一定的重量和长度，为了保障伺服电机有足够的转矩带动转轴运行，还增加了速比为1：5的RISC的减速箱，具体型号为SCF120-5。
3.刮刀系统的控制方式
伺服电机是本系统最重要的执行单元。通过电脉冲信号进行电机的控制，并将脉冲信号转变成相应的直线位移执行元件。由伺服电机组成的伺服系统一般有三种基本控制方式，即位置控制、速度控制和力矩控制。本系统根据工艺控制需求采用位置控制方式。
伺服电机位置控制的主要原理就是使执行机构对位置指令的精确跟踪，被控量则是刮刀的空间位移。在该模式中，可根据需求设定执行的脉冲数目和脉冲的输出频率，由于刮刀原点与终点的距离是一个固定值，即相当于执行脉冲数目为常数，而行程的原点和终点都用接近开关作为通断信号输入PLC。在触摸屏上相应设置伺服电机的脉冲输出频率，可控制进刀与退刀的速度，即可依据工艺的实际情况调整刮刀装置的动作快慢。
选用三菱FX3U-48MT/ES-A，其最主要任务是完成交流伺服驱动器信号的控制。PLC的输入信号是刮刀装置运动轨迹上的接近限位开关信号、手动/自动切换信号和伺服电机暂停/急停开关信号。输出信号为交流伺服驱动器的输入信号，主要是Y0脉冲输出信号和Y3脉冲方向信号。
4.刮刀系统的软件设计
刮刀系统依据工艺的要求主要设定了两种工作状态：自动刮刀和手动刮刀。
三菱FX3U系列PLC有专门针对伺服电机的运动控制指令，在伺服电机自动运行的状态下，本系统采用32位绝对位置控制指令DDRVA，其输出脉冲数是根据D8140的值来决定。脉冲由Y0输出时，记录当前的位置。然而最好的方法就是先找到机械原点，用限位开关安装在刮刀设备的起点，将起点作为伺服电机的机械原点，然后把D8140的值用RST指令清零，让程序原点与机械原点一致，如此便于计算所发脉冲数。数据寄存器D30是刮刀切点的脉冲数，D40则是刮刀终点的脉冲数。
在伺服电机手动运行的状态下，本系统采用32位可变速脉冲输出指令DPLSV，该指令可在任意时间变速，可以实时改变脉冲频率。在指令中可以设置脉冲的实时频率、发出脉冲的输出点，和方向点。由于这是岗位工手动操作刮刀设备进刀和退刀的动作，无需设置发出脉冲的总数，也就是无需通过指令定位。数据寄存器D220是手动快进刀的速度，D224则是手动慢进刀的速度。
5.刮刀系统的组态
在系统的组态画面上分别设置按钮开关，按钮上分别标注着：启动、暂停、复位、切点、自动快加、自动快减等字样，以便岗位工的操作。
在自动刮刀状态下，电机只能连续或间歇进。按下触摸屏暂停按钮，电机可以保持原先的运行条件停转；点击触摸屏上的“自动快加”、“自动快减”、“自动慢加”、“自动慢减”按钮可以相应控制电机的运行速度；当电机处于慢速刮泥状态时，触摸屏“连续慢行”或“间歇慢行”按钮左边的方形指示灯转为绿色，此时按下该按钮便可切换“连续慢行”与“间歇慢行”运行状态，剩余时间（即电机从慢速切点到终点的运行时间）的显示会相应变化；当电机触碰到终点时，便会自动快速退回起点。在自动后退的过程中，也可以按下暂停按钮使电机停转。
在手动动刮刀状态下，将控制面板“手动进 / 退”旋钮拨至左边电机便进刀，旋钮拨至右边便退刀；点击触摸屏上的“手动快加”、“手动快减”、“手动慢加”、“手动慢减”按钮可以相应控制电机的运行速度；当触摸屏“切点”按钮左边的方形指示灯转为绿色时，按下“切点”按钮可以设定刮滤泥的工作点。“位置当前值”的数字为红色时表示电机在慢速工作状态。
6.结束语
本系统采用三菱PLC控制伺服电机进行位置和速度控制，无需增加定位模块，节约成本。具有性能稳定和工作可靠的特点。PLC的处理速度高，输出脉冲的频率也很高，从而减小系统定位的误差。程序指令简单明了，在系统联机的情况下也可方便地进行所有指令的修改工作，通过触摸屏进行调节控制，操作简单快捷，减少了在运行过程中的故障查找环节，提高了工作效率。系统间歇运行了一年多，故障率低，稳定性好，且定位较为精确，为集团公司节约很多时间，大大地提高了生产效率。
参考文献 ：
[1] 三菱FX3U.FX3UC系列用户手册 [Z].2005.
[2] 三菱MR-JE系列伺服驱动器设置手册[Z].2005.
[3] 李幼涵. 伺服驱动器技术指南及案例 [M ]. 北京 ：机械工业出版社 ， 2008.
[4] 胡佑德，马东升，张莉松. 伺服系统原理与设计. 北京：北京理工大学出版社，1999.
[5] 周美兰，周封，王岳宇. PLC 电气控制与组态设计. 北京：科学出版社，2003.
关键词：PLC， 人机界面， 伺服电机
1.刮刀系统的设计方案
系统由昆仑通态TPC7063EC触摸屏作为上位机，可编程控制器为三菱PLC FX3U-48MT/ES-A，三菱伺服电机HF-SN102J-S100及其三菱伺服驱动器MR-JE-100A等组成，经触摸屏设置系统参数，可由PLC发出运算控制信号，控制伺服电机的运动。
转股刮刀系统主要是三菱MR-JE系列交流伺服驱动器的输入/输出信号通过PLC与触摸屏的通信，完成对整个系统的自动控制。PLC通过触摸屏设定的进退参数来确定控制要求，输出信号脉冲到伺服驱动器，驱动伺服电机带动转轴完成进刀/退刀动作。
2.刮刀系统的硬件组成
由于可编程控制器需要对电机的脉冲个数和脉冲频率进行精确控制，通常在使用时要搭配伺服驱动器进行控制，以晶体管输出型的三菱FX3U 系列的PLC能满足系统的需求，本系统选取的型号为FX3U-48MT/ES-A；
在选择伺服电机和驱动器时，需要知道电机驱动负载的转距要求及安装方式，因此选择额定转距为4.77N，额定转速为2000 r/min的三菱公司HF-SN102J-S100伺服电机，与之配套使用的驱动器则选用MR-JE-100A伺服驱动器。由于刮刀联动转轴自身带有一定的重量和长度，为了保障伺服电机有足够的转矩带动转轴运行，还增加了速比为1：5的RISC的减速箱，具体型号为SCF120-5。
3.刮刀系统的控制方式
伺服电机是本系统最重要的执行单元。通过电脉冲信号进行电机的控制，并将脉冲信号转变成相应的直线位移执行元件。由伺服电机组成的伺服系统一般有三种基本控制方式，即位置控制、速度控制和力矩控制。本系统根据工艺控制需求采用位置控制方式。
伺服电机位置控制的主要原理就是使执行机构对位置指令的精确跟踪，被控量则是刮刀的空间位移。在该模式中，可根据需求设定执行的脉冲数目和脉冲的输出频率，由于刮刀原点与终点的距离是一个固定值，即相当于执行脉冲数目为常数，而行程的原点和终点都用接近开关作为通断信号输入PLC。在触摸屏上相应设置伺服电机的脉冲输出频率，可控制进刀与退刀的速度，即可依据工艺的实际情况调整刮刀装置的动作快慢。
选用三菱FX3U-48MT/ES-A，其最主要任务是完成交流伺服驱动器信号的控制。PLC的输入信号是刮刀装置运动轨迹上的接近限位开关信号、手动/自动切换信号和伺服电机暂停/急停开关信号。输出信号为交流伺服驱动器的输入信号，主要是Y0脉冲输出信号和Y3脉冲方向信号。
4.刮刀系统的软件设计
刮刀系统依据工艺的要求主要设定了两种工作状态：自动刮刀和手动刮刀。
三菱FX3U系列PLC有专门针对伺服电机的运动控制指令，在伺服电机自动运行的状态下，本系统采用32位绝对位置控制指令DDRVA，其输出脉冲数是根据D8140的值来决定。脉冲由Y0输出时，记录当前的位置。然而最好的方法就是先找到机械原点，用限位开关安装在刮刀设备的起点，将起点作为伺服电机的机械原点，然后把D8140的值用RST指令清零，让程序原点与机械原点一致，如此便于计算所发脉冲数。数据寄存器D30是刮刀切点的脉冲数，D40则是刮刀终点的脉冲数。
在伺服电机手动运行的状态下，本系统采用32位可变速脉冲输出指令DPLSV，该指令可在任意时间变速，可以实时改变脉冲频率。在指令中可以设置脉冲的实时频率、发出脉冲的输出点，和方向点。由于这是岗位工手动操作刮刀设备进刀和退刀的动作，无需设置发出脉冲的总数，也就是无需通过指令定位。数据寄存器D220是手动快进刀的速度，D224则是手动慢进刀的速度。
5.刮刀系统的组态
在系统的组态画面上分别设置按钮开关，按钮上分别标注着：启动、暂停、复位、切点、自动快加、自动快减等字样，以便岗位工的操作。
在自动刮刀状态下，电机只能连续或间歇进。按下触摸屏暂停按钮，电机可以保持原先的运行条件停转；点击触摸屏上的“自动快加”、“自动快减”、“自动慢加”、“自动慢减”按钮可以相应控制电机的运行速度；当电机处于慢速刮泥状态时，触摸屏“连续慢行”或“间歇慢行”按钮左边的方形指示灯转为绿色，此时按下该按钮便可切换“连续慢行”与“间歇慢行”运行状态，剩余时间（即电机从慢速切点到终点的运行时间）的显示会相应变化；当电机触碰到终点时，便会自动快速退回起点。在自动后退的过程中，也可以按下暂停按钮使电机停转。
在手动动刮刀状态下，将控制面板“手动进 / 退”旋钮拨至左边电机便进刀，旋钮拨至右边便退刀；点击触摸屏上的“手动快加”、“手动快减”、“手动慢加”、“手动慢减”按钮可以相应控制电机的运行速度；当触摸屏“切点”按钮左边的方形指示灯转为绿色时，按下“切点”按钮可以设定刮滤泥的工作点。“位置当前值”的数字为红色时表示电机在慢速工作状态。
6.结束语
本系统采用三菱PLC控制伺服电机进行位置和速度控制，无需增加定位模块，节约成本。具有性能稳定和工作可靠的特点。PLC的处理速度高，输出脉冲的频率也很高，从而减小系统定位的误差。程序指令简单明了，在系统联机的情况下也可方便地进行所有指令的修改工作，通过触摸屏进行调节控制，操作简单快捷，减少了在运行过程中的故障查找环节，提高了工作效率。系统间歇运行了一年多，故障率低，稳定性好，且定位较为精确，为集团公司节约很多时间，大大地提高了生产效率。
参考文献 ：
[1] 三菱FX3U.FX3UC系列用户手册 [Z].2005.
[2] 三菱MR-JE系列伺服驱动器设置手册[Z].2005.
[3] 李幼涵. 伺服驱动器技术指南及案例 [M ]. 北京 ：机械工业出版社 ， 2008.
[4] 胡佑德，马东升，张莉松. 伺服系统原理与设计. 北京：北京理工大学出版社，1999.
[5] 周美兰，周封，王岳宇. PLC 电气控制与组态设计. 北京：科学出版社，2003.