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摘 要：目前在机电设备上使用的定位控制一般用到单片机带步进电机或定位模块带伺服系统。本人针对包装机电气设计中的定位控制谈谈采用PLC内带定位功能控制国产伺服电机的体会。
关键词：定位控制；变速定位；伺服系统；裁切系统
在彩印加工后段工序，包装袋的生产工艺流程是将料带上半成品通过滚筒冲孔、贴胶片、收料的过程。料带冲孔使用2个圆筒（公模和母模）滚动。当料带色标点（1个料袋都有1个色标点）通过光标传感器A时，公模将按照料带的线速度V1转动一周，即执行一周的循环动作；贴胶片动作采用定长度送胶带，当色标传感器A接收信号时，胶带带动轮将按照料带的线速度V1转动，色标传感器B检测到第2个信号到达时胶带带动轮等待第2个循环动作。放料轮采用力矩电机控制，保证收料时料带的张力恒定。收料轮速度采用变频器调速控制，使系统运行的速度可调。
一、工程设计：
1.系统控制要求
原来设计的系统使用步进电机带动，步进电机解析度Qs=400脉冲/转，最高接收频率Fs=1KHZ，最高响应速度Vs=Fs/Qs=（1000*60）/400=150RPM。实际使用中客户反映设备生产效率低，最快每分钟也只能能冲30个孔，步进电机低速噪音大，冲孔定位精度低。种种不良效果使得不得不对设备进行改造。考虑到伺服电机的高速响应及高精度的位置控制，选用伺服驱动代替步进驱动可使所以上的不良反映得到解决。武汉迈信电气生产的EP100系列可满足控制要求，性价比较高，其最高接收频率可达100KHz，伺服电机编码器解析度为10000，设定速度可大于3000RPM，有可设定加减速时间参数等。定位及速度信号发生器采用三菱FX1S系列PLC：FX1S-14MT，内置2点高速晶体管输出Y0、Y1最高可达100kHz，指令丰富，可很好地和EP100匹配。以下就对设备的定位定速冲孔做详细的解说，而贴胶动作实质和冲孔的电气及程序设计相同，不作复述。
伺服电机与公模传动采用时规皮带传动，转速比为1/1。为提工作效率机械厂家要求公模的1个圆周运动中A点到B点（1/4R）速度与料带速度V1相同，而B点到A点（3/4R）速度以电机最高转速Vmax运行；完成1个圆周运动后等待第2个圆周运转的命令。系统调试主要问题点为对料带速度V1的测定和圆周运动的变速定位控制。料带速度的测定可用如下方法测定：将一编码器置于料带上，编码器和料带同步運转。编码器的输出端A、B相接于PLC的高速计数输入点X0、X1。单位时间采集到的数值C251就是角速度ω，再根据线速度的公式：V=ωR 。即得到料带的线速度V1。C251为2相脉冲输入计数器，编码器采用增量型编码器，解析度600PRM。既每转有600个脉冲发出，计数器C251通过X0、X1得到值600。
2.设计方案
（1）PLC程序的编写及伺服参数的设定
伺服系统主要参数设置：
PA4=2：控制方式选择为定位控制；PA12=1位置指令脉冲分频分子设定1；PA13=1位置指令脉冲分频分母设定1；PA14=2位置指令脉冲输入方式为单路驱动；PA23=3000最高转速设定3000RPM。
（2）PLC内部元件的指定：
X3 色标信号；M10 伺服1/4R运转；
M11 伺服3/4R运转；
T1 速度转换间隔时间；
D231 料带同步速度V1；
D233 伺服电机速度；
D235 伺服电机位置；
D237 调试时监看Y0的脉冲数；
D8040 Y0输出脉冲数；
Y0 伺服驱动器脉冲；
Y2 伺服启动。
（PLC部分程序梯形图如图3：
3.工作过程
当色标传感器X3接收到信号时，将M10接通，伺服电机被驱动。为保持电机的1/4R运转，必须将色标信号X3锁住。程序采用Y0输出脉冲数累计D8040的数值范围来保证X3瞬时动作后能执行动作。M10接通后，伺服的速度D233=D231和位置D235=2500被指定。当电机完成1/4R后M11接通，伺服的速度D233=100K和位置D235=7500被指定，进入3/4R运行。此时电机以伺服最高转速Vmax运行，直到3/4R结束。T1的作用是把M11和M10的动作时间分开，保证速度及位置的切换能正常动作。
使用PLSR（带加减速脉冲输出）时需注意此指令执行动作时D233（脉冲输出频率）值不能更改，D235为输出输脉冲数。为配合变速的定位的目的，PLSR执行一周（4/4R）动作须分2次执行，既1/4R和3/4R。第1次执行D233值为料带的线速度V1，第2次执行时D233的值为100K，此时PLC的高速输出点Y0以100KHz的频率送出脉冲。伺服电机的加减速时间可从伺服驱动器参数PA40做修改，也可修改DPLSR指令中的K3的值。
4.方案调试
程序编写完成后开始设备送电调试，在调试时主要观察电机做1周运转的位置偏差以及电机在冲孔时和料带的速度偏差；位置偏差和公模的惯性有关系，若运行时发现公模位置有偏差，可放大加减速时间常数K3以使电机启停达到最佳效果。否则更改伺服系统的功率。频率调整主要是PLC的输出频率和伺服接收的频率的配合。FX1S的Y0输出频率最高可达100KHz，计算可得伺服得转速可达600RPM。
二、结语
PLC在变频驱动系统中能达到较稳定地工作而不受伺服变频的干扰，并且采用PLC给程序调试带来方便，缩短产品开发周期。在程序中采用控制输出点的脉冲数和脉冲频率来控制电机的转速和位置，而不使用定位模块如1PG、10GM从而降低成本。
参考文献：
[1] EP100系列交流伺服驱动器使用说明书（第六版）武汉迈信电气技术有限公司
[2] 邓松主编.可编程逻辑控制器综合应用技术。北京：机械工业出版社，2010。
[3] 三菱FX1S系列微型可编程控制器编程手册。三菱电机。
关键词：定位控制；变速定位；伺服系统；裁切系统
在彩印加工后段工序，包装袋的生产工艺流程是将料带上半成品通过滚筒冲孔、贴胶片、收料的过程。料带冲孔使用2个圆筒（公模和母模）滚动。当料带色标点（1个料袋都有1个色标点）通过光标传感器A时，公模将按照料带的线速度V1转动一周，即执行一周的循环动作；贴胶片动作采用定长度送胶带，当色标传感器A接收信号时，胶带带动轮将按照料带的线速度V1转动，色标传感器B检测到第2个信号到达时胶带带动轮等待第2个循环动作。放料轮采用力矩电机控制，保证收料时料带的张力恒定。收料轮速度采用变频器调速控制，使系统运行的速度可调。
一、工程设计：
1.系统控制要求
原来设计的系统使用步进电机带动，步进电机解析度Qs=400脉冲/转，最高接收频率Fs=1KHZ，最高响应速度Vs=Fs/Qs=（1000*60）/400=150RPM。实际使用中客户反映设备生产效率低，最快每分钟也只能能冲30个孔，步进电机低速噪音大，冲孔定位精度低。种种不良效果使得不得不对设备进行改造。考虑到伺服电机的高速响应及高精度的位置控制，选用伺服驱动代替步进驱动可使所以上的不良反映得到解决。武汉迈信电气生产的EP100系列可满足控制要求，性价比较高，其最高接收频率可达100KHz，伺服电机编码器解析度为10000，设定速度可大于3000RPM，有可设定加减速时间参数等。定位及速度信号发生器采用三菱FX1S系列PLC：FX1S-14MT，内置2点高速晶体管输出Y0、Y1最高可达100kHz，指令丰富，可很好地和EP100匹配。以下就对设备的定位定速冲孔做详细的解说，而贴胶动作实质和冲孔的电气及程序设计相同，不作复述。
伺服电机与公模传动采用时规皮带传动，转速比为1/1。为提工作效率机械厂家要求公模的1个圆周运动中A点到B点（1/4R）速度与料带速度V1相同，而B点到A点（3/4R）速度以电机最高转速Vmax运行；完成1个圆周运动后等待第2个圆周运转的命令。系统调试主要问题点为对料带速度V1的测定和圆周运动的变速定位控制。料带速度的测定可用如下方法测定：将一编码器置于料带上，编码器和料带同步運转。编码器的输出端A、B相接于PLC的高速计数输入点X0、X1。单位时间采集到的数值C251就是角速度ω，再根据线速度的公式：V=ωR 。即得到料带的线速度V1。C251为2相脉冲输入计数器，编码器采用增量型编码器，解析度600PRM。既每转有600个脉冲发出，计数器C251通过X0、X1得到值600。
2.设计方案
（1）PLC程序的编写及伺服参数的设定
伺服系统主要参数设置：
PA4=2：控制方式选择为定位控制；PA12=1位置指令脉冲分频分子设定1；PA13=1位置指令脉冲分频分母设定1；PA14=2位置指令脉冲输入方式为单路驱动；PA23=3000最高转速设定3000RPM。
（2）PLC内部元件的指定：
X3 色标信号；M10 伺服1/4R运转；
M11 伺服3/4R运转；
T1 速度转换间隔时间；
D231 料带同步速度V1；
D233 伺服电机速度；
D235 伺服电机位置；
D237 调试时监看Y0的脉冲数；
D8040 Y0输出脉冲数；
Y0 伺服驱动器脉冲；
Y2 伺服启动。
（PLC部分程序梯形图如图3：
3.工作过程
当色标传感器X3接收到信号时，将M10接通，伺服电机被驱动。为保持电机的1/4R运转，必须将色标信号X3锁住。程序采用Y0输出脉冲数累计D8040的数值范围来保证X3瞬时动作后能执行动作。M10接通后，伺服的速度D233=D231和位置D235=2500被指定。当电机完成1/4R后M11接通，伺服的速度D233=100K和位置D235=7500被指定，进入3/4R运行。此时电机以伺服最高转速Vmax运行，直到3/4R结束。T1的作用是把M11和M10的动作时间分开，保证速度及位置的切换能正常动作。
使用PLSR（带加减速脉冲输出）时需注意此指令执行动作时D233（脉冲输出频率）值不能更改，D235为输出输脉冲数。为配合变速的定位的目的，PLSR执行一周（4/4R）动作须分2次执行，既1/4R和3/4R。第1次执行D233值为料带的线速度V1，第2次执行时D233的值为100K，此时PLC的高速输出点Y0以100KHz的频率送出脉冲。伺服电机的加减速时间可从伺服驱动器参数PA40做修改，也可修改DPLSR指令中的K3的值。
4.方案调试
程序编写完成后开始设备送电调试，在调试时主要观察电机做1周运转的位置偏差以及电机在冲孔时和料带的速度偏差；位置偏差和公模的惯性有关系，若运行时发现公模位置有偏差，可放大加减速时间常数K3以使电机启停达到最佳效果。否则更改伺服系统的功率。频率调整主要是PLC的输出频率和伺服接收的频率的配合。FX1S的Y0输出频率最高可达100KHz，计算可得伺服得转速可达600RPM。
二、结语
PLC在变频驱动系统中能达到较稳定地工作而不受伺服变频的干扰，并且采用PLC给程序调试带来方便，缩短产品开发周期。在程序中采用控制输出点的脉冲数和脉冲频率来控制电机的转速和位置，而不使用定位模块如1PG、10GM从而降低成本。
参考文献：
[1] EP100系列交流伺服驱动器使用说明书（第六版）武汉迈信电气技术有限公司
[2] 邓松主编.可编程逻辑控制器综合应用技术。北京：机械工业出版社，2010。
[3] 三菱FX1S系列微型可编程控制器编程手册。三菱电机。