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【摘 要】本项目采用OMRON公司新型PLC及台达伺服控制系统，对搬运设备进行定位控制，提高了设备的控制精度同时又降低了设备的投资成本，方便了工序的操作。
【关键词】可编程控制器 HMI 伺服放大器
一、引言
随着伺服控制技术的发展，对于过去由液压马达或者变频器进行定位的设备，逐步被控制精度更高的伺服控制系统所取代，其定位精度高等优点极大的提升工厂技术装备的水平，为工厂的质量控制及效益的最大化创造了有力的条件。随着工业技术水平的不断提高，伺服控制也将成为传动和控制的主要方向之一。
二、方案确定
（一）执行机构的选型。步进电机的优点是价格要比交流伺服电机便宜，缺点是它高速力矩特性较软，会限制运行速度的提高，从而影响机器的工作效率的提高。而交流伺服电机则能够胜任高速运行，我们的生产线对搬运中的要求是定位准确精而且运动频繁故障率低，所以我们选择伺服系统作为控制部件。本系统采用2台伺服电机控制，一台控制水平运动，一台控制上下运动。选用台达的ASDA系列伺服系统。
（二）控制系统的选型。专门的数控系统优点是功能很全面，适用于复杂的运动控制，价格比较高，微型计算机+运动控制卡这种方案，硬件成本比前者要低一些，但是控制软件的稳定性对操作系统依赖性很强，操作系统一旦瘫痪，将直接影响生产的进行。HMI和PLC 本来就是面向工业环境设计的高稳定性产品，物理尺寸非常适合安装在小型设备上，价格上也比较便宜。控制软件开发采用简单易学的梯形图语言，控制系统软件的开发，调试很容易，PLC运行非常稳定，几乎不需要程序维护。比较而言： HMI+PLC的方案应该是最好的选择。
三、硬件系统
硬件方案图：
（一）控制回路。包括按钮，指示灯等。二次回路采用DC24V，串入急停按钮控制动力回路接触器，直接控制供电系统的安全运行。
（二）HMI系统。HMI是整个机器与操作人员进行交流的界面，要考虑方便操作，外形美观大方。这里选用威纶通的MT6070IH真彩触摸屏，荧屏宽大，文字清晰，颜色丰富。数据的设定、存储、记录、机器的运行都很方便。HMI与PLC采用RS232串行通信连接。
（三）PLC系统。PLC是整个控制系统的核心，它联系着HMI和伺服驱动系统的运行，要求性能可靠，功能上要能够方便的实现与HMI和伺服驱动系统的连接。本系统选用欧姆龙的CP1H系列PLC。CPU内置2路100KHz高速脉冲输出，实现X轴，Z轴的运动控制。开关量输入/输出各选用一个16路输入/输出模块。设备的整个工艺流程的控制主要采用梯形图语言编写程序来实现。可通过指令，从CPU 单元的内置输出对脉冲输出信号进行输出，并通过接收脉冲输入的伺服电机或步进电机，执行定位或速度控制。在梯形图程序中，从已连接到通用输入的CW 限位传感器和CCW 限位传感器接收信号，通过OUT 指令写入辅助区位。必须从已连接到通用输入的外部传感器接收信号，并通过用户程序写入辅助区。可通过PULS 或PLS2 指令中的操作数指定脉冲输出类型。预先设定目标频率、起始频率、加/ 减速率、方向，执行定位控制。当通过ORG 指令执行原点搜索时，输出脉冲以实际运转电机，并通过表示原点接近和原点位置的输入信号来定义原点位置。可从伺服电机的内置Z 相信号或外部传感器接收表示原点位置的输入信号。
（四）伺服驱动系统。伺服驱动器和交流伺服电机，X轴、Z轴各一套。伺服驱动系统选用台达的伺服驱动系统，这里采用“脉冲+方向”控制模式，接线从PLC的高速脉冲输出口引出，接入伺服驱动器的脉冲输入口，以及方向信号。ASDA-B2 系列为一开放型伺服驱动器。驱动器利用精密的反馈控制及结合高速运算能力的数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP），控制IGBT 产生精确的电流输出，用来驱动三相永磁式同步交流伺服电机（PMSM）达到精准定位。
（五）传感器。为了保证各个轴的正常和安全的运行，需要在每个轴的两端分别安装一个接近开关，作为轴的极限位置传感器，防止运行范围超出，造成设备损坏。本设备所有的伺服控制系统均采用绝对坐标，在每个轴上还要单独设置一个零点开关，作为坐标轴的零点位置。
四、PLC软件系统
软件采用梯形图语言编写，并且按照功能做出以下分段，以便于以后的程序维护：
信号输入段：负责输入信号的采集和管理。
数据管理段：负责HMI与PLC之间的数据传输，存储和调用管理，还包括传递从HMI上发出的操作指令。
脉冲输出段：负责PLC对伺服系统发出正确的脉冲指令，确保交流伺服电机按照规定的方向和位置进行运动。
逻辑控制段：负责整个工艺流程的逻辑控制，对丝杠等机械执行机构进行控制，保证动作按程序正常执行。
信号输出段：负责所有需要输出的信号进行管理和逻辑转换。
五、注意事项
交流伺服系统是强电系统而且是高电磁辐射源，而PLC，HMI以及它们之间的通信连接是典型的弱电系统，很容易受到强电磁辐射的干扰，因此在硬件布置上要尽量增加强电系统与弱电系统之间的安装距离，减少电磁干扰带来的不利影响。同时考虑通信电缆与动力电缆之间的安装方式，一般遵循这样的原则：通信电缆采用屏蔽电缆，并且要单点屏蔽层接地；交流伺服的动力电缆最好也要屏蔽，并且在伺服驱动器的这一端进行屏蔽层接地，电缆长度尽量的短；通信电缆与动力电缆尽量避免近距离平行布线。
六、结语
HMI+PLC+伺服系统是一个典型的小型的数控系统。它价格比常规的数控系统相比较，价格低廉，界面友好，功能强大，精度高，特别适合于小型机床上使用。
经实际使用验证表明：这种系统性能非常稳定可靠，工况良好，加工出的产品質量合格稳定。
【关键词】可编程控制器 HMI 伺服放大器
一、引言
随着伺服控制技术的发展，对于过去由液压马达或者变频器进行定位的设备，逐步被控制精度更高的伺服控制系统所取代，其定位精度高等优点极大的提升工厂技术装备的水平，为工厂的质量控制及效益的最大化创造了有力的条件。随着工业技术水平的不断提高，伺服控制也将成为传动和控制的主要方向之一。
二、方案确定
（一）执行机构的选型。步进电机的优点是价格要比交流伺服电机便宜，缺点是它高速力矩特性较软，会限制运行速度的提高，从而影响机器的工作效率的提高。而交流伺服电机则能够胜任高速运行，我们的生产线对搬运中的要求是定位准确精而且运动频繁故障率低，所以我们选择伺服系统作为控制部件。本系统采用2台伺服电机控制，一台控制水平运动，一台控制上下运动。选用台达的ASDA系列伺服系统。
（二）控制系统的选型。专门的数控系统优点是功能很全面，适用于复杂的运动控制，价格比较高，微型计算机+运动控制卡这种方案，硬件成本比前者要低一些，但是控制软件的稳定性对操作系统依赖性很强，操作系统一旦瘫痪，将直接影响生产的进行。HMI和PLC 本来就是面向工业环境设计的高稳定性产品，物理尺寸非常适合安装在小型设备上，价格上也比较便宜。控制软件开发采用简单易学的梯形图语言，控制系统软件的开发，调试很容易，PLC运行非常稳定，几乎不需要程序维护。比较而言： HMI+PLC的方案应该是最好的选择。
三、硬件系统
硬件方案图：
（一）控制回路。包括按钮，指示灯等。二次回路采用DC24V，串入急停按钮控制动力回路接触器，直接控制供电系统的安全运行。
（二）HMI系统。HMI是整个机器与操作人员进行交流的界面，要考虑方便操作，外形美观大方。这里选用威纶通的MT6070IH真彩触摸屏，荧屏宽大，文字清晰，颜色丰富。数据的设定、存储、记录、机器的运行都很方便。HMI与PLC采用RS232串行通信连接。
（三）PLC系统。PLC是整个控制系统的核心，它联系着HMI和伺服驱动系统的运行，要求性能可靠，功能上要能够方便的实现与HMI和伺服驱动系统的连接。本系统选用欧姆龙的CP1H系列PLC。CPU内置2路100KHz高速脉冲输出，实现X轴，Z轴的运动控制。开关量输入/输出各选用一个16路输入/输出模块。设备的整个工艺流程的控制主要采用梯形图语言编写程序来实现。可通过指令，从CPU 单元的内置输出对脉冲输出信号进行输出，并通过接收脉冲输入的伺服电机或步进电机，执行定位或速度控制。在梯形图程序中，从已连接到通用输入的CW 限位传感器和CCW 限位传感器接收信号，通过OUT 指令写入辅助区位。必须从已连接到通用输入的外部传感器接收信号，并通过用户程序写入辅助区。可通过PULS 或PLS2 指令中的操作数指定脉冲输出类型。预先设定目标频率、起始频率、加/ 减速率、方向，执行定位控制。当通过ORG 指令执行原点搜索时，输出脉冲以实际运转电机，并通过表示原点接近和原点位置的输入信号来定义原点位置。可从伺服电机的内置Z 相信号或外部传感器接收表示原点位置的输入信号。
（四）伺服驱动系统。伺服驱动器和交流伺服电机，X轴、Z轴各一套。伺服驱动系统选用台达的伺服驱动系统，这里采用“脉冲+方向”控制模式，接线从PLC的高速脉冲输出口引出，接入伺服驱动器的脉冲输入口，以及方向信号。ASDA-B2 系列为一开放型伺服驱动器。驱动器利用精密的反馈控制及结合高速运算能力的数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP），控制IGBT 产生精确的电流输出，用来驱动三相永磁式同步交流伺服电机（PMSM）达到精准定位。
（五）传感器。为了保证各个轴的正常和安全的运行，需要在每个轴的两端分别安装一个接近开关，作为轴的极限位置传感器，防止运行范围超出，造成设备损坏。本设备所有的伺服控制系统均采用绝对坐标，在每个轴上还要单独设置一个零点开关，作为坐标轴的零点位置。
四、PLC软件系统
软件采用梯形图语言编写，并且按照功能做出以下分段，以便于以后的程序维护：
信号输入段：负责输入信号的采集和管理。
数据管理段：负责HMI与PLC之间的数据传输，存储和调用管理，还包括传递从HMI上发出的操作指令。
脉冲输出段：负责PLC对伺服系统发出正确的脉冲指令，确保交流伺服电机按照规定的方向和位置进行运动。
逻辑控制段：负责整个工艺流程的逻辑控制，对丝杠等机械执行机构进行控制，保证动作按程序正常执行。
信号输出段：负责所有需要输出的信号进行管理和逻辑转换。
五、注意事项
交流伺服系统是强电系统而且是高电磁辐射源，而PLC，HMI以及它们之间的通信连接是典型的弱电系统，很容易受到强电磁辐射的干扰，因此在硬件布置上要尽量增加强电系统与弱电系统之间的安装距离，减少电磁干扰带来的不利影响。同时考虑通信电缆与动力电缆之间的安装方式，一般遵循这样的原则：通信电缆采用屏蔽电缆，并且要单点屏蔽层接地；交流伺服的动力电缆最好也要屏蔽，并且在伺服驱动器的这一端进行屏蔽层接地，电缆长度尽量的短；通信电缆与动力电缆尽量避免近距离平行布线。
六、结语
HMI+PLC+伺服系统是一个典型的小型的数控系统。它价格比常规的数控系统相比较，价格低廉，界面友好，功能强大，精度高，特别适合于小型机床上使用。
经实际使用验证表明：这种系统性能非常稳定可靠，工况良好，加工出的产品質量合格稳定。