模拟量控制和位置控制

PLC综述可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,是一种以微处理器为基础、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术的新一代工业控制装置。

它能够存储和执行指令，进行位置控制、逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是电子技术、计算机技术与继电器逻辑自动控制系统相结合的产物。

它不仅充分发挥了计算机的优点，以满足各种工业生产过程自动控制的需要，同时又照顾一般电气操作人员的技术水平和习惯，采用梯形图或状态流程图等编辑方式，使PLC的使用始终保持大众化的特点。

PLC可以用于单台机电设备的控制，也可以用于生产流水线的控制。

使用者可根据生产过程和工艺要求编制控制程序。

程序运行后，PLC就根据现场输入信号（按钮、行程开关、接近开关或其他传感信号）按照预先编入的程序对执行机构（如电磁阀、电动机等）的动作进行控制。

一、PLC简介及其特点：1、PLC简介:可编程控制器（Programmable Logic Controller ，简称PLC，下同）是电气自动控制的新技术，目前公开发行适用于技校的教材较少，给广大师生的学习带来诸多不便。

本文介绍PLC的编程设计方案，使电气工程技术人员特别是初学者对PLC技术加深了解和认识；同时帮助学生更好地解决学习PLC技术中最难掌握的编程难题，达到能够牢固掌握、熟练运用、提高应用设计能力和加快推广应用的目的。

程序设计是整个系统设计的关键环节，在PLC程序设计中，可采用梯形图、指令表、SFC（程序流程图）进行编程。

2、可编程控制器的主要功能这是PLC的基本功能，也是最广泛的应用，如机车的电气控制、包装机械的控制、电梯的控制等（1）用于模拟量的控制：PLC通过模拟量I/O模块，实现模数转换，并对模拟量进行控制。

如闭环系统的过程控制、位置控制和速度控制（2）用于工业机器人的控制：PLC作为一种工业控制器，适用于工业机器人。

伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

在不同场景下，伺服电机的控制方式各有不同，在进行选择之前你需要先了解伺服电机是三种控制方式各有其特点，下面小编就给大家介绍一下伺服电机的三种控制方式。

伺服电机控制方式有脉冲、模拟量和通讯控制这三种1、伺服电机脉冲控制方式在一些小型单机设备，选用脉冲控制实现电机的定位，应该是最常见的应用方式，这种控制方式简单，易于理解。

基本的控制思路：脉冲总量确定电机位移，脉冲频率确定电机速度。

都是脉冲控制，但是实现方式并不一样：第一种，驱动器接收两路(A、B路)高速脉冲，通过两路脉冲的相位差，确定电机的旋转方向。

如上图中，如果B相比A相快90度，为正转；那么B相比A相慢90度，则为反转。

运行时，这种控制的两相脉冲为交替状，因此我们也叫这样的控制方式为差分控制。

具有差分的特点，那也说明了这种控制方式，控制脉冲具有更高的抗干扰能力，在一些干扰较强的应用场景，优先选用这种方式。

但是这种方式一个电机轴需要占用两路高速脉冲端口，对高速脉冲口紧张的情况，比较尴尬。

第二种，驱动器依然接收两路高速脉冲，但是两路高速脉冲并不同时存在，一路脉冲处于输出状态时，另一路必须处于无效状态。

选用这种控制方式时，一定要确保在同一时刻只有一路脉冲的输出。

两路脉冲，一路输出为正方向运行，另一路为负方向运行。

和上面的情况一样，这种方式也是一个电机轴需要占用两路高速脉冲端口。

第三种，只需要给驱动器一路脉冲信号，电机正反向运行由一路方向IO信号确定。

这种控制方式控制更加简单，高速脉冲口资源占用也最少。

在一般的小型系统中，可以优先选用这种方式。

2、伺服电机模拟量控制方式在需要使用伺服电机实现速度控制的应用场景，我们可以选用模拟量来实现电机的速度控制，模拟量的值决定了电机的运行速度。

模拟量有两种方式可以选择，电流或电压。

电压方式，只需要在控制信号端加入一定大小的电压即可。

实现简单，在有些场景使用一个电位器即可实现控制。

《电气控制与PLC控制技术》课程教学大纲一、课程的地位、作用和任务《电气控制与PLC控制技术》是自动化、机电类等专业的一门核心课程，是集计算机技术、自动控制技术和网络通信技术于一体的综合性课程。

通过学习使学生掌握常用电器的使用、控制电路的基本环节、常见故障分析、PLC的构成、指令系统及编程方法，形成控制电路的设计、安装、调试、故障处理能力和应用可编程控制器实现电气自动控制要求的能力。

二、教学内容及教学要求（一）常用低压电器1．知识点和教学要求（1）掌握各种常用低压电器的工作原理，图形和文字符号及使用方法。

（2）理解各种常用低压电器的组成和结构特点。

（3）了解各种常用低压电器的一般技术指标。

2．能力培养要求使学生具有选择和使用各种常用低压电器的能力和简单故障判断能力。

（二）电气控制电路的基本控制环节1．知识点和教学要求（1）掌握电气控制原理图的基本知识和绘图方法，电动机启动和制动控制方法，各种保护环节，控制系统中常用的控制原则。

（2）理解三相绕线式异步电动机的启动控制方法。

（3）了解直流电动机的启动、反转、调速和制动的控制方法。

2．能力培养要求使学生具有分析和设计简单电气控制电路图的能力。

（三）常用机床电气控制系统1．知识点和教学要求（1）掌握阅读和分析电气控制原理的方法和步骤。

（2）理解常用机床电气控制原理。

（3）了解常用机床电气控制系统故障分析。

2．能力培养要求培养学生具有阅读和分析电气控制原理图的能力、常见电气故障诊断和分析的能力。

（四）桥式起重机电气控制1．知识点和教学要求（1）理解桥式起重机的电气控制原理，凸轮控制器和主令控制器的工作原理。

（2）了解桥式起重机的结构、电气控制要求、电动机的几种工作状态。

2．能力培养要求使学生初步具有分析和操作桥式起重机电气控制线路的能力。

（五）可编程控制器概述1．知识点和教学要求（1）理解PLC的定义和特点。

（2）了解PLC的来源、应用范围、发展趋势以及在工业自动控制领域中的地位和作用。

PLC编程的3大量：开关量、模拟量、脉冲量讲解1、 开关量也称逻辑量，指仅有两个取值，0或1、ON或OFF（开关量只有两种状态0/1，包括开入量和开出量，反映的是状态）。

它是最常用的控制，对它进行控制是PLC的优势，也是PLC最基本的应用。

开关量控制的目的是，根据开关量的当前输入组合与历史的输入顺序，使PLC产生相应的开关量输出，以使系统能按一定的顺序工作。

所以，有时也称其为顺序控制。

而顺序控制又分为手动、半自动或自动。

而采用的控制原则有分散、集中与混合控制三种。

2、 模拟量是指一些连续变化的物理量（数字量是不连续的。

反映的是电量测量数值），如电压、电流、压力、速度、流量等。

PLC是由继电控制引入微处理技术后发展而来的，可方便及可靠地用于开关量控制。

由于模拟量可转换成数字量，数字量只是多位的开关量，故经转换后的模拟量，PLC也完全可以可靠的进行处理控制。

由于连续的生产过程常有模拟量，所以模拟量控制有时也称过程控制。

模拟量多是非电量，而PLC只能处理数字量、电量。

所有要实现它们之间的转换要有传感器，把模拟量转换成数电量。

如果这一电量不是标准的，还要经过变送器，把非标准的电量变成标准的电信号，如4—20mA、1—5V、0—10V等等。

同时还要有模拟量输入单元(A/D)，把这些标准的电信号变换成数字信号。

模拟量输出单元(D/A)，以把PLC处理后的数字量变换成模拟量——标准的电信号。

所以标准电信号、数字量之间的转换就要用到各种运算。

这就需要搞清楚模拟量单元的分辨率以及标准的电信号。

例如：PLC模拟单元的分辨率是1/32767，对应的标准电量是0—10V，所要检测的是温度值0—100℃。

那么0—32767对应0—100℃的温度值。

然后计算出1℃所对应的数字量是327.67。

如果想把温度值精确到0.1℃，把327.67/10即可。

模拟量控制包括：反馈控制、前馈控制、比例控制、模糊控制等。

这些都是PLC内部数字量的计算过程。

PLC通用数据寄存器D数据寄存器(D)在模拟量检测与控制以及位置控制等场合用来储存数据和参数，数据寄存器可储存16位二进制数或一个字，两个数据寄存器合并起来可以存放32位数据(双字)，在：D0和D1组成的双字中，D0存放低16位，D1存放高16位。

字或双字的最高位为符号位，该位为0时数据为正，为1时数据为负。

将数据写入通用数据寄存器后，其值将保持不变，直到下一次被改写。

PLC从RUN状态进入STOP状态时，所有的通用数据寄存器的值被改写为0。

如果特殊辅助继电器M8033为ON，PLC从RUN状态进入STOP状态时，通用数据寄存器的值保持不变PLC在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器存储数据和参数。

数据寄存器为16位，最高位为符号位。

可用两个数据寄存器来存储32位数据，最高位仍为符号位。

数据寄存器有以下几种类型：1．通用数据寄存器（D0～D199）共200点。

当M8033为ON时，D0～D199有断电保护功能；当M8033为OFF时则它们无断电保护，这种情况PLC由RUN →STOP或停电时，数据全部清零。

2.断电保持数据寄存器（D200～D7999）共7800点，其中D200～D511（共12点）有断电保持功能，可以利用外部设备的参数设定改变通用数据寄存器与有断电保持功能数据寄存器的分配；D490～D509供通信用；D512～D7999的断电保持功能不能用软件改变，但可用指令清除它们的内容。

根据参数设定可以将D1000以上做为文件寄存器。

3.特殊数据寄存器（D8000～D8255）共256点。

特殊数据寄存器的作用是用来监控PLC的运行状态。

如扫描时间、电池电压等。

未加定义的特殊数据寄存器，用户不能使用。

具体可参见用户手册。

4.变址寄存器（V/Z）FX2N系列PLC有V0～V7和Z0～Z7共16个变址寄存器，它们都是16位的寄存器。

变址寄存器V/Z实际上是一种特殊用途的数据寄存器，其作用相当于微机中的变址寄存器变，用于改变元件的编号（变址），例如V0=5，则执行D20V0时，被执行的编号为D25（D20+5）。

伺服控制的三种模式一般伺服都有三种控制方式:速度控制方式,转矩控制方式,位置控制方式，速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的.位置控制是通过发脉冲来控制的.具体采用什么控制方式要根据客户的要求,满足何种运动功能来选择. 如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。

如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。

如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。

如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。

就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。

对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。

那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。

如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。

一般说驱动器控制的好不好，每个厂家的都说自己做的最好，但是现在有个比较直观的比较方式，叫响应带宽。

当转矩控制或者速度控制时，通过脉冲发生器给他一个方波信号，使电机不断的正转、反转，不断的调高频率，示波器上显示的是个扫频信号，当包络线的顶点到达最高值的70.7%时，表示已经失步，此时的频率的高低，就能显示出谁的产品牛了，一般的电流环能作到1000Hz 以上，而速度环只能作到几十赫兹。

换一种比较专业的说法：运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环速度环位置环。

1、首先电流环：电流环的输入是速度环PID调节后的那个输出，我们称为“电流环给定”吧，然后呢就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做PID调节输出给电机，“电流环的输出”就是电机的每相的相电流，“电流环的反馈”不是编码器的反馈而是在驱动器内部安装在每相的霍尔元件（磁场感应变为电流电压信号）反馈给电流环的。

PLC的用途目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

1、开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑2、模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3、运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4、过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

5、数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

伺服电机如何选择脉冲模拟量通讯三种控制方式伺服电机的控制方式有多种，包括脉冲控制、模拟量控制和通讯控制等。

不同的控制方式适用于不同的应用场景和需求。

下面将对这三种控制方式进行详细的介绍和比较。

一、脉冲控制脉冲控制是一种传统的控制方式，它通过输出脉冲信号来控制伺服电机的转动。

脉冲控制的原理是通过控制脉冲的频率和脉冲的宽度来实现对电机的转速和位置的控制。

脉冲控制比较简单，成本较低，广泛应用于一些简单的机械设备控制中。

但是脉冲控制的精度有限，无法实现高精度的控制，且对于复杂的控制场景，如多轴协作控制，脉冲控制无法满足需求。

二、模拟量控制模拟量控制是通过输出模拟信号来控制伺服电机的转动。

模拟量控制可以通过调节控制信号的电压或电流来控制电机的转速和位置。

相比脉冲控制，模拟量控制具有更高的精度和控制范围，适用于一些对精度要求较高的应用场景，如半导体设备、医疗设备等。

三、通讯控制通讯控制是一种基于通信协议的控制方式，它通过与伺服电机进行通信来实现对电机的控制。

通讯控制可以实现更高的控制精度和更复杂的控制功能，可以实现多轴协作控制、多点位置控制等。

通讯控制主要有两种方式：一种是通过现场总线协议如CANopen、Modbus等来实现通讯控制；另一种是通过以太网通讯实现控制。

通讯控制的优点是可以实现多种控制方式的切换，灵活性高，但成本相对较高。

选择脉冲、模拟量或通讯三种控制方式，需要根据具体的应用场景和需求综合考虑。

对于精度要求不高、功能简单的应用，如一些简单的自动化设备，脉冲控制是一个不错的选择，因为它成本低、操作简单。

对于对精度要求较高的应用，如半导体设备、医疗设备等，模拟量控制是更好的选择，因为它可以实现更高的控制精度。

对于复杂的控制场景，如多轴协作控制、多点位置控制等，通讯控制是最适合的选择，因为它可以实现更复杂的控制功能。

总之，选择脉冲、模拟量或通讯三种控制方式需要根据具体的应用场景和需求综合考虑，以达到最佳的控制效果。

《电器控制与PLC技术》习题集简答题1.什么是功能指令？有何作用？答：1）功能指令的表现形式图13-2 功能指令基本形式（1) [S﹒]叫做源操作数，其内容不随指令执行而变化，在可利用变址修改软元件的情况下，用加“﹒”符号的[S﹒]表示，源的数量多时，用[S1﹒][S2﹒]等表示（2) [D﹒]叫做目标操作数，其内容随指令执行而改变，如果需要变址操作时，用加“﹒”的符号[D﹒]表示，目标的数量多时，用[D1﹒][D2﹒]等表示。

(3) [n﹒]叫做其他操作数，既不作源操作数，又不作目标操作数，常用来表示常数或者作为源操作数或目标操作数的补充说明。

可用十进制的K、十六进制的H和数据寄存器D来表示。

在需要表示多个这类操作数时，可用[n1]、[n2]等表示，若具有变址功能，则用加“﹒”的符号[n﹒]表示。

此外其他操作数还可用[m]来表示。

2）功能指令又称应用指令，实际上是一个个功能不同的子程序，采用了计算机通用的助记符形式。

按功能号(FNC00~FNC99)编排，每条功能指令都有一助记符。

2.什么叫“位”软元件？什么叫“字”软元件？有什么区别？答：（1）“位”软元件：处理断开和闭合状态的元件为位软元件；（2）“字”软元件：处理16位数据的元件为字软元件。

（3）由位软元件组合起来也可以构成字软元件，进行数据处理；每4个位软元件为一组，组合成一个单元，位软元件的组合由Kn（n在1至7之间）加首元件来表示。

如KnY 、KnX等，K1Y0表示由Y0、Y1、Y2 、Y3组成的4位字软元件；K4M0表示由M0——M15组成的十六位字软元件。

3.数据寄存器有哪些类型？具有什么特点？试简要说明答：PLC在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器存储数据和参数(存放操作数、运算结果和运算的中间结果)。

数据寄存器为16位，最高位为符号位。

可用两个数据寄存器来存储32位数据，最高位仍为符号位。

数据寄存器有以下几种类型：1)．通用数据寄存器（D0～D199）共200点。

书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
伺服驱动器的控制方式
【中国技术前沿】一般伺服都有三种控制方式：位置控制方式、转矩控制方式、速度控制方式。

伺服驱动器的控制方式
1、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来
确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值，由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。

2、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地
址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。

应用主要在对材质的手里有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如
绕线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速
度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。

位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。

如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然
是用转矩模式。

专注下一代成长，为了孩子。

PLC控制步进电机进行位置控制浅析摘要:步进电机在开环位置控制系统中具有控制精度高、控制简单、不易失步等优点。

本文介绍了PLC对步进电机的控制方法。

关键词:PLC 步进电机位置控制步进电动机在开环位置控制系统中因其具有控制数度高(可精确到1度以下)、可靠性高、使用方便等优点,所以应用已十分普遍。

随着电力电子技术和计算机技术的发展,可编程序控制器有了突飞猛进的发展,其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围,它与计算机有效结合,可进行PID控制,具有远程通信通信功能等。

当前,PLC作为一种工业控制计算机来控制步进电机,具有系统构成简单,工程造价低,编程方便等优点,易于推广应用。

下图是PLC控制步进电机系统框图。

1 PLC的基本结构PLC采用典型的计算机结构,主要包括CPU、RAM、ROM和输入输出接口电路等。

如把PLC看作一个系统,该系统由输入变量-PLC-输出变量组成。

外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测信号均可作为PLC的输入变量,其经PLC外部输入端子到内部寄存器中,经PLC的CPU逻辑运算、处理后送至输出端子,由这些输出变量对外围设备进行各种控制。

现今,PLC生产厂家较多,较有影响且在中国市场占有较大份额的公司有德国西门子公司和日本三菱公司,本文以三菱公司的PLC为例,简述PLC控制步进电机进行位置控制的方法。

2 控制方法及研究2.1 控制方式PLC控制步进驱动器进行位置控制大致有如下4种方式:通过I/O 方式进行控制;通过模拟量输出进行控制;通过通信方式进行控制和通过高速脉冲方式进行控制。

当前常用的方式,就是下文所述的输出高速脉冲进行位置控制方式。

2.1.1 脉冲输出三菱FX-2N的输出端Y0,Y1可输出脉冲,脉冲频率可通过软件编程进行调节,其输出频率范围为2 Hz～20 kHz。

用作位置控制的高速脉冲输出是一个连续输出的周期性脉冲串,如图2所示。

图中,T为脉冲周期,t为脉冲ON(导通)时间,也称脉冲宽度。