基于小型PLC的模拟量接口位置伺服系统研究与实践

　　1 引言

　　目前，大多数PLC都提供位置控制功能。在小型PLC中，对于简单的点位控制，都内置了这种定位功能。硬件上提供2～3个高速脉冲输出口，软件上则提供了相应的定位指令。对于较为复杂的定位控制功能，小型PLC提供扩展定位模块。不管是内置的定位功能，还是扩展定位模块，PLC输出的定位信号都是脉冲信号，下位的伺服驱动单元必须提供脉冲输入接口来接收来自PLC的定位脉冲信号，从而完成定位驱动。

　　在小型PLC中，并不提供模拟量接口的伺服驱动控制功能。但是在工厂自动化应用实践中，常常需要模拟量接口的伺服驱动控制。如液压油缸的位置控制中，伺服阀的速度信号是正负10 V的模拟电压信号，小型PLC在这种应用场合就遇到了困难。再如，如果需要实现全闭环的位置伺服控制，小型PLC也缺少相应的控制对策。针对这一问题本文所讨论的是如何利用小型PLC已有的内置功能和扩展模块，用各类小型PLC最通用的方式，以最低的成本、最简洁的硬件配置、最简单的软件编制，最大程度地开发小型PLC的潜力，使小型PLC在这一控制场合发挥作用，实现模拟量接口的位置伺服控制。下面以三菱FX3U小型PLC为例进行讨论。

　　2 控制方案

　　2.1位置伺服经典控制方式

　　图1是传统的位置伺服控制原理结构框图。来自插补器的指令脉冲与来自实际位置测量回路的反馈脉冲进行比较，得到位置跟踪误差厶。该误差值反映了指令位置与实际位置之间的差值大小及方向(即可正可负)。由于后续的位置调节器是一个模拟元件构成的调节器(例如由运放构成的模拟Pl调节器)，所以作为位置调节器的输入信号，该误差值需要通过D/A转换成直流模拟信号。位置调节器的直流输出电压U。，是速度单元(即驱动单元)的输入信号。速度单元驱动运动部件前进后退，其速度由电压U。确定。在这个传统的位置伺服控制框图中，其核心是位置调节器，关键的控制过程就是位置调节器对位置跟踪误差进行调节控制，使运动部件的运动位置量尽可能接近指令位置值。

　　2.2小型PLC所构成的伺服控制模型

　　上述传统的位置伺服控制原理对于我们有很大的启发意义。上述控制原理框图中的一些控制单元在大多数小型PLC中都有对应资源或器件，我们可以根据位置伺服控制原理和小型PLC现成的资源来构建一个低成本、有实用价值的伺服控制系统。

　　图2为PLC位置伺服原理框图。与传统的位置伺服控制结构框图相比，位置调节器和D/A转换单元的位置换了一个位。这是因为在PLC中位置调节控制不可能是模拟式的，而一定是数字式的，是用PLC指令来实现的。所以位置调节器必定接受数字萤信号。在图2中，虚线部分是在PLC中实现的。PLC发出的指令脉冲与来自位置测量元件的位置反馈脉冲比较，其差值输入到位置调节器，调节器的输出信号经D/A模块输出到外部的伺服驱动单元。