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基于PLC的伺服电机运动控制系统设计

摘要：近年来，我国各个行业及领域广泛应用了PLC，对企业实现生产自动
化奠定了重要的基础。特别是PLC伺服电机运行控制系统的设计及实施，使电机
运动质量与效率得到了进一步提升。本文结合PLC伺服电机运行控制系统设计标

准，以S7-1200为例，利用对程序与硬件的设计，保证了运动控制的精准性。

关键词：PLC；伺服电机；运行控制

前言：伺服电机具有多重优点，如扛过载能力强、运行稳定、高速性能好以
及精准度高等，已广泛应用在企业生产中。但由于伺服电机大多使用的是NC数
控系统，不仅运行成本高，且控制系统极为复杂，无法有效对接以PLC为主的控
制器生产线，使得经济效益不是十分可观。故而，在生产自动化水平的进一步提
升下，为了最大程度保障产品精度性，就必须重视基础设计，通过对伺服电机运
行控制准确性的提升，全面改善系统的生产效率与性能，从而实现经济效益最大

化，降低企业的生产成本。

1基于PLC伺服电机控制系统设计分析

PLC控制系统是一种专门用于工业生产的数字运算操作电子装置，其应用了
一类可编程存储器，可满足内部存储、执行逻辑运算、顺序控制、定时、技术以
及算数操作等要求，可以说是工业控制的核心。就我国工业生产现状来看，大部
分依然是采用的步进电机运动系统，其应用的步进电机步距角最小为0.36°（与
电机转动一圈需要1000个脉冲相当），精度比较低，并且经常会出现失步问题，
难以满足高精度生产工艺。相比来讲伺服电机无论是在精度、速度、抗过载性能、
响应速度、运行稳定性以及运行温度等方面均具有更大优势。基于PLC进行伺服
电机控制系统的设计，可以在原来的步进电机运动系统基础上，做进一步的优化，
使得系统能够更好的适应高精度生产要求。其中需要就目前所应用NC数控系统
进行优化，解决其与PLC主控制器生产线无法有效对接的难题，满足高效生产的

核心要求。
2伺服电机控制系统分析

2.1运行控制模型

如图1所示，伺服电机运行控制模型可用于构建伺服电机运动控制系统。光
电传感器由SQ05和SQ1表示，处于运动控制的左右极限；微动开关由SQ7和SQ2
表示，位于运动轴的左右极限；NPN感应式传感器以SQ4、SQ3和SQ2为表示，可

实现金属滑块位置的感应测量。

图1运动控制模型

2.2运动控制要求

可以将伺服电机运行分为四个阶段进行分析：首先，找到SB1按钮并按下进
行启动，这时滑块可以随意在各位置上查找SQ4原点，当滑块在查找时遇到SQ1
和SQ5可以做到自动反转；其次，向右运动2厘米时，滑块会自动停止，暂停5
秒后再向左方向开始转塔运动，直到停留在SQ3位置；再次，持续5秒停止时间
后，会继续向左运行，到达SQ2位置后再次停止；最后，滑块停留5秒后，会返
回到最开始的SQ4原点，至此整个运动过程结束。若是在滑块运行时，滑块与

SQ5、SQ1、SQ6、SQ7左右限位或者按下SB2停止按钮，就会终止系统运行。

3基于PLC伺服电机运动控制系统设计

3.1系统硬件设计

3.1.1PLC选型
为满足工业生产要求，伺服电机运行控制系统的设计要求越来越高，需要在
原有基础上进一步提高稳定性和江都。以本次所研究的运动控制模型和伺服电机
运动系统控制要求为基础，系统内的五个传感器和两个按钮，在实际设计过程中，
应有与其对应的7路数字量输入，并且为了有效控制伺服电机的方向及旋转，还
应额外配备一组高速脉冲输出口。为切实满足系统设计要求，在对PLC选型时，
需要综合稳定性、精度以及成本等多方面要求，最后系统的主控制器选择了晶体

管型的PLC，不仅有三组高速脉冲输出，还有6输出与7输出。

3.1.2设定伺服驱动器参数

伺服驱动器主要用于控制伺服电机，常见的控制方式多是通过位置、速度以
及力矩等，做到高精度传动系统定位。在系统设计时，需要结合不同控制方式来
对科学设置伺服驱动器的各项参数。遵循运动控制标准和运动控制模型，可运用
台达B2系列伺服驱动器，设置伺服电机圈脉冲为10000，并实施位置控制方法。
台达B2系列伺服驱动器内置编码器的分辨精度处于16万，在设置电子齿轮比的
分母与分子时，分别采用P1-45和P1-44，故而伺服电机旋转一圈，使用分辨率

除以电子齿轮比就可以得到对应PLC发送脉冲的个数，具体公式如下：

3.2系统程序设计

3.2.1运动轴组态

结合硬件I/O分配条件与运动控制系统设计标准，在运动轴组态内应设置回
原点参数、控制方法、位置限制以及工艺对象等各个方面。其中，运动轴的控制
方法可以使用PTO脉冲控制，测量单位以mm为标准；脉冲输出口设置为Q0.0，
并且激活Q0.1的方向输出；启用硬限位开关I0.6与I0.2，来与运动轴的SQ1、