基于PLC的设备伺服位置控制方法及系统

技术领域

本发明属于设备控制技术领域，具体涉及一种基于PLC的设备伺服位置控制方法及系统。

背景技术

PLC通过总线将控制信号传递到伺服驱动器上，控制信号通常包含转矩信息、转速信息又或者是位置信息。接收到控制命令的驱动器发出指令脉冲给运动电机，电机按照命令内容做出具体的行为。

现阶段，机械设备上通过PLC或上位软件发送位置、速度、启动指令控制伺服驱动电机带动负载移动，利用伺服本身编码器来计算位置，这种控制方案由于没有形成闭环，当电机在转负载间隙过大或负载安装不到位时，导致负载设备可能不动，并且这种情况是检测不出来的，导致伺服位置控制精度过低，无法适用在运动和控制精度要求较高的设备上。

发明内容

为此，本发明提供一种基于PLC的设备伺服位置控制方法及系统，解决电机转负载间隙大或负载安装不到位情况下负载可能不动，导致的控制精度差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于PLC的设备伺服位置控制方法，包括：

通过PLC控制器发出位置指令，所述位置指令包括速度设定值和位置设定值，根据所述位置指令控制伺服电机转动带动负载设备移动；

获取光栅尺的读数头反馈的所述负载设备移动的实际位置数据，将所述移动负载的实际位置数据和所述位置指令中的位置设定值进行比较得到伺服电机的增益补偿值；

根据增益补偿值控制伺服电机运行直到消除所述负载设备的负载丝杆导轨间隙，达到所述位置指令中的位置设定值，以形成所述负载设备的实际位置和伺服电机位置控制的全闭环状态。

作为基于PLC的设备伺服位置控制方法优选方案，根据所述位置指令控制伺服电机转动带动负载设备移动的控制策略为：

n＝(Setpos-Actpos)/dpi

式中，n为伺服电机的转数，Setpos为负载设备的位置设定值，Actpos为负载设备的实际位置；dpi为负载设备的丝杆精度对应脉冲。

作为基于PLC的设备伺服位置控制方法优选方案，光栅尺读数头反馈的所述负载设备移动的实际位置数据为：

式中，Actpos为负载设备的实际位置，n为伺服电机的转数，i为伺服电机的减速比，L为负载设备丝杆的机械导程，L0负载设备丝杆的间隙。

作为基于PLC的设备伺服位置控制方法优选方案，将光栅尺安装在所述负载设备的移动平台上，光栅尺与所述负载设备的负载丝杆导轨处于平行状态；

将光栅尺的读数头安装在所述负载设备上，栅尺的读数头跟随所述负载设备移动以实时检测所述负载设备的移动位置。

作为基于PLC的设备伺服位置控制方法优选方案，光栅尺读数头的电缆通过模块接口转接到PLC控制器的扩展模块；

模块接口包括引脚01和引脚02，引脚01和引脚02用于对光栅尺读数头进行电源供电；

模块接口还包括引脚10和引脚12，引脚10用于作为光栅尺读数头的clock+信号接口，引脚12用于作为光栅尺的clock-信号接口；

模块接口还包括引脚15和引脚23，引脚15用于作为光栅尺读数头的data+信号接口，引脚23用于作为光栅尺的data-信号接口。

本发明还提供一种基于PLC的设备伺服位置控制系统，包括：

位置指令下发模块，用于通过PLC控制器发出位置指令，所述位置指令包括速度设定值和位置设定值，根据所述位置指令控制伺服电机转动带动负载设备移动；

实际位置检测模块，用于获取光栅尺的读数头反馈的所述负载设备移动的实际位置数据；

增益补偿分析模块，用于将所述移动负载的实际位置数据和所述位置指令中的位置设定值进行比较得到伺服电机的增益补偿值；

增益补偿执行模块，用于根据增益补偿值控制伺服电机运行直到消除所述负载设备的负载丝杆导轨间隙，达到所述位置指令中的位置设定值，以形成所述负载设备的实际位置和伺服电机位置控制的全闭环状态。

作为基于PLC的设备伺服位置控制系统优选方案，所述位置指令下发模块中，根据所述位置指令控制伺服电机转动带动负载设备移动的控制策略为：

n＝(Setpos-Actpos)/dpi

式中，n为伺服电机的转数，Setpos为负载设备的位置设定值，Actpos为负载设备的实际位置；dpi为负载设备的丝杆精度对应脉冲。

作为基于PLC的设备伺服位置控制系统优选方案，所述实际位置检测模块中，光栅尺读数头反馈的所述负载设备移动的实际位置数据为：

式中，Actpos为负载设备的实际位置，n为伺服电机的转数，i为伺服电机的减速比，L为负载设备丝杆的机械导程，L0负载设备丝杆的间隙。

作为基于PLC的设备伺服位置控制系统优选方案，将光栅尺安装在所述负载设备的移动平台上，光栅尺与所述负载设备的负载丝杆导轨处于平行状态；

将光栅尺的读数头安装在所述负载设备上，栅尺的读数头跟随所述负载设备移动以实时检测所述负载设备的移动位置。

作为基于PLC的设备伺服位置控制系统优选方案，光栅尺读数头的电缆通过模块接口转接到PLC控制器的扩展模块；

模块接口包括引脚01和引脚02，引脚01和引脚02用于对光栅尺读数头进行电源供电；

模块接口还包括引脚10和引脚12，引脚10用于作为光栅尺读数头的clock+信号接口，引脚12用于作为光栅尺的clock-信号接口；

模块接口还包括引脚15和引脚23，引脚15用于作为光栅尺读数头的data+信号接口，引脚23用于作为光栅尺的data-信号接口。

本发明具有如下优点：通过PLC控制器发出位置指令，所述位置指令包括速度设定值和位置设定值，根据所述位置指令控制伺服电机转动带动负载设备移动；获取光栅尺的读数头反馈的所述负载设备移动的实际位置数据，将所述移动负载的实际位置数据和所述位置指令中的位置设定值进行比较得到伺服电机的增益补偿值；根据增益补偿值控制伺服电机运行直到消除所述负载设备的负载丝杆导轨间隙，达到所述位置指令中的位置设定值，以形成所述负载设备的实际位置和伺服电机位置控制的全闭环状态。本发明能够检测负载真实移动的数据，弥补电机转动负载没有移动导致的设备位置控制差异，提高负载设备位置精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例中提供的基于PLC的设备伺服位置控制方法流程示意图；

图2为本发明实施例中提供的基于PLC的设备伺服位置控制方法中光栅尺布置示意图；

图3为本发明实施例中提供的基于PLC的设备伺服位置控制方法中光栅读数头的模块接口示意图；

图4为本发明实施例中提供的基于PLC的设备伺服位置控制系统示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1和图2，本发明实施例1提供一种基于PLC的设备伺服位置控制方法，包括以下步骤：

S1、通过PLC控制器发出位置指令，所述位置指令包括速度设定值和位置设定值，根据所述位置指令控制伺服电机III转动带动负载设备II移动；

S2、获取光栅尺的读数头I反馈的所述负载设备II移动的实际位置数据；

S3、将所述移动负载的实际位置数据和所述位置指令中的位置设定值进行比较得到伺服电机III的增益补偿值；

S4、根据增益补偿值控制伺服电机III运行直到消除所述负载设备II的负载丝杆导轨间隙，达到所述位置指令中的位置设定值，以形成所述负载设备II的实际位置和伺服电机III位置控制的全闭环状态。

再次参见图2，本实施例在应用过程中，将光栅尺安装在所述负载设备II的移动平台IV上，光栅尺与所述负载设备II的负载丝杆导轨处于平行状态；将光栅尺的读数头I安装在所述负载设备II上，栅尺的读数头I跟随所述负载设备II移动以实时检测所述负载设备II的移动位置。

具体的，通过在负载设备II上增加光栅尺，光栅尺参数与负载参数(包括减速机的比例，丝杆的导程)匹配好，通过PLC控制器或上位软件读取光栅尺读数头I反馈回来的数据，与位置控制指令数据进行实时比较，当存在差异时进行实时补偿，从而实现控制的全闭环。

其中，光栅尺的读数头I检测的数据是负载设备II真实移动的数据，弥补传统技术上无法消除的丝杆间隙，传统技术中，当丝杆间隙大于实际要求移动距离时，就有可能导致实际的负载设备II没有移动，而本实施例的光栅尺本身由光栅尺光栅和光栅读数头I组成，由于光栅尺是安装在负载设备II的移动平台IV上，在使用的过程中光栅读数头I在光栅尺光栅上滑动。其中光栅尺光栅安装在负载设备II的移动平台IV上与负载丝杆导轨保持绝对平行，光栅读数头I安装在移动负载上跟随负载一起移动实时检测移动位置，在移动过程中如果出现丝杆间隙过大时，光栅尺读数头I的实际是没有移动的，检测距离是真实移动距离，从而，通过PLC控制器继续控制伺服电机III继续移动，直到到达设定的距离实现控制全闭环。

参见图3，本实施例中，光栅尺读数头I的电缆通过模块接口转接到PLC控制器的扩展模块；模块接口包括引脚01和引脚02，引脚01和引脚02用于对光栅尺读数头I进行电源供电；模块接口还包括引脚10和引脚12，引脚10用于作为光栅尺读数头I的clock+信号接口，引脚12用于作为光栅尺的clock-信号接口；模块接口还包括引脚15和引脚23，引脚15用于作为光栅尺读数头I的data+信号接口，引脚23用于作为光栅尺的data-信号接口。

具体的，通过引脚01和引脚02对光栅尺读数头I进行5V电源供电，引脚10和引脚12为光栅尺读数头I的clock+和clock-信号，用于光栅尺读数头I和PLC控制器的时钟信号同步，引脚15和引脚23用于光栅尺读数头I的实际检测数据传输，当负载设备II移动时，光栅读数头I能够发出SSI或TTL信号，通过电缆、模块接口与PLC控制器的扩展模块(计数和位置解码)连接，PLC控制器可以收到负载设备II的实际位置，在负载设备II移动时通过步骤S1至步骤S4进行补偿。

本实施例中，根据所述位置指令控制伺服电机III转动带动负载设备II移动的控制策略为：

n＝(Setpos-Actpos)/dpi

式中，n为伺服电机III的转数，Setpos为负载设备II的位置设定值，Actpos为负载设备II的实际位置；dpi为负载设备II的丝杆精度对应脉冲；

光栅尺读数头I反馈的所述负载设备II移动的实际位置数据为：

式中，Actpos为负载设备II的实际位置，n为伺服电机III的转数，i为伺服电机III的减速比，L为负载设备II丝杆的机械导程，L0负载设备II丝杆的间隙。

具体的，光栅尺上安装在移动平台IV上与负载设备II的丝杆导轨保持绝对平行，光栅读数头I与负载设备II连接跟随负载一起移动实时检测移动位置，当通过PLC控制器发出位置指令，即生成负载设备II的位置设定值Setpos，再通过速度设定和位置设定值控制伺服电机III转动带动负载设备II移动，负载设备II移动过程中光栅尺精确测量出负载设备II的实际位置Actpos，通过Setpos与Actpos的实时比较，实时进行增益的补偿控制，将实际位置和电机位置控制形成全闭环的状态。

其中，添加光栅尺可以完全以光栅尺的精度来保证负载设备II的移动精度，当负载设备II移动时通过光栅尺就可以检测出负载丝杆导轨中间隙，当丝杆导轨的间隙大于Setpos设定值，伺服电机III实际在转动，但是负载设备II没有发生实际的移动，光栅尺读数头I没有读到实际的移动数据，进而光栅尺就会继续驱动伺服电机III转动直到消除间隙达到实际的Setpos设定值。另外，当丝杆导轨的间隙小于Setpos设定值，根据n＝(Setpos-Actpos)/dpi和

综上所述，本发明中，将光栅尺安装在所述负载设备II的移动平台IV上，光栅尺与所述负载设备II的负载丝杆导轨处于平行状态；将光栅尺的读数头I安装在所述负载设备II上，光栅尺的读数头I跟随所述负载设备II移动以实时检测所述负载设备II的移动位置。通过在负载设备II上增加光栅尺，光栅尺参数与负载参数(包括减速机的比例，丝杆的导程)匹配好，通过PLC控制器或上位软件读取光栅尺读数头I反馈回来的数据，与位置控制指令数据进行实时比较，当存在差异时进行实时补偿，从而实现控制的全闭环。光栅尺的读数头I检测的数据是负载设备II真实移动的数据，弥补传统技术上无法消除的丝杆间隙，传统技术中，当丝杆间隙大于实际要求移动距离时，就有可能导致实际的负载设备II没有移动，而本实施例的光栅尺本身由光栅尺光栅和光栅读数头I组成，由于光栅尺是安装在负载设备II的移动平台IV上，在使用的过程中光栅读数头I在光栅尺光栅上滑动。光栅尺上安装在移动平台IV上与负载设备II的丝杆导轨保持绝对平行，光栅读数头I与负载设备II连接跟随负载一起移动实时检测移动位置，当通过PLC控制器发出位置指令，即生成负载设备II的位置设定值Setpos，再通过速度设定和位置设定值控制伺服电机III转动带动负载设备II移动，负载设备II移动过程中光栅尺精确测量出负载设备II的实际位置Actpos，通过Setpos与Actpos的实时比较，实时进行增益的补偿控制，将实际位置和电机位置控制形成全闭环的状态。添加光栅尺可以完全以光栅尺的精度来保证负载设备II的移动精度，当负载设备II移动时通过光栅尺就可以检测出负载丝杆导轨中间隙，当丝杆导轨的间隙大于Setpos设定值，伺服电机III实际在转动，但是负载设备II没有发生实际的移动，光栅尺读数头I没有读到实际的移动数据，进而光栅尺就会继续驱动伺服电机III转动直到消除间隙达到实际的Setpos设定值。另外，当丝杆导轨的间隙小于Setpos设定值，根据n＝(Setpos-Actpos)/dpi和

需要说明的是，本公开实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本公开实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

实施例2

参见图4，本发明实施例2还提供一种基于PLC的设备伺服位置控制系统，包括：

位置指令下发模块1，用于通过PLC控制器发出位置指令，所述位置指令包括速度设定值和位置设定值，根据所述位置指令控制伺服电机转动带动负载设备移动；

实际位置检测模块2，用于获取光栅尺的读数头I反馈的所述负载设备移动的实际位置数据；

增益补偿分析模块3，用于将所述移动负载的实际位置数据和所述位置指令中的位置设定值进行比较得到伺服电机的增益补偿值；

增益补偿执行模块4，用于根据增益补偿值控制伺服电机运行直到消除所述负载设备的负载丝杆导轨间隙，达到所述位置指令中的位置设定值，以形成所述负载设备的实际位置和伺服电机位置控制的全闭环状态。

本实施例中，所述位置指令下发模块1中，根据所述位置指令控制伺服电机转动带动负载设备移动的控制策略为：

n＝(Setpos-Actpos)/dpi

式中，n为伺服电机的转数，Setpos为负载设备的位置设定值，Actpos为负载设备的实际位置；dpi为负载设备的丝杆精度对应脉冲。

本实施例中，所述实际位置检测模块2中，光栅尺读数头I反馈的所述负载设备移动的实际位置数据为：

式中，Actpos为负载设备的实际位置，n为伺服电机的转数，i为伺服电机的减速比，L为负载设备丝杆的机械导程，L0负载设备丝杆的间隙。

本实施例中，将光栅尺安装在所述负载设备的移动平台IV上，光栅尺与所述负载设备的负载丝杆导轨处于平行状态；

将光栅尺的读数头I安装在所述负载设备上，栅尺的读数头I跟随所述负载设备移动以实时检测所述负载设备的移动位置。

本实施例中，光栅尺读数头I的电缆通过模块接口转接到PLC控制器的扩展模块；

模块接口包括引脚01和引脚02，引脚01和引脚02用于对光栅尺读数头I进行电源供电；

模块接口还包括引脚10和引脚12，引脚10用于作为光栅尺读数头I的clock+信号接口，引脚12用于作为光栅尺的clock-信号接口；

模块接口还包括引脚15和引脚23，引脚15用于作为光栅尺读数头I的data+信号接口，引脚23用于作为光栅尺的data-信号接口。

需要说明的是，上述系统各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请实施例1中的方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本申请方法实施例相同，具体内容可参见本申请前述所示的方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

实施例3

本发明实施例3提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有基于PLC的设备伺服位置控制方法的程序代码，所述程序代码包括用于执行实施例1或其任意可能实现方式的基于PLC的设备伺服位置控制方法的指令。

计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)，或者半导体介质(例如固态硬盘(SolidState Disk、SSD))等。

实施例4

本发明实施例4提供一种电子设备，包括：存储器和处理器；

所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行实施例1或其任意可能实现方式的基于PLC的设备伺服位置控制方法。

具体的，处理器可以通过硬件来实现也可以通过软件来实现，当通过硬件实现时，该处理器可以是逻辑电路、集成电路等；当通过软件来实现时，该处理器可以是一个通用处理器，通过读取存储器中存储的软件代码来实现，该存储器可以集成在处理器中，可以位于所述处理器之外，独立存在。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络，或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。