伺服电机（Servomotor）是指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。伺服电机运转速度高，位置精度准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动机械控制对象，或者以脉冲信号对机械对象进行位置控制。可通过PLC或者其他一些定位控制器对于伺服驱动器进行驱动，从而使伺服电机按照要求进行相应的运动。
图为飞迈伺服电机
在非标自动化设计领域，通常伺服运行使用的控制器采用运动控制器或者PLC以及一些脉冲发送控制器对于伺服进行位置控制，扭矩控制以及速度控制，在一些需要有组合逻辑并且需要位置控制的情况下常采用PLC对伺服进行位置控制的同时搭配一些其他逻辑输出器件完成需要的操作。
此文以飞迈伺服电机作为执行装置，三菱FX3U系列PLC作为控制装置为例带大家梳理一下简单的位置控制如何实现的。
一.外部硬件线路的连接
1.伺服/PLC硬件的连接
在收到一个伺服电机时，我们应先阅读其使用说明手册对其的驱动器硬件输入输出引脚，以及输入电源接法进行相应的了解后进行连接。
根据说明书进行相应的电源连接，以飞迈伺服电机为例，RST为电源输入，当采用V电压输入时，接入任意两相即可。如果是安川系列伺服，采用V电源输入时，需要设置对应参数。
位置控制模式时，首先需要确定我们的脉冲发送装置，发送的脉冲电平类型，以三菱FX3U系列PLC为例，其为日系PLC，脉冲输出方式多为低电平输出，因此伺服驱动器侧的脉冲连接方式应为低电平脉冲输入有效故连接方式应为共阳接法。所以，阅读伺服说明手册时，我们应先找到其脉冲输入信号相关引脚。
图为飞迈伺服电机输入输出接口引脚分配图
由上图可知：当使用位置控制模式时，脉冲输入信号分配如下
引脚号
代码
含义
备注
4
PULS24V+
脉冲信号输入24V+
脉冲信号输入24V和5V的区别在于输入脉冲信号电平类型，如果为24V电平输入时，应在信号输入端串联1K电阻进行降压，以延长驱动高电平输入信号时的使用寿命
5
PULS-
脉冲信号输入-
6
SIGN24V+
方向信号输入24+
7
SIGN-
方向信号输入-
9
PULS5V+
脉冲信号输入5V+
21
SIGN5V+
方向信号输入5V+
在确认伺服驱动器的脉冲输入信号之后，我们需要对使用的PLC的高速脉冲输出口进行确认，在进行PLC脉冲输出信号接线之前，我们要确认伺服驱动器接受脉冲方式为双脉冲方式，还是采用脉冲+方向模式。如需采用双脉冲方式，则需将PULS/SIGN两个引脚都接到脉冲PLC输出端口，如采用脉冲加方向模式，则将PULS接到PLC的高速脉冲输出口，SIGN接到PLC的任意输出端即可。
注意：两者控制方式的区别（需要通过驱动器参数设置进行控制方式的切换）
（1）双脉冲控制方式：当驱动器引脚PULS收到脉冲信号时电机朝CW方向旋转，当驱动器引脚SIGN引脚收到脉冲信号时电机朝CCW方向旋转。
（2）脉冲+方向控制方式：PULS为脉冲信号输入，当驱动器SIGN引脚输入为OFF时收到脉冲信号时，电机朝CW方向旋转，当驱动器SIGN为ON时，收到脉冲信号，电机朝CCW方向旋转。
以三菱FX3UPLC为例，高速脉冲输出口为Y0/Y1/Y2端口，高速脉冲输出方式为低电平输出方式，在确认了伺服驱动器的信号引脚功能后。我们以脉冲+方向控制方式为例进行电路设计。
图为驱动器脉冲信号输入共阳接法接线图
在实际的伺服运用中，我们通常需要在伺服的主电源端接入交流接触器，达到控制伺服驱动器上下电的功能，同时也需要引出伺服的准备就绪等信号，用作系统或者触摸屏报警显示或者逻辑处理作用（驱动器信号输出引脚功能视各品牌伺服而定，使用前请详细阅读使用说明书）。
二.伺服的参数设定
伺服电机在运行前通常需要设定一系列参数，才可以达到正常运行的目的，一般需要设定参数有以下几种
（1）电机运行初始方向（默认CW/CCW）
（2）电机使能方式（上电使能/外部使能）
（3）电机电子齿轮比
（4）电机输入电压类型（V/V）
注意：飞迈w伺服默认输入电压V/V均可
（5）接受脉冲方式（正逻辑/负逻辑/方向+脉冲）
（6）运行模式（位置模式/扭矩模式/速度模式）
（7）伺服刚性增益
以飞迈伺服电机为例根据伺服使用说明书，进行相应参数设置
图为飞迈伺服电机旋转方向选择参数
图为飞迈伺服使能方式选择参数
图为飞迈伺服电子齿轮比设定参数
图为飞迈伺服输入信号方式设定参数
图为飞迈伺服运行模式设定参数
图为飞迈伺服自动刚性调整设定参数
在调试完成基本参数之后，伺服就可以正常的根据PLC输出脉冲信号进行定位控制。（刚性增益调整如果在自动调整之后效果不佳如仍存在电机发振，噪声等情况，可根据伺服说明书进行手动增益调整）
三.PLC程序的编辑（简单的定位运行）
以三菱PLC为例，设伺服转动一圈的脉冲数为个脉冲数，驱动直线机构进行移动，丝杆螺纹距为10mm（旋转一周工作台移动量为10mm）。
图为丝杆滑台机构
不同的品牌PLC具有不同类型的定位指令，在三菱PLC中常用的定位指令有PLSY（脉冲输出指令），PLSR（带加减速的脉冲输出指令），DRVI（相对位置脉冲输出指令），DRVA（绝对位置脉冲输出指令）。
注意：默认情况下定位指令为16位指令最大数据为，在指令前加D即为32位运行指令。
1.解释：PLSY(脉冲输出指令)
图示中，PLSY为16位脉冲输出指令，DPLSY为32位脉冲输出指令
D脉冲输出频率（脉冲发送速度，越大发送速率越大，电机移动速度越快）
D脉冲输出数量（对应移动距离，越大电机旋转量越多）
Y0指定当前指令执行时，输出的脉冲端口。
2.解释
LSR（带加减速的脉冲输出指令）
图示中,PLSR为16位脉冲输出指令,DPLSR为32位脉冲输出指令
D、D、Y0、定义与PLSY脉冲输出指令功能相同，K0为加减速时间为0ms。
3.解释DRVI（相对位置脉冲输出指令）
图示中,DRVI为16位相对位置移动指令，DDRVI为32位相对位置移动指令
D为输出脉冲个数（对应移动距离，数据越大电机旋转量越多）。
D为（脉冲发送速度，越大发送速率越大，电机移动速度越快）。
Y0为脉冲输出端口。
Y4为方向控制端口（Y4的ON或者OFF取决于执行指令时D数据格式，例如当前D为，则Y4为OFF，电机朝正方向旋转一周，如当前D为-则Y4为ON，电机朝反方向旋转一周）。
DRVI相较于脉冲输出指令而言区别在于脉冲发送个数可以取负值，是相较于当前位置的相对移动，对比普通脉冲发送指令运用时较为方便，无需逻辑上对方向控制为进行ON或者OFF，只需对脉冲输出个数类型进行赋值即可。
4.解释DRVA（绝对位置脉冲输出指令）
图示中，DRVA为16位绝对位置移动指令，DDRVA为32位绝对位置移动指令
D为输出脉冲个数（对应移动距离，数据越大电机旋转量越多）。
D为（脉冲发送速度，越大发送速率越大，电机移动速度越快）。
Y0为脉冲输出端口。
Y4为方向控制端口（Y4的ON或者OFF取决于执行指令时当前脉冲累计的输出个数，如当前执行绝对位置移动时工作台位置在00个脉冲到达的位置，此时，在D输入个脉冲，并执行该指令，则工作台会向后移动到个脉冲到达的位置，此时Y4为ON，如果工作台位置在00个脉冲到达的位置时，在D中输入个数据，并执行改指令，则工作台会向前移动至个脉冲到达的位置，此时Y4为OFF）
总结下来，DRVA绝对位置指令，是相较于零点而言的定位指令，在D中赋值的所有脉冲数据都是相较于零点位置而言进行移动的。
5.在定位控制中常用的特殊继电器以及寄存器
（以脉冲输出口Y0为例Y1以起始，Y2以起始）
特殊继电器
特殊寄存器
编号
定义
编号
定义
M
Y0脉冲输出停止中
D/D
当前Y0口脉冲输出个数
M
Y0归零方向切换需配合归零指令ZRN使用
D/D
Y0运行最大速度
M
Y0正在定位中
D
Y0爬行速度/归零使用
M
Y0脉冲输出停止
D/D
Y0归零寻零速度
M
指令运行结束（通用型特殊继电器）
D/D
Y0脉冲输出加减速时间
6.例程编辑
以设伺服转动一圈的脉冲数为个脉冲数，驱动直线机构进行移动，丝杆螺纹距为10mm（旋转一周工作台移动量为10mm），要求工作台可以根据触摸屏上的目标坐标实现定位，并显示当前位置信息，实现启停功能。
图示中，M为常ON特殊继电器，D0为伺服电机旋转一周所需的脉冲个数、
D2为丝杆螺纹距
DIV为四则运算整数除法指令，将电机旋转一周的脉冲数除去丝杆螺纹距得出当前工作台一台1mm所需的脉冲个数为0个，再由FLT浮点数转换指令，将整数0转换为浮点数，以用于触摸屏输入小数点数据运算以及显示当前坐标使用。
注意：1mm驱动脉冲数为0时，脉冲当量为0.，即一个脉冲移动0.m。
图示中，D为Y0累计输出脉冲个数存储特殊寄存器，随着脉冲输出的变化而变化，将其转换为浮点数后，与1mm需要的脉冲数相除，即可得到当前坐标位置。
如当D中为，即为当前工作台坐标为10mm位置处，/1mm需要的脉冲数0即为10,即为工作台当前坐标为10mm位置处，转存至D用作触摸屏显示当前坐标。
图示中，DEMUL为浮点数运算指令，D为触摸屏用户输入目标数据，与D20，1mm需要的脉冲数相乘，得出目标距离所需脉冲总数，并使用INT整数变换指令，将浮点数转换为整数以便于脉冲输出指令使用。
例如，当前目标距离为mm，输入到D中，D乘D20（1mm需要的脉冲数）得出D为0(移动mm所需的脉冲量)。
当触发M0时置位M1并执行绝对位置指令，使工作台按照触摸屏设定的目标距离移动，移动至目标后停止，M在指令完成时得电一个扫描周期，复位M1，完成定位，至此简单的伺服电机在位置控制模式下定位完成。
作者：庄
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