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詳細(xì)介紹
伺服電機(jī)在自動控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件,，它將接收到的控制信號轉(zhuǎn)換為軸的角位移或角速度輸出,。通常的控制方式有三種：
①通訊方式，利用RS232或RS485方式與上位機(jī)進(jìn)行通訊,，實(shí)現(xiàn)控制;
②模擬量控制方式,，利用模擬量的大小和上海西門子數(shù)控伺服總代理商極性來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向;
③差分信號控制方式，利用差分信號的頻率來控制電機(jī)速度,。
簡單,、方便的實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制是工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的一個期望目標(biāo),，本文主要研究如何利用plc輸出的模擬量實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)的速度較為精準(zhǔn)的控制。
2.控制系統(tǒng)電路
有刷電機(jī)成本低,，結(jié)構(gòu)簡單,，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬,，控制容易,，需要維護(hù)，但維護(hù)方便(換碳刷),，產(chǎn)生電磁干擾,，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合,。
無刷電機(jī)體積小,，重量輕，出力大,，響應(yīng)快,，速度高，慣量小,，轉(zhuǎn)動平滑,，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜,，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活,，可以方波換相或正弦波換相,。電機(jī)免維護(hù)，效率很高,，運(yùn)行溫度低,，電磁輻射很小，長壽命,，可用于各種環(huán)境,。
交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī),，目前運(yùn)動控制中一般都用同步電機(jī),，它的功率范圍大，可以做到很大的功率,。大慣量,，高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用,。
控制裝置選用西門子S7-200系列PLC CPU224XPCN,，這種型號的PLC除了帶有輸入輸出點(diǎn)外。還有1個模擬量輸入點(diǎn)和1個模擬量輸出點(diǎn),，這一型號PLC所具有的模擬量模塊，能夠滿足控制伺服電機(jī)的需要,。
觸摸屏選用西門子觸摸屏,，型號為TP177B。
具體控制方案如圖l所示,，觸摸屏是人機(jī)對話接口,，初的指令信息要從這里輸入。輸入的信息通過通訊端口傳送到PLC,。經(jīng)運(yùn)算后,，PLC輸出模擬量，并連接到伺服控制器的模擬量輸入端口,。伺服控制器對接收到的模擬量進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算,，而后驅(qū)動伺服電機(jī)達(dá)到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。伺服電機(jī)通過測速元件將轉(zhuǎn)速信息反饋到伺服控制器,，形成閉環(huán)系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的效果。
圖1 控制方案
方案中的伺服電機(jī),，設(shè)計工作轉(zhuǎn)速范圍為500～6000RPM,，精度要求為±3RPM。
3.控制過程
在觸摸屏中設(shè)置一個對話框,，可輸入4位數(shù)值,，然后將此對話框中的數(shù)據(jù)屬性設(shè)置成對應(yīng)PLC中的整形變量數(shù)據(jù)(如VW310)。目的是當(dāng)在對話框中輸人數(shù)值后,，電機(jī)就能夠達(dá)到與該數(shù)值相同的速度,。
PLC輸出的模擬量是0～10V，對應(yīng)的整形數(shù)據(jù)是0～32000;而伺服電機(jī)的輸入模擬量是0～l0V,。對應(yīng)的轉(zhuǎn)速是0-6500 RPM,。由于這些數(shù)值都是理論上的，并且終希望得到的還是輸入值對應(yīng)上轉(zhuǎn)速即可,。因此,，模擬量作為中間環(huán)節(jié)僅做參考。需要重點(diǎn)考慮的還是輸入值,、整形數(shù)據(jù)和實(shí)際轉(zhuǎn)速,。經(jīng)過直接實(shí)測，測試數(shù)據(jù)如表1所示,。
表1 直接實(shí)測數(shù)值表
上海西門子數(shù)控伺服總代理商
由表1可看出,，輸入值和實(shí)際轉(zhuǎn)速相差甚遠(yuǎn),，而一的辦法是通過運(yùn)算將輸入值轉(zhuǎn)換成能對應(yīng)上實(shí)際轉(zhuǎn)速的整形數(shù)值。但是還要首先找到高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速對應(yīng)的數(shù)值,。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),，對應(yīng)關(guān)系如表2所示
表2 實(shí)測對應(yīng)數(shù)值表
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PLC的模擬量輸出和伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出都是線性的，可以根據(jù)表2的數(shù)據(jù)列出直線方程組,，計算出輸入值和整形數(shù)值之間的關(guān)系,。
2711=500×a+b
30854=600×a+b
解得：a=5117;b=152
設(shè)實(shí)際轉(zhuǎn)速為x，整形數(shù)值為y;那么關(guān)系方程為：y=5117×x+152
通過PLC,。實(shí)現(xiàn)則需妻用到數(shù)字運(yùn)算指令,，具體如圖2所示
圖2數(shù)字運(yùn)算指令實(shí)現(xiàn)對應(yīng)關(guān)系
運(yùn)算后，將數(shù)據(jù)直接傳送到模擬量輸出口就完成了轉(zhuǎn)換工作(由于輸出口不接受雙字?jǐn)?shù)據(jù);所以僅傳字?jǐn)?shù)據(jù),，VB2232即可),。如圖3所示
圖3模擬量輸出口傳送指令
這樣.就基本上完成了從對話框輸入速度值，經(jīng)過PLC運(yùn)算后輸出模擬量,。伺服控制器接收到模擬量驅(qū)動伺服電機(jī),，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速等于輸入速度值的過程。通過經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn),，測得輸入值,、整形數(shù)值、實(shí)際轉(zhuǎn)速如表3,。
表3 運(yùn)算后的實(shí)測數(shù)值表
上海西門子數(shù)控伺服總代理商
4.結(jié)束語
本文提出了一種利用西門子200系列PLC所配備的模擬量輸出模塊,，控制伺服電機(jī)的方法，方法簡單,，易于實(shí)現(xiàn),，且能夠滿足轉(zhuǎn)速精度為±3 RPM的工作要求。
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