1.引言
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
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：觸摸屏是人機(jī)對話接口，最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。
表1 直接實(shí)測數(shù)值表 輸入值 整形數(shù)值 實(shí)際轉(zhuǎn)速
500 500 70
2000 2000 360
4000 4000 750
6000 6000 1145
由表1可看出，輸入值和實(shí)際轉(zhuǎn)速相差甚遠(yuǎn)，而唯一的辦法是通過運(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。但是還要首先找到最高轉(zhuǎn)速和最低轉(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
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(jì)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；
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)。
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2 實(shí)測對應(yīng)數(shù)值表 整形數(shù)值 實(shí)際轉(zhuǎn)速
2711 500
30854 6000
表3 運(yùn)算后的實(shí)測數(shù)值表 輸入值 運(yùn)算后數(shù)值 實(shí)際轉(zhuǎn)速
500 2711 500
1000 5269 999
2000 10386 1998
3000 15503 3000
4000 20620 4002
5000 25737 5001
6000 30854 6000
方案中的伺服電機(jī)，設(shè)計(jì)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，并且最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。
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。
