1前言
松下Minas A4系列是交流伺服電機(jī)中性價(jià)比比較高的產(chǎn)品。它采用獨(dú)特算法，具有速度頻率高，定位超調(diào)整定時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)高速定位的特點(diǎn)。在實(shí)際中與伺服驅(qū)動(dòng)器配合使用，可接受外部脈沖指令和模擬信號(hào)的控制，同時(shí)返回編碼信號(hào)，滿足不同外部設(shè)備的需求。PLC是可編程邏輯控制器的英文縮寫．是目前邏輯控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的控制設(shè)備，本文選用西門子公司的S7-224，它以一個(gè)帶開關(guān)量輸入輸出的CPU為核心，通過擴(kuò)展模塊增加開關(guān)量輸入輸出的信號(hào)數(shù)量和模擬量輸入輸出的能力。S7-200的用戶程序提供了位邏輯、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、以及通訊等大量指令，利用指令可方便快捷地生成各種控制程序。
2伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成
伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示。包括伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、S7-224PLC和上位計(jì)算機(jī)等部分。圖中，伺服驅(qū)動(dòng)器的主電源和控制電源為220VAC．輸入輸出接口電源選用24VDC，選用220VAC的伺服電機(jī)。上位計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PLC編程和對(duì)伺服電機(jī)的監(jiān)控，通過PC，PPI電纜與S7-224連接；S7-224根據(jù)要求發(fā)出高速脈沖和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向信號(hào)，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)：電機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)器
形成A相和B相正交信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換以后作為S7-224高速計(jì)數(shù)器的信號(hào)源，形成以S7-224為處理器的閉環(huán)控制系統(tǒng)。伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和S7-200PLC之間采用屏蔽電纜連接。
3 I/O控制信號(hào)匹配
Minas A4系列伺服驅(qū)動(dòng)器有很多參數(shù)。參數(shù)的設(shè)置值影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號(hào)，同時(shí)決定輸入輸出接口中脈沖和方向的類型。由于驅(qū)動(dòng)器的輸入輸出接口與S7-224連接。而S7-224的I/O為24VDC的單端信號(hào)，必須實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器和S7-224輸入輸出信號(hào)類型及電平的匹配。伺服驅(qū)動(dòng)器中主要參數(shù)設(shè)置如表1所示。由于S7-224脈沖輸出和和計(jì)數(shù)器的最高頻率均為20KHz，所以Pr44和Pr4B的設(shè)定值必須確保在合適的范圍內(nèi)。伺服驅(qū)動(dòng)器中A相和B相反饋脈沖均為差分信號(hào)．而PLC不能直接輸入差分信號(hào)，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并放大至24VDC信號(hào)，信號(hào)轉(zhuǎn)換及放大處理如圖1中信號(hào)轉(zhuǎn)換部分所示。
4 PLC控制過程實(shí)現(xiàn)
在伺服電機(jī)PLC控制實(shí)現(xiàn)過程中，S7-224通過輸出高速脈沖和方向信號(hào)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)接收從伺服驅(qū)動(dòng)器反饋的高速脈沖信號(hào)，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。整個(gè)PLC程序主要有高速脈沖控制和高速計(jì)數(shù)兩部分組成。
S7-224有兩臺(tái)PTO/PWM發(fā)生器，建立高速脈沖串或脈寬調(diào)節(jié)信號(hào)波形。一臺(tái)發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點(diǎn)Q0.0，另一臺(tái)發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點(diǎn)Q0.1。脈沖串(PTO)功能提供50%占空比的方彼輸出或指定的脈沖數(shù)及指定的周期。脈寬調(diào)制(PWM)功能提供帶變量占空比的固定周期輸出。每臺(tái)PTO/PWM發(fā)生器有一個(gè)8位的控制字節(jié)，一個(gè)不帶符號(hào)的16位的周期值、一個(gè)不帶符號(hào)的16位的脈寬值和一個(gè)不帶符號(hào)的32位脈沖個(gè)數(shù)值。這些值全部存儲(chǔ)在特殊內(nèi)存區(qū)域SM的指定位置，一旦設(shè)置這些特殊的內(nèi)存位，選擇所需的操作后，執(zhí)行脈沖輸出指令(PLS)即啟動(dòng)操作。圖3是PTO高速脈沖控制的PLC梯形圖程序，用于實(shí)現(xiàn)如圖2所示的頻率一時(shí)序圖，整個(gè)過程分成3段：1段加速200個(gè)脈沖，2段勻速3400個(gè)脈沖，3段減速400個(gè)脈沖。
S7-224支持6臺(tái)高速計(jì)數(shù)器((HSCO至HSCS)，可配置為十二種不同的操作模式。每臺(tái)計(jì)數(shù)器對(duì)支持此類功能的時(shí)鐘、方向控制、復(fù)原和起始均有專用輸人。對(duì)于雙相計(jì)數(shù)器，兩個(gè)時(shí)鐘均可按最高速度運(yùn)行。在正交模式中，選擇一倍或四倍的最高計(jì)數(shù)速率。所有的計(jì)數(shù)器按最高速率運(yùn)行，而不會(huì)相互干擾。
由于伺服電機(jī)返回A、B兩相正交編碼信號(hào)，在圖5所示的程序中，使用高速計(jì)數(shù)器HSCO，工作在模式9，使用內(nèi)部啟動(dòng)和清零功能，A相和B相計(jì)數(shù)脈沖通過I0.0、I0.1輸人，I0.2為外部復(fù)位。內(nèi)存單元SMD38、SMD42分別為HSCO的初始值和預(yù)置值，SMB37為HSCO的控制字節(jié)，計(jì)數(shù)實(shí)時(shí)值使用地址HSCO,當(dāng)計(jì)數(shù)實(shí)時(shí)值等于預(yù)置值時(shí)，產(chǎn)生12號(hào)中斷，可在對(duì)應(yīng)的中斷程序中實(shí)現(xiàn)特定的功能。
5小結(jié)
利用S7-224為控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)Minas A4伺服電機(jī)的閉環(huán)控制，功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，控制精度高，這種方式在打火槍性能測(cè)試儀器上使用成功。對(duì)其它伺服電機(jī)的控制方法也基本相同，通過適當(dāng)?shù)男盘?hào)匹配可控制大功率的伺服電機(jī)。目前，機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等行業(yè)逐步采用伺服電機(jī)取代傳統(tǒng)使用的步進(jìn)電機(jī)等驅(qū)動(dòng)設(shè)備，以滿足工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求，在這些領(lǐng)域大量使用電磁閥網(wǎng)" href="http://51spec.com/category.asp?categoryid=415" target="_blank">電磁閥和繼電器接觸器等設(shè)備，通過PLC可實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)和其它設(shè)備的一體化控制，提高整體的自動(dòng)化水平。
