詳細(xì)介紹
伺服電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件,它將接收到的控制信號(hào)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(hào)控制方式,利用差分信號(hào)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(gè)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(dòng)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(dòng)平滑,力矩穩(wěn)定。控制復(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(dòng)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(dòng)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(hào)的PLC除了帶有輸入輸出點(diǎn)外。還有1個(gè)模擬量輸入點(diǎn)和1個(gè)模擬量輸出點(diǎn),這一型號(hào)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(hào)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(dòng)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(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(gè)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
上海西門子數(shù)控伺服總代理商
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,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(dòng)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。