引言
随着自动化水平的不断提高,越来越多的工业控制场合需要精确的位置控制。因此,如何更加方便、准确地实现位置控制是工业控制领域的一个重要问题。位置控制的精度主要取决于伺服驱动器和运动控制器的精度。高端运动控制模块可以控制伺服系统非常复杂的运动。然而,在某些需要位置控制的情况下,对位置精度的要求较高,但运动复杂度不是很高,因此不需要选用昂贵的高端运动控制系统。
S7-200系列PLC是一种体积小、编程简单、控制方便的可编程控制器。它提供了多种位置控制方法供用户选择。因此,如何利用该系列PLC实现对伺服电机运动位置更精确的控制是本文的重点。
1. 基本控制系统
伺服信息系统可以分为液压伺服系统、电气-液压伺服系统发展以及企业电气伺服系统。本文研究主要问题讨论了电气伺服系统中的交流伺服系统,其基本组成为学生交流伺服电机、编码器和伺服驱动器。交流伺服系统的工作管理原理是伺服驱动器发送一个运动命令,驱动伺服电机运动,并接收来自编码器的反馈信号,然后我们重新分析计算伺服电机运动教学目标市场位置,从而能够达到更加精确有效控制伺服电机运动。
本伺服系统选用了本公司生产的GSX50-0601伺服直线电缸。
一般来说,伺服系统需要配置以操作主控器,因此系统使用西门子 S7-200 PLC 作为上部控制器。伺服电机的运动由高速脉冲传输(shū)、EM253位置控制模块和自由口通信控制。
2.高速脉冲输出模式
西门子 cpu224xp 配有两个内置脉冲发生器,有脉冲序列输出 pto 和脉冲宽度调制输出脉冲发生方式可供选择。这两个脉冲发生器的最大脉冲输出频率是100khz。在脉冲列输出模式下,plc 可以产生50% 的占空比脉冲列,用于控制步进电机或伺服电机的速度和位置。
2.1 硬件构成
图1是高速脉冲输出模式下的位置控制示意图。西门子PLC代理的可编程逻辑控制器本质上是一台专用于工业控制的计算机,其硬件结构与微机基本相同。电源用于将交流电转换成PLC所需的直流电。目前,大多数可编程逻辑控制器使用开关稳压电源供电。在控制过程中,伺服驱动器定义为脉冲+方向模式,Q0.0发送脉冲信号控制电机的转速和目标位置。Qo,发送方向信号控制电机的运动方向。伺服电动缸配有左限位开关lim
一、右限位控制开关LIM+以及参考点进行位置选择开关REF。三个主要限位信号可以分别连接到CPU224XP的I0.0~I0.2三个部分端子上,可通过系统软件设计编程,实现一个限位和找寻参考点。
图1 位置控制原理图
2.2 程序设计
高速脉冲串输出PTO可以通过STEP 7 Micro/Win的位置控制向导进行配置,也可以通过软件编程进行控制。
图2显示了高速脉冲输出方法位置控制流图。控制理念是:通过 PTO 模式输出,可以控制脉冲的周期和数量,通过启用高速计数器 HSC,可以实时计算和定位输出脉冲以控制伺服电机的运动。
图2 位置控制流程图
3.EM253位置控制模块
Em253位置控制模块是西门子 s7-200的一个特殊功能(功能)位置控制模块。可产生脉冲串,用于步进电机和伺服电机的速度和位置的开环控制。
3.1 硬件构成
图3为EM253位置控制原理图,定义伺服驱动器工作在脉冲+方向模式。P0端口发送脉冲,P1端口发送方向,DIS终端硬件使能放大器,同时清除放大器误差。LIM-、LIM+和REF分别是电机的左极限、右极限和参考点。
图3 EM253位置进行控制系统原理图
3.2 程序设计
EM253 位置控制模块可以通过第 7 步Micro/WIN 由导引进行配置,配置后,系统将自动生成子程序,这些子程序编程简单,易于实施手动、自动和跟踪运行模式。由于EM253属于开环控制,因此无法对电机的实际运动给出良好的反馈。因此,使用伺服驱动程序本身的微分输出信号,将伺服驱动器的软件设置反馈给PLC以实现闭环位置控制。但是,由于线性伺服动力缸和允许发送接收信号的 PLE 之间存在差异,因此有必要将输入的信号转换为 PLC 级别,并降低伺服驱动程序发送的反馈脉冲的频率。PLC 将输入脉冲加起来,以获得电机的实际运行位置和速度,其脉冲计数过程如下。
①计数器初始化程序
LD
SMO. 1//首次扫描时
MOVB
16#FC, SMB47
//SMB47 =16#F4,SMB47为高速计数器1的控制字节
HDEF
1,9
//将HSC1配置为正交模式
MOVD
0, SMD48
//设置HSCI的新初始值为0
MOVD
20000,SMD52
//设置HSCI的新预设值为20 000
HSC
I//激活高速计数器I
②脉冲计数程序
LD
SMO. 0
MOVD
HC1,VD600
//将高速计数器1所记数值存储在VD600中
DTR
VD600, VD610
// VD601〕中的整数转化为实数,存人VD6100
/R
SOOO,VD610
// VD610除以5000存入VD610 ,
5001〕为电机旋转一周编码器发送脉冲数
*R
2.54, VD610
//VD610乘以2.54存人VD610 ,
2.54是马达一次转动的距离
4 RS-232串口通信方式
4.1硬件构成
西门子CPU22
S7-200系列PLC在自由口通信模式下工作时,通常通过CPU模块的集成接口进行通信。CPU集成接口采用了PPI硬件规范,其接口为RS-485串口,因此,当S7-200系列PLC的CPU与带有RS-232标准接口的计算机或伺服驱动器连接时,需要配套选用S7-200 PLC的PC/PPI转换电缆或一个RS-232/RS-485转换器。
4.2 PLC与伺服系统通信
4.2.1 报文构成
S-200 PLC在无协议通信方式工作时,不需要任何通信协议,通信参数需要根据与其进行通信的伺服驱动器的通信格式进行设定。