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詳細介紹
伺服電機在自動控制系統(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方式與上位機進行通訊，實現(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速度。
簡單、方便的實現(xiàn)對伺服電機轉(zhuǎn)速的精確控制是工業(yè)控制領域內(nèi)的一個期望目標，本文主要研究如何利用plc輸出的模擬量實現(xiàn)對伺服電機的速度較為精準的控制。
2.控制系統(tǒng)電路
有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便(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。
無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定。控制復雜，容易實現(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。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。
交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，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)運行的應用。
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外。還有1個模擬量輸入點和1個模擬量輸出點，這一型號PLC所具有的模擬量模塊，能夠滿足控制伺服電機的需要。
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行內(nèi)部運算，而后驅(qū)動伺服電機達到相應的轉(zhuǎn)速。伺服電機通過測速元件將轉(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，設計工作轉(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)屬性設置成對應PLC中的整形變量數(shù)據(jù)(如VW310)。目的是當在對話框中輸人數(shù)值后，電機就能夠達到與該數(shù)值相同的速度。
PLC輸出的模擬量是0～10V，對應的整形數(shù)據(jù)是0～32000;而伺服電機的輸入模擬量是0～l0V。對應的轉(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。需要重點考慮的還是輸入值、整形數(shù)據(jù)和實際轉(zhuǎn)速。經(jīng)過直接實測，測試數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 直接實測數(shù)值表
上海西門子數(shù)控伺服總代理商
由表1可看出，輸入值和實際轉(zhuǎn)速相差甚遠，而一的辦法是通過運算將輸入值轉(zhuǎn)換成能對應上實際轉(zhuǎn)速的整形數(shù)值。但是還要首先找到高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速對應的數(shù)值。通過實驗發(fā)現(xiàn)，對應關系如表2所示
表2 實測對應數(shù)值表
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PLC的模擬量輸出和伺服電機轉(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)值之間的關系。
2711=500×a+b
30854=600×a+b
解得：a=5117;b=152
設實際轉(zhuǎn)速為x，整形數(shù)值為y;那么關系方程為：y=5117×x+152
通過PLC。實現(xiàn)則需妻用到數(shù)字運算指令，具體如圖2所示
圖2數(shù)字運算指令實現(xiàn)對應關系
運算后，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數(shù)據(jù);所以僅傳字數(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，伺服電機的轉(zhuǎn)速等于輸入速度值的過程。通過經(jīng)過實際檢驗，測得輸入值、整形數(shù)值、實際轉(zhuǎn)速如表3。
表3 運算后的實測數(shù)值表
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4.結束語
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，控制伺服電機的方法，方法簡單，易于實現(xiàn)，且能夠滿足轉(zhuǎn)速精度為±3 RPM的工作要求。
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