米久美

（湖南省懷化工業(yè)中等專業(yè)學(xué)校）

PLC 是目前控制系統(tǒng)中最廣泛應(yīng)用的設(shè)備。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)中用到的控制系統(tǒng)也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，這就要求在工業(yè)領(lǐng)域中有重要地位的PLC 具有更強(qiáng)大的功能。目前西門子公司生產(chǎn)的S7-200 系列的PLC 是一種體積小、編程簡(jiǎn)單、方便控制的可編程控制器。目前占據(jù)了大部分的國際市場(chǎng)，也擴(kuò)大了PLC控制的領(lǐng)域。

一、數(shù)字伺服電機(jī)基本控制系統(tǒng)

常見的控制系統(tǒng)有四種：液壓伺服控制系統(tǒng)、交流伺服控制系統(tǒng)、直流伺服控制系統(tǒng)和電壓伺服控制系統(tǒng)。為了跟隨數(shù)字控制的發(fā)展步伐，目前采用最多的是進(jìn)步電機(jī)或者交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電機(jī)。

S7-200 系列PLC，是一種體積小、編程簡(jiǎn)單、方便控制的可編程控制器，本文主要討論的是西門子S7-200PLC 在熟悉伺服電機(jī)控制中的應(yīng)用。

二、S7-200 PLC 控制數(shù)字伺服電機(jī)的原理

電機(jī)的連線及控制：

本應(yīng)用實(shí)例選擇的是位置控制模式，脈沖輸入方式有集電極開路方式和差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式兩種，為了方便實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)兩部電機(jī)的控制，采用了差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。與PLC 的接線圖如圖1 所示。

圖1 PLC與伺服放大器接線圖

圖中L+為公共PLC 端子，接24VDC 正端，通過控制內(nèi)部晶體管的開關(guān)可以讓輸出Q 呈現(xiàn)不同的電平信號(hào)或發(fā)出脈沖信號(hào)。L+—PG—P1M—L+為脈沖輸入回路，PLC 控制該回路中的發(fā)光二極管的亮滅，形成脈沖編碼輸入。L+—NG—NP—1M—L+為電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向控制回路，當(dāng)該回路的發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，電機(jī)正轉(zhuǎn)，否則反轉(zhuǎn)。伺服放大器內(nèi)部電阻只有100 歐，有可能會(huì)燒壞內(nèi)部的發(fā)光二極管，需要外接電阻R，其阻值的計(jì)算如下：

根據(jù)公式(一)可以選擇R=3.9kΩ

三、硬件構(gòu)成

圖2 為高速脈沖輸出方式的位置控制原理圖。控制過程中，將伺服驅(qū)動(dòng)器工作定義在脈沖+方向模式下,Q0.0 發(fā)送脈沖信號(hào),控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和目標(biāo)位置；Q0.1 發(fā)送方向信號(hào),控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。伺服電動(dòng)缸上帶有左限位開關(guān)LIM-、右限位開關(guān)LIM+以及參考點(diǎn)位置開關(guān)REF。三個(gè)限位信號(hào)分別連接到CPU224XP 的I0.0～I(xiàn)0.2 三個(gè)端子上,可通過軟件編程，實(shí)現(xiàn)限位和找尋參考點(diǎn)。

圖2 具有電子齒輪功能的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

四、控制模型

這個(gè)系列的PLC 可以通過PID 回路指令來進(jìn)行PID 運(yùn)算,在一個(gè)程序中最多同時(shí)可以用8 個(gè)PID 指令,來實(shí)現(xiàn)PID 控制算法。在實(shí)際程序設(shè)計(jì)中,通過用STEP 7Micro Win 32 中的PID 向?qū)С绦騺硗瓿梢粋€(gè)閉環(huán)控制過程的PID 算法,來達(dá)到提高設(shè)計(jì)效率的目的。圖3 為PID 調(diào)節(jié)控制的原理圖，其中Uset 為極間電壓給定值，表明了這個(gè)時(shí)候的產(chǎn)氣狀態(tài)最好。Uf 為極間電壓采樣值,Vout為伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

圖3 PID調(diào)節(jié)控制原理圖

根據(jù)極間距對(duì)極間電壓的影響，可以設(shè)定PLC 的PID 調(diào)節(jié)。

回路調(diào)整策略如下：

通過上述控制方法,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Uf 的精確控制。

當(dāng)前的自動(dòng)化水平在逐漸加快，對(duì)工業(yè)中用到的控制提出了更高的的要求。不僅要求精確，在速度上也有要求。目前工業(yè)領(lǐng)域都在追求更方便、更快速、更準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)。文章通過系統(tǒng)地介紹S7-200PLC 控制的原理及簡(jiǎn)化程序，希望能廣泛應(yīng)用到工業(yè)控制中。

[1]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC 應(yīng)用技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2008-02.

[2]俞潔，李旭芳.西門子S7-200 系列PLC 的硬件特點(diǎn)[J].包裝與食品機(jī)械，1998（03）.