高健

摘要：本文介紹了軟PLC控制伺服定位功能在工程項目中的應(yīng)用，軟PLC通過EHERCAT工業(yè)總線與伺服系統(tǒng)通信，通過發(fā)送報文方式控制伺服系統(tǒng)，并針對松下伺服編制了特定的程序功能塊和操作界面，改進了定位完成信號，使得軟PLC控制伺服定位功能在工程項目中得以應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：軟PLC；EHERCAT工業(yè)總線；松下伺服；控制字；狀態(tài)字

中圖分類號：TM921.541 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）02-0020-03

1 軟PLC簡介

電控系統(tǒng)中使用的PLC分為硬PLC和軟PLC兩大類。硬PLC是指由硬件電路或者專用的ASIC芯片來實現(xiàn)PLC的控制功能。而軟PLC（SoftPLC）是使用PC機或嵌入式控制器作為硬件支撐平臺，利用軟件實現(xiàn)硬PLC的基本功能，即將PLC的控制功能封裝在軟件內(nèi)，運行于PC機或嵌入式控制器的中。隨著當前計算機技術(shù)的快速發(fā)展，硬PLC的通用性及兼容性差等弊端愈來愈明顯，很多復(fù)雜的邏輯或算法用簡單的PLC編程語言難以實現(xiàn)，因而國際電工委員會于在IEC61131-3的標準中提到，充分利用工業(yè)控制計算機（IPC）或嵌入式控制器（EPC）的硬件資源，用軟件來實現(xiàn)硬PLC的功能，這就是軟PLC技術(shù)。軟件PLC綜合了計算機和PLC的開關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)學運算、數(shù)值處理、網(wǎng)絡(luò)通信、PID調(diào)節(jié)等功能，通過一個多任務(wù)控制內(nèi)核，提供強大的指令集、快速而準確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種I/O系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的開放式結(jié)構(gòu)。

2 軟PLC控制伺服定位功能在生產(chǎn)線中的應(yīng)用

2.1 控制系統(tǒng)組成

某石英石深加工廠的智能生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用CODESYS軟PLC作為控制器，將其安裝于工控機內(nèi)，采用ETHERCAT工業(yè)總線，控制遠程IO站和伺服控制單元。典型的控制設(shè)備為切割機，本設(shè)備類似于三軸桁架，其中X軸為龍門結(jié)構(gòu)，雙伺服電機驅(qū)動；Y軸為單伺服電機驅(qū)動；Z軸為升降軸，單伺服電機驅(qū)動。伺服控制單元采用松下A5系列，具有ETHERCAT工業(yè)總線接口。松下A5系列伺服具有性價比高、快速響應(yīng)、實時自動增益調(diào)整、高防護等級等優(yōu)點。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2 報文說明

在控制切割機某軸運動時需要進行位置控制，位置控制方式為PP（Profile position即規(guī)劃位置控制方式），在進行位置控制前，首先要將伺服系統(tǒng)上電和操作使能，此時用到的報文為控制字（6040h）和狀態(tài)字（6041h）?？刂谱郑?040h）報文格式如表1所示：

各字母含義如：so：switch on（合閘）；ev：enable voltage（電壓使能）；qs：quick stop（快停）；eo：enable operation（操作使能）；nsp：new set-point（新設(shè)定點下發(fā)）；csi：change set immediately（此功能不支持）；ab/r：absolute/relative（絕對定位/相對定位）；fr：fault reset（故障復(fù)位）；h：halt（暫停）；cosp：change-on set-point（此功能不支持）；r：reserved（保留）.

狀態(tài)字（6041h）報文格式如表2所示：

各字母含義如：rtso：ready to switch on（合閘準備好）；so：switched on（已合閘）；

oe：operation enable（操作已使能）；f：fault（故障）；ve：voltage enabled（電壓已使能）；qs：quick stop（快停）；sod：switch on disabled（合閘禁止）；w：warning（報警）；r：reserved（保留）；rm：remote（遠程）；tr：target reached（目標到達）；ila：internal limit active（內(nèi)部限位激活）；spack：set-point acknowledge（設(shè)定點確認）；fe：following error（跟蹤故障）.

2.3 軟PLC控制伺服程序流程

軟PLC控制系統(tǒng)對控制字進行設(shè)定操作，引起狀態(tài)字的變更，控制系統(tǒng)讀取伺服驅(qū)動器狀態(tài)并確認狀態(tài)轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成后，再次進行控制字的設(shè)定，通過這種方式控制伺服驅(qū)動器。圖2為控制伺服上電、使能的控制流程圖。具體操作順序為：首先將伺服控制器上電，設(shè)定控制字6040h=0006h，伺服狀態(tài)由switch on disabled轉(zhuǎn)變?yōu)閞eady to switch on，狀態(tài)字1（6041h）從xx40h轉(zhuǎn)變?yōu)閤x21h；然后設(shè)定控制字 6040h=0007h，伺服狀態(tài)由ready to switch on轉(zhuǎn)變?yōu)閟witched on，狀態(tài)字1（6041h）從xx21h轉(zhuǎn)變?yōu)閤x23h；接著設(shè)定控制字6040h=000Fh，伺服狀態(tài)由switched on轉(zhuǎn)變?yōu)閑nable operation，狀態(tài)字1（6041h）從xx23h轉(zhuǎn)變?yōu)閤x27h。此時伺服系統(tǒng)上電、操作使能完成，可以進行位置控制了。

PP模式位置控制時，將控制字1（6040h）bit6 （absolute/relative）置1，選擇絕對定位方式；然后將控制字607Ah設(shè)置好要到達的目標位置；接著將控制字1（6040h）的bit4 （new set-point）置1，伺服控制器將接收新設(shè)定目標位置，伺服控制器接收后開始控制電機進行運動，并將狀態(tài)字1（6041h）bit12（set-point acknowledge）置1，表示已經(jīng)接收新的目標設(shè)定；此時需將將控制字1（6040h）bit4置0，隨之狀態(tài)字1（6041h）bit12自動變0；待伺服電機運動至目標設(shè)定位置后，狀態(tài)字1（6041h）bit10（target reached）置1，代表絕對位置運動完成。除了上文中提到的控制字607Ah外，位置運動時還需要設(shè)置如下控制字，并反饋如下狀態(tài)字表3所示：

2.4 控制程序功能塊的開發(fā)

針對以上報文控制字、狀態(tài)字的意義，依照松下伺服控制流程圖，我們用codesys軟件中的ST語言編制了伺服控制功能塊servon，并為此功能塊開發(fā)了操作單元界面，如圖3所示。每套松下伺服都可通過一個功能塊和與其對應(yīng)的單元操作界面進行操作。

2.5 位置定位控制應(yīng)用中實際問題的解決

如果伺服電機編碼器為增量式編碼器，在執(zhí)行PP位置模式前需要進行尋零點（HOME）操作。在實際應(yīng)用中，當執(zhí)行PP模式定位操作時，設(shè)定目標值下發(fā)后伺服電機開始運動，在運動過程中觸發(fā)伺服暫停時，伺服位置到達信號就會置1，而此時伺服電機并未運行到設(shè)定的目標位置。這種情況在我用過的幾個伺服品牌中都存在，為了解決這個問題，我們不直接使用狀態(tài)字1中bit10的target reached信號作為位置到達判斷，而是判斷設(shè)定位置值和實際位置值的差值是否在允許的誤差范圍內(nèi)，再綜合target reached信號來產(chǎn)生伺服位置定位完成信號。

3 結(jié)語

綜上所述，我們使用軟PLC編制伺服控制程序塊和控制界面，可以控制松下伺服驅(qū)動器上電、操作使能，并執(zhí)行PP位置模式位置定位，并且改進了定位完成信號，使其能滿足實際生產(chǎn)要求。現(xiàn)可實現(xiàn)的控制方式包括三軸桁架，多軸插補等，且使用軟PLC通過Ethercat總線驅(qū)動松下伺服控制器的經(jīng)濟性要比單獨使用其他品牌PLC和伺服系統(tǒng)要有很大優(yōu)勢。