目前自動(dòng)化控制中的邏輯控制已經(jīng)被越來(lái)越多的工藝生產(chǎn)領(lǐng)域所運(yùn)用，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，對(duì)控制器的運(yùn)動(dòng)控制也提出了非常精確的要求。伺服電機(jī)除了能夠控制伺服系統(tǒng)中的機(jī)械部件操作以外，還具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線(xiàn)性度高、很強(qiáng)的抗過(guò)載能力的特性。使用西門(mén)子S7-1200 PLC為主控制器進(jìn)行對(duì)接，S7-1200 PLC不僅具有良好的抗過(guò)載能力，還可以對(duì)速度和位置進(jìn)行高精度控制，能夠很好地改善系統(tǒng)性能和生產(chǎn)效率。

基于PLC伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)論述

作為全新的可編程邏輯控制器，S7-1200 PLC在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中常被用于控制模擬量、位置和速度運(yùn)動(dòng)控制模式、編碼器數(shù)值采集、以太網(wǎng)通訊等。伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，具有很強(qiáng)的抗負(fù)載能力，需要的脈沖當(dāng)量更小，精度更高，配備的伺服編碼器的取值直接決定了伺服電機(jī)的控制精度。設(shè)計(jì)出一種利用伺服電機(jī)的PLC控制系統(tǒng)，能夠比步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)擁有更快的響應(yīng)速度、更高的精度，通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的優(yōu)化，能更好地滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)的核心要求，使數(shù)控裝置與PLC主控制器能有效對(duì)接。

基于PLC伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

NPN型傳感器

傳感器依據(jù)輸出類(lèi)型可以分為兩大類(lèi)，即NPN型和PNP型。NPN型傳感器作為市面上的主流傳感器，其成本低廉、適用范圍廣，在與西門(mén)子PLC進(jìn)行連接時(shí)，采用共陽(yáng)極接法，即1M接口接電源正極，電流從I點(diǎn)流出。文中提到的傳感器是歐姆龍E3Z-D62，所對(duì)應(yīng)的類(lèi)型是漫反射N(xiāo)PN型。

臺(tái)達(dá)B2伺服驅(qū)動(dòng)器

PLC的輸出方式主要有繼電器輸出以及晶體管輸出 。實(shí)驗(yàn)中能夠影響伺服驅(qū)動(dòng)器的位置分辨率的主要因素是移動(dòng)速度變量和電子齒輪比變量，因此在PLC上用Q0.0及Q0.1來(lái)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，要設(shè)定好驅(qū)動(dòng)器電子齒輪比的方式來(lái)讓控制目標(biāo)準(zhǔn)確移動(dòng)。

臺(tái)達(dá)B2電子齒輪比的計(jì)算公式為：

B/A =? （F×p）/d ×m/n? ? ? ? （1）

式中：F為伺服電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)一圈所需要的脈沖數(shù)即編碼器分辨率;p為PLC的脈沖當(dāng)量;d為螺紋上相鄰對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的軸向距離;m/n為機(jī)械減速比。

其中對(duì)伺服電機(jī)圈脈沖設(shè)置為10000，臺(tái)達(dá)B2系列伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置編碼器的分辨精度為160000，自擬定電機(jī)每秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)50圈，因此伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一圈所發(fā)送的脈沖線(xiàn)圈個(gè)數(shù)為旋轉(zhuǎn)編碼器分辨率除以臺(tái)達(dá)B2電子齒輪比，計(jì)算公式為：

CPR=F/（B/A）=F/（（P1-44）?（P1-55））

（2）

式中：P1-44為編碼器分辨率與轉(zhuǎn)速的乘積（分辨率*n轉(zhuǎn)/s）;P1-55為PLC每秒最大發(fā)送脈沖數(shù);

電子齒輪比計(jì)算完成后，將P1-00參數(shù)設(shè)置為2，表示為脈沖正方向控制;將P1-00設(shè)置為00，表示將運(yùn)動(dòng)控制模式選定為位置控制模式。

軟件程序組態(tài)

運(yùn)動(dòng)軸組態(tài)

為了達(dá)到控制目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)要求，設(shè)置好控制目標(biāo)移動(dòng)距離參數(shù)、到達(dá)最遠(yuǎn)距離的限位設(shè)置以及到達(dá)設(shè)定距離之后的緊急停止?fàn)顟B(tài)記錄。其中，選擇PTO（脈沖A和方向B）作為信號(hào)類(lèi)型，由高速脈沖輸出來(lái)控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸，電機(jī)每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)設(shè)置為2000。將參考點(diǎn)設(shè)置為軸的上側(cè)，將檢測(cè)移動(dòng)信號(hào)設(shè)置為遠(yuǎn)離原點(diǎn)方向?yàn)檎较?，同時(shí)打開(kāi)硬件輸入最遠(yuǎn)距離開(kāi)關(guān)設(shè)置為允許自動(dòng)反轉(zhuǎn)。

控制結(jié)果

基于臺(tái)達(dá)B2系列伺服電動(dòng)機(jī)位置控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的S7-1200 PLC對(duì)比，新型含有集成化以及Wincc功能組態(tài)的S7-1200 PLC更加強(qiáng)大，能滿(mǎn)足基本所有自動(dòng)化數(shù)控集成的要求。通過(guò)硬件選型、脈沖計(jì)算以及軟件組態(tài)編程，最終能實(shí)現(xiàn)控制三軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，其中調(diào)試運(yùn)行時(shí)的高速脈沖計(jì)數(shù)不僅速度快而且穩(wěn)定，并且能同時(shí)控制多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。

結(jié)語(yǔ)

介紹了基于西門(mén)子S7-1200 PLC的伺服電機(jī)位置運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件方面選擇并完成了伺服驅(qū)動(dòng)器的位置接線(xiàn)、NPN傳感器的連接、計(jì)算出了驅(qū)動(dòng)器脈沖輸出量，通過(guò)結(jié)合西門(mén)子博途軟件，解決了傳統(tǒng)控制方式對(duì)交流電機(jī)的速度緩慢、準(zhǔn)確度低的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了S7-1200 PLC對(duì)伺服電機(jī)精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制，且系統(tǒng)運(yùn)行可靠、安全性高。

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本文受到國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202010201007）支持。

作者簡(jiǎn)介：陳成（1996—），江蘇鹽城人，北華大學(xué)研究生，主要從事機(jī)械電子方面的研究。