黃曉偉

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164）

隨著社會(huì)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提升，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求迫在眉睫，同時(shí)，為了減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低用工成本，對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的精準(zhǔn)和高效率運(yùn)行控制就成為了企業(yè)不斷提升的需求。而各家公司推出的運(yùn)動(dòng)控制器、伺服放大器、伺服電機(jī)等組成的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，使得制造業(yè)的迫切需求變成了可行方案。伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要組成部分，隨著伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究的不斷深入和關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破發(fā)展，伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)越來(lái)越高，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于芯片制造、航天航空、工業(yè)精密制造等高科技領(lǐng)域，因此，對(duì)伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究既有現(xiàn)實(shí)意義，又有實(shí)用價(jià)值。

項(xiàng)目硬件介紹：本項(xiàng)目采用三菱JE 系列伺服控制系統(tǒng)，共有17 個(gè)伺服放大器需要控制，其中1-16 軸為三菱JE 系列B 型伺服放大器，第17 軸為三菱JE 系列A型伺服放大器。PLC 選用三菱L 型CPU，型號(hào)是：L06CPU-CM CPU，利用CPU 本體模塊的脈沖信號(hào)控制第17 軸的A 型伺服放大器定位運(yùn)行。同時(shí)，PLC 系統(tǒng)增加LD77MS16-CM 簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)控制模塊，通過(guò)SSCNETIII/H 高速網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)第1 至16 軸B 型伺服放大器的定位控制。

本次伺服控制系統(tǒng)的選型最大區(qū)別是伺服放大器的不同，三菱JE 系列伺服放大器分A、B 兩種類型。A 型伺服是最常見(jiàn)的通用脈沖輸入控制型驅(qū)動(dòng)器，主要由多種類型的脈沖信號(hào)里控制，任何品牌的PLC 或者運(yùn)動(dòng)控制器板卡都可以通過(guò)輸出脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)。A 型伺服放大器在頂部有5 位7 段的LED 顯示液晶，可以顯示伺服系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、定位數(shù)據(jù)以及出錯(cuò)后的報(bào)警編號(hào)。A 型伺服還有“MODE”、“↑”、“↓”、“SET”四個(gè)按鍵可對(duì)伺服放大器中的運(yùn)行、狀態(tài)顯示、診斷、報(bào)警等各類參數(shù)進(jìn)行操作。但在實(shí)際操作時(shí)，常用MR Configurator2 軟件，通過(guò)Mini USB 線進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。表1 為一臺(tái)A 型伺服放大器和L型CPU 的控制信號(hào)連接表格，表格中列出了使用的端口號(hào)以及外部電源。L 型CPU 可以發(fā)送脈沖信號(hào)控制2 臺(tái)A 型伺服放大器。

表1 控制信號(hào)連接表

B 型伺服放大器是采用光纖通信控制的總線型伺服放大器，通過(guò)三菱公司專用的SSCNETIII/H 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高速同步控制，SSCNETIII/H 高速網(wǎng)絡(luò)采用SSCNETIII 光纖連接，在硬件上保持了很強(qiáng)的抗干擾性能，并且可以在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)全雙工150Mbps 高速網(wǎng)絡(luò)通信。高速網(wǎng)絡(luò)型伺服系統(tǒng)是目前伺服運(yùn)動(dòng)控制發(fā)展中的一種趨勢(shì)。PLC 控制器和伺服放大器之間可以實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信。線路連接時(shí)，CN1A 接口連接PLC 上的簡(jiǎn)易運(yùn)動(dòng)控制模塊等伺服系統(tǒng)控制器，CN1B 接口連接后軸伺服放大器CN1A，若最后一臺(tái)時(shí)，CN1B 接口蓋上端蓋。通信控制時(shí)，通過(guò)軸選擇旋轉(zhuǎn)撥碼開(kāi)關(guān)（SW1）設(shè)定伺服放大器的軸編號(hào)。B 型伺服放大器上有3 位7 段的LED 顯示液晶，也可以顯示伺服的狀態(tài)及報(bào)警編號(hào)。

A 型和B 型伺服放大器都擁有Mini USB 通信接口，與計(jì)算機(jī)設(shè)備連接后，可以直接通過(guò)相關(guān)的軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和運(yùn)行調(diào)試、增益調(diào)整等操作。

A 型伺服放大器設(shè)置與調(diào)試：

三菱A 型伺服放大器通過(guò)MR Configurator2 軟件進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)計(jì)算機(jī)與伺服放大器的Mini USB 接口連接。在通用-基本設(shè)置中，主要選擇控制模式為位置控制，為了后續(xù)的計(jì)算方便，可以把編碼器輸出脈沖和每轉(zhuǎn)指令輸入脈沖數(shù)相一致，如圖1 所示。

圖1 模式及參數(shù)設(shè)置

在位置控制參數(shù)中，設(shè)置電子齒輪比或者每轉(zhuǎn)指令輸入脈沖數(shù)，如圖2 所示。設(shè)置完成后，利用MiniUSB 數(shù)據(jù)線，通過(guò)基本設(shè)置左上角的軸寫入下載到伺服放大器中。在L 型CPU 的PLC 參數(shù)設(shè)置中：選擇內(nèi)置I/O 功能設(shè)置，如圖3 所示。在輸入信號(hào)中，通過(guò)下拉菜單選擇并設(shè)定好軸1 的上下限位，軸1 的近點(diǎn)GOD 信號(hào)。

圖2 每轉(zhuǎn)指令輸入脈沖數(shù)

圖3 內(nèi)置I/O 功能設(shè)置

然后選擇定位軸1 設(shè)置，如圖5 所示，在定位軸1中，選擇脈沖輸出模式PULSE/SIGN 模式，設(shè)定旋轉(zhuǎn)方向，設(shè)置速度限制值，同時(shí)設(shè)置原點(diǎn)回歸方式，原點(diǎn)回歸方向以及回歸速度和爬行速度等必要參數(shù)，如圖4 所示。

圖4 內(nèi)置I/O 的定位功能設(shè)置

圖5 定位軸1 打開(kāi)

A 型伺服放大器的PLC 編程控制：

回原點(diǎn)指令：IPOPR1，該指令通過(guò)存儲(chǔ)在(S1)指定的軟元件指定的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行軸1 的原點(diǎn)回歸啟動(dòng)。

點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行指令：IPJOG1，啟動(dòng)軸1 的JOG 運(yùn)行。JOG速度、JOG 加速時(shí)間、JOG 減速時(shí)間存儲(chǔ)在(S1)指定的軟元件數(shù)據(jù)內(nèi)。通過(guò)(S2)的OFF(正轉(zhuǎn))/ON(反轉(zhuǎn))指定JOG 運(yùn)行方向。

定位控制指令：IPDSTRT1，不使用定位數(shù)據(jù)No.1～10，通過(guò)(S)指定的軟元件內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)啟動(dòng)軸1 的定位，具體的指令功能可以查閱L CPU 模塊用戶手冊(cè)（內(nèi)置I/O功能篇）。

B 型伺服放大器設(shè)置與調(diào)試：

在切斷伺服系統(tǒng)控制器的電源的狀態(tài)下，接通了伺服放大器的電源。通過(guò)伺服放大器的軸選擇旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)（SW1）設(shè)定的控制軸編號(hào)與伺服系統(tǒng)控制器中設(shè)定的控制軸編號(hào)不一致。 發(fā)生伺服放大器的故障、與伺服系統(tǒng)控制器或前軸伺服放大器的通信異常。正常通電時(shí)，沒(méi)有設(shè)置參數(shù)，就顯示Ab 慢閃，若設(shè)置完參數(shù)會(huì)顯示d01 秒閃。如果閃爍顯示其他數(shù)字，則可以進(jìn)入模塊控制軟件中查看并排除問(wèn)題和故障。

要進(jìn)入模塊控制軟件，可以選擇PLC 工程中的智能功能模塊，打開(kāi)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)控制模塊設(shè)置工具。從軟件中新建和打開(kāi)伺服參數(shù)，如圖6 所示。

圖6 模塊選擇

在B 型伺服放大器的參數(shù)設(shè)置中，各類參數(shù)必須按照具體的使用方式來(lái)設(shè)置，每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)移動(dòng)量可以通過(guò)軟件計(jì)算來(lái)獲得。

以軸1 為例，點(diǎn)擊軸1 基本參數(shù)條目，進(jìn)入詳細(xì)設(shè)置，如圖7 所示。首先確定傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械配置，本次選用輥式進(jìn)給裝置，單位設(shè)置為毫米。進(jìn)給軋輥外徑（DR）即傳送裝置與傳送物體相接觸的最終滾輪直徑。本次機(jī)械軋輥的外徑為150mm，即150000μm。如果伺服電機(jī)前安裝了減速機(jī)的話，還要設(shè)置減速比，電機(jī)側(cè)齒數(shù)Z1 與負(fù)載側(cè)齒數(shù)Z2 減速比為1：40，如圖8 所示。按照機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊計(jì)算基本參數(shù)，即可獲得每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)移動(dòng)量。

圖7 計(jì)算基本參數(shù)

圖8 減速比設(shè)置

接下來(lái)，在定位數(shù)據(jù)欄目中，設(shè)置軸1 定位數(shù)據(jù)，如圖9 所示。選擇01h：ABS 直線1，1 軸的線性控制（ABS）絕對(duì)位置控制，定位地址和指令速度先不設(shè)置，后期通過(guò)PLC 程序中的緩沖存儲(chǔ)器進(jìn)行輸入和修改。

圖9 設(shè)置軸的定位數(shù)據(jù)

系統(tǒng)調(diào)試：系統(tǒng)上電后，在PLC 控制程序的編寫中，以LD77MS16 為例，通過(guò)查閱緩沖存儲(chǔ)器地址一覽和修改緩沖存儲(chǔ)器地址的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)軸的控制和運(yùn)行。首先完成可編程控制器就緒和所有軸伺服ON，根據(jù)PLC 參數(shù)中，I/O 分配中模塊的地址來(lái)決定起始XY 地址，如圖10 和圖11 所示。

圖10 起始XY 地址

圖11 I/O 軟元件功能

如果要修改軸1 的定位地址，只要修改UnG6006（32位數(shù)據(jù)）里面的數(shù)值，要修改運(yùn)行速度，可以修改UnG6004（32 位數(shù)據(jù)）里面的數(shù)值，如圖12 所示。

圖12 軸1 定位地址的緩沖存儲(chǔ)器

修改好運(yùn)行速度和運(yùn)行地址后，通過(guò)定位啟動(dòng)編號(hào)UnG4300 賦值1，來(lái)啟動(dòng)定位數(shù)據(jù)欄目中No.1，完成1軸的線性控制（ABS）絕對(duì)位置控制，如圖13 所示。

圖13 軸1 定位啟動(dòng)編號(hào)的緩沖存儲(chǔ)器

最后，通過(guò)執(zhí)行定位啟動(dòng)輸出信號(hào)Y20 來(lái)定位啟動(dòng)軸1，如圖14 所示。運(yùn)行過(guò)程中，可以通過(guò)緩沖寄存器內(nèi)的數(shù)值監(jiān)視來(lái)查看實(shí)際當(dāng)前值和進(jìn)給速度等運(yùn)行數(shù)據(jù)，如圖15、圖16 所示。

圖14 定位啟動(dòng)

圖15 實(shí)際當(dāng)前值緩沖存儲(chǔ)器

圖16 進(jìn)給速度緩沖存儲(chǔ)器

結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)三菱電機(jī)L06CPU-CM CPU 模塊及LD77MS16-CM 簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)了控制17 個(gè)運(yùn)動(dòng)軸定位運(yùn)行的控制方案，分析和實(shí)際操作了三菱JE 系列A、B 兩種類型的伺服放大器系統(tǒng)。在系統(tǒng)的實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，重點(diǎn)展示了硬件連接、參數(shù)設(shè)置及軟件編程的過(guò)程。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目的實(shí)際驗(yàn)證，該伺服運(yùn)行控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，達(dá)到了企業(yè)預(yù)期的設(shè)計(jì)目的和要求。