伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的PLC控制

      利用西門(mén)子PLC輸出的模擬量、伺服控制器完成了對(duì)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速精準(zhǔn)的控制。提高了系統(tǒng)控制的可靠性和精確度。滿足了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。 
  1.引言
　　伺服電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，它將接收到的控制信號(hào)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(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)控制；
②模擬量控制方式，利用模擬量的大小和極性來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向；
③差分信號(hào)控制方式，利用差分信號(hào)的頻率來(lái)控制電機(jī)速度。
簡(jiǎn)單、方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制是工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)期望目標(biāo)，本文主要研究如何利用PLC輸出的模擬量實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的速度較為精準(zhǔn)的控制。
2.控制系統(tǒng)電路
　　控制裝置選用西門(mén)子S7-200系列PLC CPU224XPCN，這種型號(hào)的PLC除了帶有輸入輸出點(diǎn)外。還有1個(gè)模擬量輸入點(diǎn)和1個(gè)模擬量輸出點(diǎn)，這一型號(hào)PLC所具有的模擬量模塊，能夠滿足控制伺服電機(jī)的需要。觸摸屏選用西門(mén)子觸摸屏，型號(hào)為T(mén)P177B。
　　具體控制方案如圖l所示，觸摸屏是人機(jī)對(duì)話接口，最初的指令信息要從這里輸入。輸入的信息通過(guò)通訊端口傳送到PLC。經(jīng)運(yùn)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(duì)接收到的模擬量進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算，而后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)達(dá)到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。伺服電機(jī)通過(guò)測(cè)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(shí)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(jī)，設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)速范圍為500～6000RPM，精度要求為±3RPM。
3.控制過(guò)程
　　在觸摸屏中設(shè)置一個(gè)對(duì)話框，可輸入4位數(shù)值，然后將此對(duì)話框中的數(shù)據(jù)屬性設(shè)置成對(duì)應(yīng)PLC中的整形變量數(shù)據(jù)(如VW310)。目的是當(dāng)在對(duì)話框中輸人數(shù)值后，電機(jī)就能夠達(dá)到與該數(shù)值相同的速度。
　　PLC輸出的模擬量是0～10V，對(duì)應(yīng)的整形數(shù)據(jù)是0～32000；而伺服電機(jī)的輸入模擬量是0～l0V。對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速是0-6500 RPM。由于這些數(shù)值都是理論上的，并且最終希望得到的還是輸入值對(duì)應(yīng)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(diǎn)考慮的還是輸入值、整形數(shù)據(jù)和實(shí)際轉(zhuǎn)速。經(jīng)過(guò)直接實(shí)測(cè)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可看出，輸入值和實(shí)際轉(zhuǎn)速相差甚遠(yuǎn)，而唯一的辦法是通過(guò)運(yùn)算將輸入值轉(zhuǎn)換成能對(duì)應(yīng)上實(shí)際轉(zhuǎn)速的整形數(shù)值。但是還要首先找到最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的數(shù)值。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示