基于S7-1200PLC的伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)概述

1.1運(yùn)動控制模型

本伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)采用如圖1所示的運(yùn)動控制模型搭建,其中伺服電機(jī)由臺達(dá)B2系列伺服器驅(qū)動,通過調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動器參數(shù)以及編寫PLC程序,可實(shí)現(xiàn)包括距離控制、旋轉(zhuǎn)角度控制、定位控制、路徑控制以及閉環(huán)控制在內(nèi)的多種運(yùn)動控制實(shí)驗(yàn)[1]。

圖1運(yùn)動控制模型

該運(yùn)動控制模型主要由底板、伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠、滑塊、增量型編碼器、限位開關(guān)以及各類傳感器等部件構(gòu)成。其中SO1、SO5為光電傳感器,作為運(yùn)動控制的左右限位:SO2、SO3、SO4為NPN型電感傳感器,能感測金屬滑塊的移動:SO6、SO7為微動開關(guān),作為運(yùn)動軸的左右極限限位,絲杠的螺距為4mm。

1.2運(yùn)動控制要求

將伺服電機(jī)的運(yùn)動分為4個(gè)步驟:

(1）按下啟動按鈕SB1后,滑塊從任意位置查找到原點(diǎn)SO4,且查找過程中滑塊觸碰到SO1、SO5限位開關(guān)時(shí)能自動反轉(zhuǎn):(2）向右行駛2cm停止,5S后,轉(zhuǎn)塔開始向左運(yùn)行,至SO3處停止:(3）停止5S后繼續(xù)向左運(yùn)行,至SO2處再次停止:(4）停止5S后滑塊自動回到原點(diǎn)SO4,整個(gè)運(yùn)動過程結(jié)束。在運(yùn)動過程中按下停止按鈕SB2以及滑塊觸碰到SO1、SO5左右限位,SO6、SO7左右極限,系統(tǒng)立即停止運(yùn)行。

2伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1PLC的選型及l(fā)/o分配

隨著工業(yè)生產(chǎn)要求的提升,對于伺服電機(jī)的運(yùn)動控制也有著越來越高的要求,尤其在穩(wěn)定性和精度等方面[2]。同時(shí)根據(jù)該運(yùn)動控制模型及伺服電機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)的控制要求,系統(tǒng)共需要7路數(shù)字量輸入對應(yīng)2個(gè)按鈕及5個(gè)傳感器,另需配備一組高速脈沖輸出口以控制伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)和方向。綜合系統(tǒng)性能要求、穩(wěn)定性、控制精度及成本等多方面因素,選擇了SIEMENSCPU1212CDC/DC/DC晶體管型PLC作為系統(tǒng)主控制器,CPU1212C共有7輸入、6輸出,其中包含3組高速脈沖輸出。該伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)具體的I/o地址分配如表1所示。

2.2伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定

伺服驅(qū)動器是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器,一般通過位置、速度和力矩3種方式對伺服電機(jī)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位。相應(yīng)的,不同控制方式均需要對伺服驅(qū)動器參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置,才能使伺服電機(jī)正常工作。

根據(jù)運(yùn)動控制模型和運(yùn)動控制的要求,本系統(tǒng)采用臺達(dá)B2系列伺服驅(qū)動器,并選用位置控制方式,同時(shí)設(shè)置伺服電機(jī)的圈脈沖為10000,相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表2所示。

其中臺達(dá)B2系列伺服驅(qū)動器內(nèi)置編碼器的分辨精度為160000,p1-44和p1-45分別用于設(shè)置電子齒輪比的分子和分母,故伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈,pLC需發(fā)送脈沖的個(gè)數(shù)等于分辨率除以電子齒輪比,即:

3控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

3.1運(yùn)動軸組態(tài)

根據(jù)運(yùn)動控制系統(tǒng)要求以及硬件1/o分配,在T1A博途的運(yùn)動軸組態(tài)中需對相應(yīng)的工藝對象、控制方式、位置限制以及回原點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置,其中定義運(yùn)動軸的控制方式采用pTo脈沖控制,測量單位為毫米:設(shè)置脈沖輸出口為00.0,同時(shí)激活00.1的方向輸出:啟用硬限位開關(guān)10.6和10.2,分別對應(yīng)運(yùn)動軸的S01、S05左右限位,且均為高電平觸發(fā):最后定義10.5即S04為主動歸位原點(diǎn),設(shè)置逼近原點(diǎn)方向?yàn)樨?fù)方向,并允許硬限位開關(guān)處自動反轉(zhuǎn)。

3.2運(yùn)動控制程序

按照伺服電機(jī)控制系統(tǒng)要求,其運(yùn)動控制分為4個(gè)步驟,即主動尋原點(diǎn)、右移固定距離、間斷左移及原點(diǎn)歸位。根據(jù)不同的運(yùn)動步驟,選擇T1A博途中不同的MotionControl模塊,其中主動尋原點(diǎn)步驟利用MC一oHm原點(diǎn)查找模塊,右移和左移選用MCMoemvmlRtiem相對位移模塊實(shí)現(xiàn),伺服電機(jī)的暫停則利用了MC一Rlt模塊,最后原點(diǎn)歸位選用MCMoemAbSolutm絕對位移模塊[5]。在T1A博途V15中編寫的部分運(yùn)動控制梯形圖程序如圖2所示。

伺服電機(jī)的間斷移動是利用MCMoemvmlRtiem相對位移指令通過定位較大的位移,并通過傳感器10.3、10.4觸發(fā)運(yùn)動軸停止指令MC一Rlt配合Tp脈沖定時(shí)器和ToN接通延時(shí)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)[6]。其中Tp脈沖定時(shí)器是一種由脈沖觸發(fā)的斷開延時(shí)定時(shí)器,故可利用其定時(shí)時(shí)間結(jié)束的下降沿觸發(fā)MCMoemvmlRtiem相對位移指令以實(shí)現(xiàn)間斷運(yùn)動。

4結(jié)語

本文通過介紹伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)的模型平臺及設(shè)計(jì)要求,針對臺達(dá)B2系列伺服器的工作特性及硬件設(shè)計(jì),闡述了系統(tǒng)硬件選型及B2系列伺服驅(qū)動器參數(shù)調(diào)節(jié)的原理和步驟,通過在T1A博途V15軟件中編寫梯形圖程序,實(shí)現(xiàn)了S7-1200pLC對伺服電機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)的控制。實(shí)踐證明,該控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,控制方案可行。