運(yùn)動(dòng)控制有哪些方法

所謂“運(yùn)動(dòng)控制（Motion Control）”，是指利用伺服系統(tǒng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的位置、速度等物理量進(jìn)行控制的過(guò)程。比如，控制機(jī)床的傳送帶及刀具以完成準(zhǔn)確的工件切割。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括：運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及編碼器等部件。運(yùn)動(dòng)控制器是具有運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC的CPU或?qū)ｉT(mén)的運(yùn)動(dòng)控制模塊；伺服驅(qū)動(dòng)器用來(lái)接收運(yùn)動(dòng)控制器的命令，并完成對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制；伺服電機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用來(lái)帶動(dòng)工藝軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；伺服電機(jī)內(nèi)置編碼器，可以將電機(jī)的位置反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器或運(yùn)動(dòng)控制器，從而形成閉環(huán)控制。

西門(mén)子SIMATIC S7-1200系列PLC的集成了運(yùn)動(dòng)控制功能，可以通過(guò)多種方式來(lái)控制伺服驅(qū)動(dòng)器。

1、運(yùn)動(dòng)控制的方法簡(jiǎn)單說(shuō)，有三種：

1）脈沖步進(jìn)電機(jī)；

2）上位機(jī)+plc+編碼器+調(diào)速電機(jī)；

3）PLC+位置開(kāi)關(guān)+普通（調(diào)速）電機(jī)； 2、什么運(yùn)動(dòng)用什么運(yùn)動(dòng)控制的方法：

1）舉例說(shuō)，繡花工藝適合用：脈沖步進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制方式；

2）舉例說(shuō)，萬(wàn)能銑床工作臺(tái)前后、上下、左右、旋轉(zhuǎn)用：PLC+位置開(kāi)關(guān)+普通（調(diào)速）電機(jī)

3）舉例說(shuō)，機(jī)械手適用：PLC+位置開(kāi)關(guān)+普通（調(diào)速）電機(jī)、上位機(jī)+PLC+編碼器+調(diào)速電機(jī)； 3、如果你的系統(tǒng)用PLC+位置開(kāi)關(guān)+普通（調(diào)速）電機(jī)就足夠了，你就用“PLC+位置開(kāi)關(guān)+普通（調(diào)速）電機(jī)”，這個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換迅速，動(dòng)作敏捷，使用、操作、維護(hù)方便簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠；

我們來(lái)談?wù)凷7-1200都有哪些運(yùn)動(dòng)控制方式。

對(duì)于固件版本大于等于V4.1的S7-1200的CPU，有三種控制伺服驅(qū)動(dòng)器的方法：

（一）PROFIdrive：PROFIdrive是一種基于PROFIBUS或PROFINET總線的驅(qū)動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，收錄于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61800-7中。PROFIdrive定義了一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制模型，其中包含多種設(shè)備。設(shè)備之間通過(guò)預(yù)設(shè)的接口及報(bào)文進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這些報(bào)文被稱(chēng)為PROFIdrive消息幀。每一個(gè)消息幀都有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)具體應(yīng)用，選擇不同的消息幀。通過(guò)PROFIdrive消息幀，可以傳輸控制字、狀態(tài)字、設(shè)定值及實(shí)際值。S7-1200基于PROFIdrive的運(yùn)動(dòng)控制示意圖如下：

上圖中，伺服電機(jī)內(nèi)置編碼器的信號(hào)可以有四種反饋方式：

反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器；

通過(guò)總線的方式直接反饋給CPU；

連接到分布式工藝模塊，CPU通過(guò)總線來(lái)讀取數(shù)據(jù)；

直接連接到CPU的高速計(jì)數(shù)器通道；

無(wú)論使用哪種方式，PROFIdrive都可以形成閉環(huán)控制；

（二）PTO方式：PTO的全稱(chēng)是“Pulse Train Output”，也就是“脈沖串輸出”。運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)發(fā)送占空比為50%的脈沖串給伺服驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。以CPU1215C為例，它總共支持四路脈沖串輸出（Pulse1~Pulse4），每一路脈沖信號(hào)支持四種PTO方式，分別是：

PTO（Pulse A and direcTIon B，脈沖A和方向B）；

PTO（Count up A and count down B，加計(jì)數(shù)A和減計(jì)數(shù)B）；

PTO（A/B phase-shifted，A/B相移）；

PTO（A/B phase-shifted- fourfold，A/B相移-四倍頻）；

如下圖：

其中，PTO（Pulse A and direcTIon B，脈沖A和方向B）是比較常用的方式。該P(yáng)TO方式使用CPU的兩路輸出：一路（A）產(chǎn)生高速脈沖串，另一路（B）控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。通過(guò)控制脈沖串產(chǎn)生的頻率，可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

PTO方式可以是開(kāi)環(huán)控制，也可以將電機(jī)的編碼器連接到CPU的高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行位置計(jì)數(shù)，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。S7-1200基于PTO的運(yùn)動(dòng)控制示意圖如下：

（三）模擬量方式：該方式以模擬量信號(hào)作為伺服驅(qū)動(dòng)器的給定信號(hào)，通過(guò)模擬量的信號(hào)變化來(lái)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。以SINAMICS V90為例，它可以接受±10V的速度給定信號(hào)。我們可以使用S7-1200的信號(hào)板“AQ 1x12 BIT”來(lái)輸出±10V的電壓信號(hào)，通過(guò)將信號(hào)板輸出與V90的信號(hào)給定相連接，可以用模擬量的方式來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。

模擬量運(yùn)動(dòng)控制方式也必須形成閉環(huán)系統(tǒng)，可以使用高速計(jì)數(shù)器或者總線的方式將編碼器的信號(hào)反饋給CPU。S7-1200基于模擬量的運(yùn)動(dòng)控制示意圖如下：

好了，關(guān)于S7-1200的運(yùn)動(dòng)控制的方式就先介紹到這里。