1.引言
伺服電機在自動控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，它將接收到的控制信號轉(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方式與上位機進行通訊，實現(xiàn)控制；
②模擬量控制方式，利用模擬量的大小和極性來控制電機的轉(zhuǎn)速和方向；
③差分信號控制方式，利用差分信號的頻率來控制電機速度。
簡單、方便的實現(xiàn)對伺服電機轉(zhuǎn)速的精確控制是工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的一個期望目標(biāo)，本文主要研究如何利用plc輸出的模擬量實現(xiàn)對伺服電機的速度較為精準(zhǔn)的控制。
2.控制系統(tǒng)電路
控制裝置選用西門子s7-200系列plc cpu224xpcn，這種型號的plc除了帶有輸入輸出點外。還有1個模擬量輸入點和1個模擬量輸出點，這一型號plc所具有的模擬量模塊，能夠滿足控制伺服電機的需要。觸摸屏選用西門子觸摸屏，型號為tp177b。
具體控制方案如圖l所示，觸摸屏是人機對話接口，最初的指令信息要從這里輸入。輸入的信息通過通訊端口傳送到plc。經(jīng)運算后，plc輸出模擬量，并連接到伺服控制器的模擬量輸入端口。伺服控制器對接收到的模擬量進行內(nèi)部運算，而后驅(qū)動伺服電機達(dá)到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。伺服電機通過測速元件將轉(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，設(shè)計工作轉(zhuǎn)速范圍為500～6000rpm，精度要求為±3rpm。
3.控制過程
在觸摸屏中設(shè)置一個對話框，可輸入4位數(shù)值，然后將此對話框中的數(shù)據(jù)屬性設(shè)置成對應(yīng)plc中的整形變量數(shù)據(jù)(如vw310)。目的是當(dāng)在對話框中輸人數(shù)值后，電機就能夠達(dá)到與該數(shù)值相同的速度。
plc輸出的模擬量是0～10v，對應(yīng)的整形數(shù)據(jù)是0～32000；而伺服電機的輸入模擬量是0～l0v。對應(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。需要重點考慮的還是輸入值、整形數(shù)據(jù)和實際轉(zhuǎn)速。經(jīng)過直接實測，測試數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 直接實測數(shù)值表
輸入值
整形數(shù)值
實際轉(zhuǎn)速
500
500
70
2000
2000
360
4000
4000
750
6000
6000
1145
由表1可看出，輸入值和實際轉(zhuǎn)速相差甚遠(yuǎn)，而唯一的辦法是通過運算將輸入值轉(zhuǎn)換成能對應(yīng)上實際轉(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)速對應(yīng)的數(shù)值。通過實驗發(fā)現(xiàn)，對應(yīng)關(guān)系如表2所示
表2 實測對應(yīng)數(shù)值表
整形數(shù)值
實際轉(zhuǎn)速
2711
500
30854
6000
plc的模擬量輸出和伺服電機轉(zhuǎn)速輸出都是線性的，可以根據(jù)表2的數(shù)據(jù)列出直線方程組，計算出輸入值和整形數(shù)值之間的關(guān)系。
2711＝500×a+b
30854＝600×a+b
解得：a=5117；b=152
設(shè)實際轉(zhuǎn)速為x，整形數(shù)值為y；那么關(guān)系方程為：
y=5117×x+152
通過plc。實現(xiàn)則需妻用到數(shù)字運算指令，具體如圖2所示
圖2數(shù)字運算指令實現(xiàn)對應(yīng)關(guān)系
運算后，將數(shù)據(jù)直接傳送到模擬量輸出口就完成了轉(zhuǎn)換工作(由于輸出口不接受雙字?jǐn)?shù)據(jù)；所以僅傳字?jǐn)?shù)據(jù)，vb2232即可)。如圖3所示
圖3模擬量輸出口傳送指令
這樣．就基本上完成了從對話框輸入速度值，經(jīng)過plc運算后輸出模擬量。伺服控制器接收到模擬量驅(qū)動伺服電機，伺服電機的轉(zhuǎn)速等于輸入速度值的過程。通過經(jīng)過實際檢驗，測得輸入值、整形數(shù)值、實際轉(zhuǎn)速如表3。
表3 運算后的實測數(shù)值表
輸入值
運算后數(shù)值
實際轉(zhuǎn)速
500
2711
500
1000
5269
999
2000
10386
1998
3000
15503
3000
4000
20620
4002
5000
25737
5001
6000
30854
6000
4.結(jié)束語
本文提出了一種利用西門子200系列plc所配備的模擬量輸出模塊，控制伺服電機的方法，方法簡單，易于實現(xiàn)，且能夠滿足轉(zhuǎn)速精度為±3 rpm的工作要求。