數(shù)控“穿孔機(jī)”之PLC如何控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速

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：觸摸屏是人機(jī)對(duì)話接口，zui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。

表1　直接實(shí)測(cè)數(shù)值表

由表1可看出，輸入值和實(shí)際轉(zhuǎn)速相差甚遠(yuǎn)，而*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zui高轉(zhuǎn)速和zui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
PLC的模擬量輸出和伺服電機(jī)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(jì)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(shí)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(guò)PLC。實(shí)現(xiàn)則需妻用到數(shù)字運(yùn)算指令；
運(yùn)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）。

這樣．就基本上完成了從對(duì)話框輸入速度值，經(jīng)過(guò)PLC運(yùn)算后輸出模擬量。伺服控制器接收到模擬量驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速等于輸入速度值的過(guò)程。通過(guò)經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)，測(cè)得輸入值、整形數(shù)值、實(shí)際轉(zhuǎn)速如表3。

表2   實(shí)測(cè)對(duì)應(yīng)數(shù)值表

表3　運(yùn)算后的實(shí)測(cè)數(shù)值表

 
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zui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。

4.結(jié)束語(yǔ)
　　本文提出了一種利用西門(mén)子200系列PLC所配備的模擬量輸出模塊，控制伺服電機(jī)的方法，方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，且能夠滿足轉(zhuǎn)速精度為±3 RPM的工作要求。

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