SIEMENSPLC伺服控制 　　 摘要：伴隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，對其 中的位置控制精確度也逐步的提高，如何能方便，準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)位置控制，是一個 重大的問題，本文講述了如何采用 PLC 可編程控制器來實(shí)現(xiàn)精確控制。 　　分別列 舉了三項(xiàng)方法，以及他們之間的相互比較。 　　引言 隨著自動化水平的不斷提高，越來越多的工業(yè)控制場合需要精確的位置控 制。 　　因此，如何更方便、更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)位置控制是工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的一個重要問 題。 　　位置控制的精確性主要取決于伺服驅(qū)動器和運(yùn)動控制器的精度。 　　的運(yùn)動 控制模塊可以對伺服系統(tǒng)進(jìn)行非常復(fù)雜的運(yùn)動控制。 　　但在有些需要位置控制的場 合，其對位置精度的要求比較高，但運(yùn)動的復(fù)雜程度不是很高，這就沒有必要選 擇那些昂貴的運(yùn)動控制系統(tǒng)。 　　S7-200 系列 PLC 是一種體積小、編程簡單、控制方便的可編程控制器，它 了多種位置控制方式可供用戶選擇，因此，如何利用該系列 PLC 實(shí)現(xiàn)對伺 服電機(jī)運(yùn)動位置較為精準(zhǔn)的控制是本文的研究重點(diǎn)。 　　1、基本控制系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)分為液壓伺服系統(tǒng)、電氣－液壓伺服系統(tǒng)以及電氣伺服系統(tǒng)。 　　本文 主要討論了電氣伺服系統(tǒng)中的交流伺服系統(tǒng)，其基本組成為交流伺服電機(jī)、編碼 器和伺服驅(qū)動器。 　　交流伺服系統(tǒng)的工作原理是伺服驅(qū)動器發(fā)送運(yùn)動命令，驅(qū)動伺 服電機(jī)運(yùn)動， 并接收來自編碼器的反饋信號，然后重新計(jì)算伺服電機(jī)運(yùn)動目標(biāo)位 置，從而達(dá)到精確控制伺服電機(jī)運(yùn)動。 　　本伺服系統(tǒng)中選用 Exlar 公司生產(chǎn)的 GSX50-0601 型伺服直線電動缸。 　　該電 動缸由普通伺服電機(jī)和一個行星滾珠絲杠組成， 用來實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€ 運(yùn)動。 　　此外， 選用 Xenus 公司生產(chǎn)的 XenusTM 型伺服驅(qū)動器。 　　它可以利用 RS． 232 串口通信方式和外部脈沖方式實(shí)現(xiàn)位置控制。 　　一般來說， 一個伺服系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)需要配置一個上位機(jī)，所以本系統(tǒng)采用西門子 S7-200PLC 作為上位機(jī)控制器。 　　通過高速脈沖輸出、EM253 位置控制模塊、

自 由口通信三種方式控制伺服電機(jī)運(yùn)動。 　　2、高速脈沖輸出模式 西門子 CPU224XP 配置兩個內(nèi)置脈沖發(fā)生器，它有脈沖串輸出(PTO)和脈沖 寬度調(diào)制輸出兩種脈沖發(fā)生模式可供選擇。 　　這兩個脈沖發(fā)生器的脈沖輸出頻 率為 100kHz。 　　在脈沖串輸出方式中，PLC 可生成一個 50％占空比脈沖串，用于 步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的速度和位置的控制。 　　2.1 硬件構(gòu)成 　　圖 1 為高速脈沖輸出方式的位置控制原理圖。 　　控制過程中，將伺服驅(qū)動器工 作定義在脈沖+方向模式下，Q0.0 發(fā)送脈沖信號，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和目標(biāo)位置； Qo，發(fā)送方向信號，控制電機(jī)的運(yùn)動方向。 　　伺服電動缸上帶有左限位開關(guān) LIM 一、右限位開關(guān) LIM+ 以及參考點(diǎn)位置開關(guān) REF 。 　　三個限位信號分別連接到 CPU224XP 的 I0.0～I(xiàn)0.2 三個端子上， 可通過軟件編程， 實(shí)現(xiàn)限位和找尋參考點(diǎn)。 　　圖 1 位置控制原理圖 2.2 程序設(shè)計(jì) 高速脈沖串輸出(PTO)可以通過 Step7Micro/WIN 的位置控制向?qū)нM(jìn)行組態(tài)， 也可通過軟件編程實(shí)現(xiàn)控制。 　　PTO 輸出方式?jīng)]有專門的位置控制指令，只有一 條脈沖串輸出指令，而且在脈沖發(fā)送過程中不能停止，也不能修改參數(shù)。 　　為解決 以上問題，可以設(shè)置脈沖計(jì)數(shù)值等于 10(或更小)，并能使脈沖發(fā)送指令 PLS 處 于激活狀態(tài)。 　　這樣，就可以在任一脈沖串發(fā)送完之后修改脈沖周期。 　　圖 2 為高速脈沖輸出方式位置控制流程圖。 　　控制思路為：通過 PTO 模式輸 出，可以控制脈沖的周期和個數(shù)；通過啟用高速計(jì)數(shù)器 HSC，對輸出脈沖進(jìn)行 實(shí)時計(jì)數(shù)和定位控制，以控制伺服電機(jī)的運(yùn)動過程。 　　圖 2 位置控制流程圖 3、EM253 位置控制模塊 EM253 位置控制模塊是西門子 S7-200 的特殊功能位置控制模塊，它能夠產(chǎn) 生脈沖串用于步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)的速度和位置的開環(huán)控制。 　　3.1 硬件構(gòu)成 如圖 3 所示為 EM253 位置控制原理圖， 定義伺服驅(qū)動器工作在脈沖+方向模 式下。 　　P0 口發(fā)送脈沖，P1 口發(fā)送方向，DIS 端硬件使能放大器，并同時清除放 大器錯誤。 　　LIM-、LIM+、REF 分別為電機(jī)左限位、右限位以及參考點(diǎn)。

　　圖 3EM253 位置控制原理圖 3.2 程序設(shè)計(jì) EM253 位置控制模塊可以通過 Step7-Micro/WIN 進(jìn)行向?qū)渲茫?配置完成后 系統(tǒng)將自動生成子程序，編程簡單、可輕松實(shí)現(xiàn)手動、自動、軌跡運(yùn)行模式。 　　由 于 EM253 屬于開環(huán)控制，不能很好地反饋電機(jī)實(shí)際運(yùn)動情況。 　　因此，利用伺服 驅(qū)動器本身的差分輸出信號，通過伺服驅(qū)動器軟件設(shè)置，反饋給 PLC，實(shí)現(xiàn)閉環(huán) 位置控制。 　　但由于直線伺服電動缸與 PLE 可允許發(fā)送接收信號存在一定差別， 因此，需要對輸入到 PLC 的信號進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)化以及降低伺服驅(qū)動器發(fā)送的反 饋脈沖頻率。 　　PLC 對輸入脈沖進(jìn)行累加， 從而得到電機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)位置與運(yùn)轉(zhuǎn)速 度，其脈沖計(jì)數(shù)程序如下。 　?、儆?jì)數(shù)器初始化程序 LDSMO.1//**掃描時 MOVB16#FC,SMB47//SMB47=16#F4,SMB47 為高速計(jì)數(shù)器 1 的控制字節(jié) HDEF1，9//將 HSC1 配置為正交模式 MOVD0,SMD48//設(shè)置 HSCI 的新初始值為 0 MOVD20000，SMD52//設(shè)置 HSCI 的新預(yù)設(shè)值為 20000 HSCI//激活高速計(jì)數(shù)器 I ②脈沖計(jì)數(shù)程序 LDSMO.0 MOVDHC1，VD600//將高速計(jì)數(shù)器 1 所記數(shù)值存儲在 VD600 中 　　DTRVD600,VD610//VD601〕中的整數(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)，存人 VD610 /RSOOO,VD610//VD610 除以 5000 存入 VD610,5001〕為電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周編碼 器發(fā)送脈沖數(shù) *R2.54,VD610//VD610 乘以 2.54 存人 VD610,2.54 為電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周移動的距 離 4、RS-232 串口通信方式 4.1 硬件構(gòu)成 西門子 CPU22 　　伺服系統(tǒng)和 PLC 分別作為系統(tǒng)的主從站。 　　PLC 控制器通過該 通信功能可實(shí)現(xiàn)對伺服驅(qū)動器進(jìn)行運(yùn)行控制、參數(shù)讀取、伺服驅(qū)動器當(dāng)前運(yùn)動狀 態(tài)的讀取等操作。 　　當(dāng) S7-200 系列 PLC 工作在自由口通信模式下時，一般通過 CPU 模塊的集 成接口進(jìn)行通信。 　　CPU 集成接口采用了 PPI 硬件規(guī)范，其接口為 RS-485 串口， 因此，當(dāng) S7-200 系列 PLC 的 CPU 與帶有 RS-232 標(biāo)準(zhǔn)接口的計(jì)算機(jī)或伺服驅(qū)動 器連接時，需要配套選用 S7-200PLC 的 PC/PPI 轉(zhuǎn)換電纜或一個 RS-232/RS-485 轉(zhuǎn)換器。 　　4.2PLC 與伺服系統(tǒng)通信 4.2.1 報文構(gòu)成 S-200PLC 在無協(xié)議通信方式工作時，不需要任何通信協(xié)議，通信參數(shù)需要 根據(jù)與其進(jìn)行通信的伺服驅(qū)動器的通信格式進(jìn)行設(shè)定。 　　本伺服系統(tǒng)選用的 Xe-nus 伺服驅(qū)動器可通過 RS-232 與 PLC 利用 ASCII 碼進(jìn)行通信，其 ASCII 碼消息命 令格式如下： <命令代碼><命令具體參數(shù)> 其中：<命令代碼>為一個單字母代碼；<命令具體參數(shù)>表示電機(jī)所要執(zhí)行 的任務(wù)；為一個回車返回字符，表示命令結(jié)束。 　　如：sr0x2A21表示設(shè) 置伺服控制器工作在可編程控制模式。 　　4.2.2 程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)時， 將伺服驅(qū)動器工作定義在可編程位置模式。 　　該模式支持實(shí)時更 改伺服電機(jī)的運(yùn)動速度、位置，通過 RS-232 接收來自 PLC 的 ASCII 碼命令，執(zhí) 行運(yùn)動。 　　部分程序如下： 　?、俪跏蓟绦?LDSMO.1//**掃描 MOVB9,SMB30//設(shè)置自由端口 0 通信方式 SMB30＝9、8 位數(shù)據(jù)位、9600、 PPI MOVB188,SMB87//設(shè)置自由端口。 　　接收信息控制 5MB87=188 MOVB13， SMB89//設(shè)置自由端口 0 結(jié)束字符 SMB89=13， 

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