長春西門子PLC控制器代理商

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SIEMENS可編程控制器

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SIEMENSPLC伺服控制

　　 摘要：伴隨著工業自動化的發展，對其 中的位置控制精 確度也逐步的提高，如何能方便，準確的實現位置控制，是一個 重大的問題，本文講述了如何采用 PLC 可編程控制器來實現精 確控制。

　　分別列 舉了三項方法，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，越來越多的工業控制場合需要精 確的位置控 制。

　　因此，如何更方便、更準確地實現位置控制是工業控制領域內的一個重要問 題。

　　位置控制的精 確性主要取決于伺服驅動器和運動控制器的精度。

　　的運動 控制模塊可以對伺服系統進行非常復雜的運動控制。

　　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，但運動的復雜程度不是很高，這就沒有必要選 擇那些昂貴的運動控制系統。

　　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 實現對伺 服電機運動位置較為的控制是本文的研究重點。

　　1、基本控制系統 伺服系統分為液壓伺服系統、電氣－液壓伺服系統以及電氣伺服系統。

　　本文 主要討論了電氣伺服系統中的交流伺服系統，其基本組成為交流伺服電機、編碼 器和伺服驅動器。

　　交流伺服系統的工作原理是伺服驅動器發送運動命令，驅動伺 服電機運動， 并接收來自編碼器的反饋信號，然后重新計算伺服電機運動目標位 置，從而達到精 確控制伺服電機運動。

　　本伺服系統中選用 Exlar 公司生產的 GSX50-0601 型伺服直線電動缸。

　　該電 動缸由普通伺服電機和一個行星滾珠絲杠組成， 用來實現將旋轉運動轉變為直線 運動。

　　此外， 選用 Xenus 公司生產的 XenusTM 型伺服驅動器。

　　它可以利用 RS． 232 串口通信方式和外部脈沖方式實現位置控制。

　　一般來說， 一個伺服系統運轉需要配置一個上位機，所以本系統采用西門子 S7-200PLC 作為上位機控制器。

　　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運動。

　　2、高速脈沖輸出模式 西門子 CPU224XP 配置兩個內置脈沖發生器，它有脈沖串輸出(PTO)和脈沖 寬度調制輸出兩種脈沖發生模式可供選擇。

　　這兩個脈沖發生器的脈沖輸出頻 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 步進電機或伺服電機的速度和位置的控制。

　　2.1 硬件構成

　　圖 1 為高速脈沖輸出方式的位置控制原理圖。

　　控制過程中，將伺服驅動器工 作定義在脈沖+方向模式下，Q0.0 發送脈沖信號，控制電機的轉速和目標位置； Qo，發送方向信號，控制電機的運動方向。

　　伺服電動缸上帶有左限位開關 LIM 一、右限位開關 LIM+ 以及參考點位置開關 REF 。

　　三個限位信號分別連接到 CPU224XP 的 I0.0～I0.2 三個端子上， 可通過軟件編程， 實現限位和找尋參考點。

　　圖 1 位置控制原理圖 2.2 程序設計 高速脈沖串輸出(PTO)可以通過 Step7Micro/WIN 的位置控制向導進行組態， 也可通過軟件編程實現控制。

　　PTO 輸出方式沒有專門的位置控制指令，只有一 條脈沖串輸出指令，而且在脈沖發送過程中不能停止，也不能修改參數。

　　為解決 以上問題，可以設置脈沖計數值等于 10(或更小)，并能使脈沖發送指令 PLS 處 于激活狀態。

　　這樣，就可以在任一脈沖串發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；通過啟用高速計數器 HSC，對輸出脈沖進行 實時計數和定位控制，以控制伺服電機的運動過程。

　　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 生脈沖串用于步進電機與伺服電機的速度和位置的開環控制。

　　3.1 硬件構成 如圖 3 所示為 EM253 位置控制原理圖， 定義伺服驅動器工作在脈沖+方向模 式下。

　　P0 口發送脈沖，P1 口發送方向，DIS 端硬件使能放大器，并同時清除放 大器錯誤。

　　LIM-、LIM+、REF 分別為電機左限位、右限位以及參考點。

　　圖 3EM253 位置控制原理圖 3.2 程序設計 EM253 位置控制模塊可以通過 Step7-Micro/WIN 進行向導配置， 配置完成后 系統將自動生成子程序，編程簡單、可輕松實現手動、自動、軌跡運行模式。

　　由 于 EM253 屬于開環控制，不能很好地反饋電機實際運動情況。

　　因此，利用伺服 驅動器本身的差分輸出信號，通過伺服驅動器軟件設置，反饋給 PLC，實現閉環 位置控制。

　　但由于直線伺服電動缸與 PLE 可允許發送接收信號存在一定差別， 因此，需要對輸入到 PLC 的信號進行電平的轉化以及降低伺服驅動器發送的反 饋脈沖頻率。

　　PLC 對輸入脈沖進行累加， 從而得到電機的實際運轉位置與運轉速 度，其脈沖計數程序如下。

　　①計數器初始化程序 LDSMO.1//*掃描時 MOVB16#FC,SMB47//SMB47=16#F4,SMB47 為高速計數器 1 的控制字節 HDEF1，9//將 HSC1 配置為正交模式 MOVD0,SMD48//設置 HSCI 的新初始值為 0 MOVD20000，SMD52//設置 HSCI 的新預設值為 20000 HSCI//激活高速計數器 I ②脈沖計數程序 LDSMO.0 MOVDHC1，VD600//將高速計數器 1 所記數值存儲在 VD600 中

　　DTRVD600,VD610//VD601〕中的整數轉化為實數，存人 VD610 /RSOOO,VD610//VD610 除以 5000 存入 VD610,5001〕為電機旋轉一周編碼 器發送脈沖數 *R2.54,VD610//VD610 乘以 2.54 存人 VD610,2.54 為電機旋轉一周移動的距 離 4、RS-232 串口通信方式 4.1 硬件構成 西門子 CPU22

　　伺服系統和 PLC 分別作為系統的主從站。

　　PLC 控制器通過該 通信功能可實現對伺服驅動器進行運行控制、參數讀取、伺服驅動器當前運動狀 態的讀取等操作。

　　當 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 成接口進行通信。

　　CPU 集成接口采用了 PPI 硬件規范，其接口為 RS-485 串口， 因此，當 S7-200 系列 PLC 的 CPU 與帶有 RS-232 標準接口的計算機或伺服驅動 器連接時，需要配套選用 S7-200PLC 的 PC/PPI 轉換電纜或一個 RS-232/RS-485 轉換器。

　　4.2PLC 與伺服系統通信 4.2.1 報文構成 S-200PLC 在無協議通信方式工作時，不需要任何通信協議，通信參數需要 根據與其進行通信的伺服驅動器的通信格式進行設定。

　　本伺服系統選用的 Xe-nus 伺服驅動器可通過 RS-232 與 PLC 利用 ASCII 碼進行通信，其 ASCII 碼消息命 令格式如下： <命令代碼><命令具體參數> 其中：<命令代碼>為一個單字母代碼；<命令具體參數>表示電機所要執行 的任務；為一個回車返回字符，表示命令結束。

　　如：sr0x2A21表示設 置伺服控制器工作在可編程控制模式。

　　4.2.2 程序設計 程序設計時， 將伺服驅動器工作定義在可編程位置模式。

　　該模式支持實時更 改伺服電機的運動速度、位置，通過 RS-232 接收來自 PLC 的 ASCII 碼命令，執 行運動。

　　部分程序如下：

　　①初始化程序 LDSMO.1//*掃描 MOVB9,SMB30//設置自由端口 0 通信方式 SMB30＝9、8 位數據位、9600、 PPI MOVB188,SMB87//設置自由端口。

　　接收信息控制 5MB87=188 MOVB13， SMB89//設置自由端口 0 結束字符 SMB89=13， 即結束字符= MOVW0,SMW90//設置自由端口 0 空閑超時 SMB90=0，信息接收始終處于 有效 MOVW200,SMW92//設置自由端口 0 信息超時 SMB92=200ms MOVB255,SMB94//設置自由端口 0 接收字符數 SMB94=255 ATCHINT_0，9//發送完成觸發中斷 0 ENI//允許中斷 ②發送信息程序 LDNVD3501.1//VD3501.1 為接收延遲，自由端口 0 沒有處于接收延遲時 ASM4.5//自由端口 0 處于空閑狀態，SM4.5=1 AB＝VB18,7//命令字節 VB18=7，即要求設置運動目標位置 SCPY"sr0xca'，VB3100//"sr0xca'，復制到 VB3100,"sr0xca'為設置運動目標位 置命令 SCATB3600,VB3100//VB360()內的目標位置值連接到設置目標位置命令 后 SCATVB3190,VB3100//VB3190 內的結束字節連接到 VB3100 后; XMTVB3100,0//通過自由端口 0 發送命令至伺服驅動器 ③發送完成中斷程序(接收信息) LDSM0.0//SM0.0 總是為 1 SSM87.7,1//置 SM87.7=1,SM87.7 為允許接收信息位

PLC常見的輸入元件有按鈕、行程開關、挨近開關、轉換開關、撥碼器、各種傳感器等，輸出設備有繼電器、接觸器、電磁閥等。正確地銜接輸入和輸出電路，是確保PLC安全可靠作業的條件。

1、與主令電器元件銜接

如下圖所示是與按鈕、行程開關、轉換開關等主令電器類輸入設備的接線示意圖。圖中的PLC為直流匯點式輸入，即一切輸入點共用一個公共端COM，一起COM端內帶有DC24V電源。

2、與旋轉編碼器銜接

旋轉編碼器是一種光電式旋轉丈量設備，它將被測的角位移直接轉換成數字信號（高速脈沖信號）。因些可將旋轉編碼器的輸出脈沖信號直接輸入給PLC，運用PLC的高速計數器對其脈沖信號進行計數，以取得丈量結果。不同類型的旋轉編碼器，其輸出脈沖的相數也不同，有的旋轉編碼器輸出A、B、Z三相脈沖，有的只要A、B相兩相，簡略的只要A相。

輸出兩相脈沖的旋轉編碼器與FX系列PLC示例，編碼器有4條引線，其間2條是脈沖輸出線，1條是COM端線，1條是電源線。編碼器的電源能夠是外接電源，也可直接運用PLC的DC24V電源。電源“-”端要與編碼器的COM端銜接，“+ ”與編碼器的電源端銜接。編碼器的COM端與PLC輸入COM端銜接，A、B兩相脈沖輸出線直接與PLC的輸入端銜接，銜接時要注意PLC輸入的呼應時刻。有的旋轉編碼器還有一條屏蔽線，運用時要將屏蔽線接地。

3、與傳感器銜接

傳感器的品種許多，其輸出辦法也各不相同。當選用挨近開關、光電開關等兩線式傳感器時，因為傳感器的漏電流較大，可能呈現過錯的輸入信號而導致PLC的誤動作，此刻可在PLC輸入端并聯旁路電阻R。當漏電流不足lmA時能夠不考慮其影響。

4、與多位撥碼開關銜接

假如PLC控制系統中的某些數據需求常常修正，可運用多位撥碼開關與PLC銜接，在PLC外部進行數據設定。例如一位撥碼開關能輸入一位十進制數的0～9，或一位十六進制數的0～F。撥碼開關拼裝在一起，把各位撥碼開關的COM端連在一起，接在PLC輸入側的COM端子上。每位撥碼開關的4條數據線按一定次序接在PLC的4個輸入點上。由圖可見，運用撥碼開關要占用許多PLC 輸入點，所以不是十分必要的場合，一般不要選用這種辦法。

PLC與輸出元件的銜接

PLC開關量輸出的有：