首先了解plc如何控制伺服電機(jī)
1、 電機(jī)的連線及控制
本應(yīng)用實(shí)例選擇的是位置控制模式，脈沖輸入方式有集電極開路方式和差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式兩種，為了方便的實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)兩部電機(jī)的控制，采用差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。與plc的接線圖如圖所示。
plc與伺服放大器接線圖
圖中l(wèi)+為公共plc端子，接24vdc正端，通過控制內(nèi)部晶體管的開關(guān)使得輸出q呈現(xiàn)不同的電平信號(hào)或發(fā)出脈沖信號(hào)。l+一pg—p lm—l+為脈沖輸入回路，plc控制該回路中的發(fā)光二極管的亮滅，形成脈沖編碼輸入。l+一ng—np一1m— l+為電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向控制回路，當(dāng)該回路的發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，電機(jī)正轉(zhuǎn)，否則反轉(zhuǎn)。由于伺服放大器內(nèi)部電阻只有100歐，為
了防止電流過大燒壞內(nèi)部的發(fā)光二極管，需要外接電阻r，其阻值的計(jì)算如下：
根據(jù)公式(1)，可以選擇r=3．9ko
2、電子齒輪比
數(shù)字交流伺服系統(tǒng)具有位置控制的功能，可通過上位控制器發(fā)出位置指令脈沖。而伺服系統(tǒng)的位置反饋脈沖當(dāng)量由編碼器的分辨率及電機(jī)每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)械位移量等決定。當(dāng)指令脈沖當(dāng)量與位置反饋脈沖當(dāng)量二者不一致時(shí)，就需要使用電子齒輪使二者匹配。使用了電子齒輪功能，就可以任意決定一個(gè)輸入脈沖所相當(dāng)?shù)碾姍C(jī)位移量。具有電子齒輪功能的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。若機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的螺距為w，指令脈沖當(dāng)量為△l，編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為p，又考慮到一般電機(jī)軸與傳動(dòng)絲杠為直接相連， 則位置反饋脈沖當(dāng)量△ =w／4p。
具有電子齒輪功能的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
由于脈沖當(dāng)量與反饋脈沖當(dāng)量不一定相等，就需要使用電子齒輪比來建立兩者的關(guān)系。具體計(jì)算公式為：al=3m ×cmx / cdv
。因此根據(jù)一個(gè)指令脈沖的位置當(dāng)量和反饋脈沖的位置當(dāng)量，就可以確定具體的電子齒輪比。三菱該系列伺服電機(jī)的電子齒輪比的設(shè)定范圍
對(duì)于輸入的脈沖，可以乘上其中任意倍率使機(jī)械運(yùn)行。
下面是plc控制私服的具體應(yīng)用
3、pi c控制原理及控制模型
本例采用了西門子s7．200系列cpu226作為主控制器。它是s7．200系列中的高檔plc，本機(jī)自帶24個(gè)數(shù)字輸人口、l6個(gè)數(shù)字輸出口及兩個(gè)rs-422／485串行通訊口，最多可擴(kuò)展7個(gè)應(yīng)用模塊 j。實(shí)際項(xiàng)目中，通過擴(kuò)展em231模擬量輸入模塊來采集電壓信號(hào)，輸入的模擬信號(hào)可在0～10v±5v、0～20ma等多種信號(hào)輸入方式中選擇。最終，plc根據(jù)輸入電壓信號(hào)的大小控制脈沖發(fā)送周期的長短，從而達(dá)到控制伺服電機(jī)速度的目的。
3.1 高速數(shù)字脈沖輸出
西門子s7．200系列ac／dc／dc(交流供電，直流i/o)類型plc上集成了兩個(gè)高速脈沖輸出口，兩個(gè)高速脈沖輸出口分別
通過qo．0、qo．1兩個(gè)輸出端子輸出，輸出時(shí)可選擇pwm(脈寬調(diào)制)和pio(脈沖串)方式。pio方式每次只能發(fā)出固定脈沖， 脈沖開始發(fā)送后直到發(fā)送完畢才能開始新的脈沖串；pwm方式相對(duì)靈活，在脈沖發(fā)送期間可隨時(shí)改變脈沖周期及寬度，其中脈沖周期可以選擇微秒級(jí)或毫秒級(jí)。
3.2 pid功能特性
該系列plc可以通過pid回路指令來進(jìn)行pid運(yùn)算，在一個(gè)程序中最多可以用8條pid指令，既最多可同時(shí)實(shí)現(xiàn)8個(gè)pid
控制算法。在實(shí)際程序設(shè)計(jì)中，可用step 7-micro／win 32中的pid向?qū)С绦騺硗瓿梢粋€(gè)閉環(huán)控制過程的pid算法，從而提高
程序設(shè)計(jì)效率。
3.3 控制模型
控制模型方框圖如下圖所示，其中uset為極間電壓給定值(此時(shí)產(chǎn)氣狀態(tài)最佳)，uf為極間電壓采樣值，vout為伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度。通過對(duì)電弧電壓采樣值與弧間電壓給定值的比較并經(jīng)過plc的pid調(diào)節(jié)回路控制，可以得出用于控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)的脈沖發(fā)送周期t，從而使伺服電機(jī)的送棒速度不停的得到調(diào)整，這樣就達(dá)到了控制兩極間距的目的。保證了兩極間距的相對(duì)穩(wěn)定，也就保證了極間電壓的穩(wěn)定性。
pid調(diào)節(jié)控制原理框圖
根據(jù)極間距對(duì)極間電壓的影響，可以設(shè)定plc的pid調(diào)節(jié)回路調(diào)整策略如下：
uset—uf<0，t 減小；
uset—uf>0，t增大。
通過上述控制方法，能夠比較精確的實(shí)現(xiàn)對(duì)uf的控制。
4、程序設(shè)計(jì)
以下應(yīng)用程序是經(jīng)過簡化的，沒有涉及異常情況。其設(shè)計(jì)以本文前面所述方法及原理為依據(jù)，并給出了詳盡的程序注釋 。
4.1 主程序
nerw0rk 1
① ijd sm0．1
／／sm0．1=1僅第一次掃描有效
② movw +0，vw450
／／pid中斷計(jì)數(shù)器初始化
③ movb 100，smb34
／／設(shè)置定時(shí)中斷時(shí)間間隔為looms
④ atch int— pwm — pid ，10
／／設(shè)定中斷，啟動(dòng)pid執(zhí)行
⑤ eni
//開中斷
4．2 中斷程序
① network 1
ld sm0．0
／／sm0．0=1每個(gè)掃描周期都有效
i cw v vw450
／／調(diào)用中斷程序次數(shù)加1
② network 2
ldw > = vw450． + 10
／／檢查是否應(yīng)進(jìn)行pid計(jì)算
m0vw +0，vw450
／／如果如此，清計(jì)數(shù)器并繼續(xù)
n0t
jmp 0
／／否則，轉(zhuǎn)人中斷程序結(jié)尾
③ network 3
／／計(jì)算并裝載pid pv(過程變量)
id sm0．0
rps
xorw vw464，vw464
／／清除工作區(qū)域
m0vw arw0．vw466
／／讀取模擬數(shù)值
a v466．7
m0vw 16#ffff．vw464
／／檢查符號(hào)位，若為負(fù)則擴(kuò)展符號(hào)
lrd
dtr vd464．vd396
／／將其轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)并裝載人pv
lpp
／r 32000．0，vd396
／／正?；?．0至1．0之間的數(shù)值
④ network 4
id sm0．0
movr vim00，vim00
／／vim00為設(shè)定值
⑤
⑥ network 6
id sm0．0
pid vb396，0
／／進(jìn)行pid計(jì)算
⑦ network 7
ld sm0．0
m0vr vd404．vd464
／／裝載pid輸出至工作區(qū)
+r vd400，vd464
*r 1000．0. vim64
／／縮放數(shù)值
trunc vd464,vd464
／／將數(shù)值轉(zhuǎn)化成整數(shù)
movw vw 466．vw 1000
／／vw1000為plc輸出脈沖周期
⑧ network 8
／／伺服電機(jī)右反轉(zhuǎn)控制(pwm)
／／smw68／78 lifo周期值
／／smw70／80 pwm脈沖寬度
／／smd72／82 lifo脈沖計(jì)數(shù)值
ld sm0．0
movb 16# d3．smb77
／／輸出脈沖周期為500微秒
movw vw 1000，smw 78
movw vw 1000．vw1 1 18
／i +2．vwl118
movw vw 1118．smw 80
pis 1
⑨ network 9
lbl 0
本例給出了利用西門子plc的高速脈沖輸出及pid控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字式交流伺服電機(jī)進(jìn)行控制的原理及相應(yīng)編程方法。此控制方法已成功用于水燃?xì)馍a(chǎn)控制系統(tǒng)中，效果良好。