基于伺服控制器can總線(xiàn)的主從同步控制技術(shù)

徐 明，畢 鑫

沈陽(yáng)遼通電氣有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110000

1 概述

在目前的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中，電氣控制技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快。隨著生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化程度的不斷提高，伺服控制器的應(yīng)用也越來(lái)越廣，其具有控制精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高精度的位置，速度控制完成復(fù)雜的生產(chǎn)工藝要求。但是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中要控制較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的機(jī)械負(fù)載還是比較困難的，以目前市場(chǎng)上所提供的伺服電機(jī)功率很難用單臺(tái)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。

本文以我公司設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)熱飛鋸產(chǎn)品為依據(jù)，采用LENZE 9300EK伺服控制器設(shè)計(jì),介紹了基于伺服控制器can總線(xiàn)的主從同步控制技術(shù)，通過(guò)主從同步控制實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)伺服電機(jī)共同拖動(dòng)同一負(fù)載，進(jìn)而增大了伺服電機(jī)的功率，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行，該控制方式運(yùn)行穩(wěn)定，可靠，相信隨著伺服技術(shù)的不斷發(fā)展該技術(shù)可以廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代化的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中。

2 系統(tǒng)組成

由于本產(chǎn)品機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，在設(shè)計(jì)中已經(jīng)無(wú)法選擇適合功率的伺服電機(jī)，因此我們選用兩臺(tái)55KW伺服電機(jī)，共同拖動(dòng)同一負(fù)載來(lái)增大電機(jī)功率。伺服驅(qū)動(dòng)器采用兩臺(tái)LENZE 9300EK，該控制器具有豐富的控制接口。本系統(tǒng)采用的是PROFIBUS-DP總線(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行通訊，傳遞生產(chǎn)工藝參數(shù)，并且對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。兩臺(tái)伺服控制器之間采用CAN總線(xiàn)來(lái)進(jìn)行主從同步控制。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

3 LENZE 9300EK伺服控制器簡(jiǎn)介

LENZE 9300EK伺服控制器屬于電子凸輪型伺服驅(qū)動(dòng)器，除了基本的伺服功能外其內(nèi)部還內(nèi)置了電子凸輪發(fā)生器，可同時(shí)自由編程8 條凸輪曲線(xiàn)。與傳統(tǒng)機(jī)械式凸輪系統(tǒng)相比，更易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜輪廓的曲線(xiàn)修改和工藝的快速更新，并有效克服機(jī)械凸輪系統(tǒng)易磨損，改造周期長(zhǎng)，成本高等缺點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)工藝復(fù)雜，控制精度要求較高的生產(chǎn)線(xiàn)中。LENZE 9300EK伺服控制器還具有如下特點(diǎn)：

1）接口能力強(qiáng)，其具有數(shù)字輸入/輸出，模擬量輸入/輸出接口，CAN總線(xiàn)接口，旋轉(zhuǎn)變壓器和增量編碼器測(cè)速反饋接口等等；

2）具有故障標(biāo)號(hào)，運(yùn)行中檢查的故障功能，故障分類(lèi)清楚，故障提示信息多，便于故障處理。主要保護(hù)有：過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)速、斷電、反饋斷線(xiàn)、堵轉(zhuǎn)、電機(jī)過(guò)熱、過(guò)載等等；

3）強(qiáng)大的電子凸輪功能，如凸輪曲線(xiàn)之間可在線(xiàn)切換，且沒(méi)有時(shí)滯，內(nèi)置尋零及糾偏等功能，內(nèi)置延展/ 壓縮及x/y方向的偏置等等；

4）可視的調(diào)試軟件GDC，利用內(nèi)置的曲線(xiàn)編輯工具可方便的編輯各種曲線(xiàn)，可在微機(jī)上調(diào)試編程診斷。而且本身具有軟件保護(hù)設(shè)置，以保證軟件的安全性。

4 主從同步控制設(shè)計(jì)

伺服控制器間的主從同步控制采用CAN總線(xiàn)設(shè)計(jì)，CAN總線(xiàn)是德國(guó)BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線(xiàn)，通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá)1MBPS。CAN總線(xiàn)屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的范疇與一般的通信總線(xiàn)相比,CAN總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線(xiàn)越來(lái)越受到人們的重視。

本設(shè)計(jì)中兩臺(tái)伺服控制器的CAN總線(xiàn)的同步參數(shù)設(shè)置如表1。

表1 CAN總線(xiàn)的同步參數(shù)設(shè)置

C0363 CAN sync correction 任意值 1（0.8μs）

圖2 MCTRL功能塊圖

伺服程序設(shè)計(jì)包括主機(jī)和從機(jī)的程序設(shè)計(jì)，下面主要對(duì)CAN總線(xiàn)的接口程序進(jìn)行說(shuō)明。因?yàn)橹鳈C(jī)需要實(shí)時(shí)向從機(jī)傳遞轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩信號(hào)，所以將主機(jī)的CAN總線(xiàn)控制字CANOUT2.W3和CAN-OUT2.W2設(shè)置為從機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩信號(hào)給定。從機(jī)采用的是轉(zhuǎn)矩控制方式，將MCTRL-N/M-SWT參數(shù)設(shè)置為1時(shí)，從機(jī)選擇轉(zhuǎn)矩控制方式。MCTRL-N-SET作為速度限制上限端口與MCTRL-N2-LIM端口一起構(gòu)成速度的上下限幅端口來(lái)使用。從機(jī)MCTRL-M-ADD是由主機(jī)的MCTRLM-SET2通過(guò)CAN-IN2.W2給出。從機(jī)的速度限制值是由主機(jī)MCTRL-N-SET2通過(guò)CAN-IN2.W3給到從機(jī)，然后取絕對(duì)值乘以一定的比例系數(shù)作為上下極限值給到MCTRL-N-SET和MCTRL-N2-LIM作為速度的上下限制，防止電機(jī)由于轉(zhuǎn)矩的突然變化而造成電機(jī)失控的現(xiàn)象發(fā)生，本設(shè)計(jì)采用的限制的范圍值為±110%。通過(guò)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用該程序可以很好的實(shí)現(xiàn)主從同步功能，滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求。MCTRL功能塊如圖2所示。

5 結(jié)論

目前采用主從同步控制技術(shù)的旋轉(zhuǎn)熱飛鋸已經(jīng)應(yīng)用在實(shí)際的冶金生產(chǎn)線(xiàn)中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的情況來(lái)看，該產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定，可靠，客戶(hù)反饋較好?？梢?jiàn)隨著伺服產(chǎn)品的逐漸推廣，基于CAN總線(xiàn)的主從同步控制技術(shù)會(huì)越來(lái)越多的應(yīng)用在大型的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備中。

[1]倫茨傳動(dòng).Lenze伺服在無(wú)縫化鋼管生產(chǎn)線(xiàn)上的應(yīng)用[J].伺服控制，2009(10).

[2]LENZE.SHB9300CRV EN 2.0，2007.

[3]LENZE.EDSVS9332K-EXT EN 1.0，2007.

[4]LENZE.EDSCAN-1.0，2003.