基于PLC的全數(shù)字交流伺服位置控制

蔡廣飛

摘 要：科技水平的不斷提高，智能制造業(yè)的不斷發(fā)展，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。過(guò)去的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常封閉、對(duì)于控制軟件的要求極高、很多軟件都不能控制、還要很多都不能使用網(wǎng)絡(luò)功能，已經(jīng)無(wú)法應(yīng)對(duì)當(dāng)下的要求了。而現(xiàn)代的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)、傳感、電力等技術(shù)完美融合的產(chǎn)物，具有過(guò)去系統(tǒng)不具有的網(wǎng)絡(luò)功能，智能化程度更高，對(duì)于機(jī)械的傳動(dòng)傳遞的更及時(shí)，進(jìn)而取得良好的控制效果。

關(guān)鍵詞：PLC系統(tǒng) 數(shù)字化 交流伺服 位置控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（c）-0011-02

由于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)處于中高速增長(zhǎng)中，科學(xué)技術(shù)不斷提高，現(xiàn)代機(jī)電一體化設(shè)備自動(dòng)化生產(chǎn)線數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化水平逐步提高促進(jìn)了工作的質(zhì)量提升，生產(chǎn)效率也有一定的提升?，F(xiàn)代機(jī)電一體化技術(shù)在自動(dòng)控制、機(jī)械、信息處理等方面都有所涉及，包含的種類(lèi)非常多?，F(xiàn)階段，通用運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)變成一種非常成熟的技術(shù)，集結(jié)了新型傳感器、電力電子、計(jì)算機(jī)等多種技術(shù)，將多種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)能夠完美發(fā)揮。伺服機(jī)械傳動(dòng)是伺服系統(tǒng)的一個(gè)重要部分，已經(jīng)成為現(xiàn)階段很多領(lǐng)域中使用的重要部位。

1 伺服電機(jī)控制模式

轉(zhuǎn)矩控制方法是通過(guò)外部模擬輸入或直接地址分配來(lái)設(shè)置電機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩。通過(guò)實(shí)時(shí)改變模擬量的設(shè)置，或通過(guò)通信改變相應(yīng)地址的值可以改變轉(zhuǎn)矩。

通常，位置控制模式通過(guò)外部輸入脈沖的頻率確定旋轉(zhuǎn)速度，并通過(guò)脈沖數(shù)確定旋轉(zhuǎn)角度。一些伺服系統(tǒng)可以通過(guò)通信直接分配速度和位移。這種方法非常的好，可以特別準(zhǔn)確的將速度確定，對(duì)于位置的確定也非常的可靠，所以在現(xiàn)階段中，一般都會(huì)成為常用的方式去確定速度和位置。

速度可以通過(guò)模擬輸入或脈沖頻率控制。當(dāng)控制器的外部回路PID控制能夠使用的時(shí)候，也可以發(fā)揮出其定位模式，對(duì)于速度能夠準(zhǔn)確的調(diào)控，將速度準(zhǔn)確的知道。但是，這種模式對(duì)于電動(dòng)機(jī)的要求就高了，需要電動(dòng)機(jī)把有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，才能做好定位工作。但是不得不說(shuō)的是，這種方式的準(zhǔn)確性非常好，使用范圍非常的高，在很大范圍內(nèi)都可以達(dá)到控制的目標(biāo)，進(jìn)而發(fā)揮出應(yīng)有的作用。此時(shí)，電機(jī)軸編碼器僅檢測(cè)電機(jī)速度，并且位置信號(hào)由檢測(cè)裝置在直接最終負(fù)載下提供。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是減少了中間驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的誤差，提高了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。

PLC除負(fù)責(zé)切換輸入信號(hào)處理和信號(hào)控制外，還負(fù)責(zé)觸摸屏，定位模塊的相互通信，定位和插補(bǔ)控制。定位模塊接收觸摸屏發(fā)送的定位參數(shù)和PLC發(fā)出的調(diào)用程序命令，然后向交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送脈沖信號(hào)。觸摸屏用作人機(jī)界面，用于選擇工作模式，設(shè)置參數(shù)，顯示信息和診斷故障。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動(dòng)器，交流伺服電機(jī)和光電編碼器組成的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接連接到滾珠絲杠上，使得旋轉(zhuǎn)的角度位移可以變成直線。這種轉(zhuǎn)換方式使讀取變得很容易，使得其工作起來(lái)變得容易和方便。

2 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

滾珠絲杠螺母對(duì)是一種新型傳動(dòng)裝置，可以轉(zhuǎn)換直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)圓形管，在螺母上有一個(gè)球，連接多個(gè)螺旋滾道的末端，形成一個(gè)封閉的螺旋滾道。球在跑道中充滿。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，球在滾道中旋轉(zhuǎn)并沿滾道旋轉(zhuǎn)，從而螺母軸移動(dòng)。

滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷是水平螺釘?shù)淖灾?。因此，螺桿的軸向精度和軸向剛度要求較高，支撐兩端的結(jié)構(gòu)為：一端為軸向固定端的資源支撐結(jié)構(gòu)，通常用于短引線螺桿和垂直進(jìn)給螺桿； 一端是固定的，另一端是浮動(dòng)的，通常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠。兩端安裝螺絲：它通常用于長(zhǎng)螺釘或高速，高精度，高剛度螺釘。

定位模塊用于控制運(yùn)動(dòng)部件的位置和速度。它可以指定多個(gè)目標(biāo)位置，并根據(jù)某些規(guī)則控制它們?cè)诙鄠€(gè)目標(biāo)位置之間的移動(dòng)。這些定律被定義為啟動(dòng)速度，加速度，運(yùn)行速度，減速度和終止速度。根據(jù)坐標(biāo)，有單軸，雙軸和多軸。雙軸和多軸控制可以分別同步。定位模塊接收PLC指令或觸摸屏發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將脈沖信號(hào)輸出到伺服驅(qū)動(dòng)器。一方面，它連接到PLC。另一方面，它輸出脈沖并通過(guò)I / O連接器接收少量開(kāi)關(guān)信號(hào)。通過(guò)這種方式，PLC可以接受相關(guān)的控制命令，在自己的存儲(chǔ)器中共存，也可以接受輸入信號(hào)的數(shù)量，如限制信號(hào)，處理自己的CPU，并根據(jù)這些處理結(jié)果控制脈沖發(fā)生器輸出脈沖。同時(shí)，在PLC輸入輸出刷新時(shí)，及時(shí)從PLC接收新信息，也給PLC反饋一些信息。

定位模塊的工作可以概括為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，數(shù)據(jù)傳輸和啟動(dòng)命令。定位模塊可以通過(guò)設(shè)置與操作規(guī)范和控制規(guī)范一致的參數(shù)來(lái)滿足各種要求。其每個(gè)參數(shù)都分配給一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)寄存器。在運(yùn)行時(shí)，您可以使用定位器更改特殊數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)。當(dāng)電源變?yōu)?N時(shí)，特殊數(shù)據(jù)寄存器將通過(guò)參數(shù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化。

3 舉例說(shuō)明

本文以普通立式車(chē)床為例說(shuō)明其改造。由于電氣元件嚴(yán)重老化，框架變速箱的精度大大降低。經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和比較，決定拆卸齒輪箱的左右刀架，并采用4套YASKAWA Σ-V系列伺服驅(qū)動(dòng)器1：7減速器，讓快速移動(dòng)的刀具完全滿足低速性能要求。Σ-V伺服驅(qū)動(dòng)器由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有全數(shù)字參數(shù)調(diào)節(jié)功能。它簡(jiǎn)單方便，提高了系統(tǒng)的相應(yīng)速度，在最短的時(shí)間內(nèi)最大限度地提高了機(jī)械性能，有利于提高生產(chǎn)效率。它具有命令過(guò)濾和反饋增益自動(dòng)調(diào)整功能，可以進(jìn)行最佳調(diào)整。通過(guò)摩擦補(bǔ)償功能，可以自動(dòng)調(diào)平摩擦的不均勻性。拖動(dòng)工作臺(tái)的55kW直流電機(jī)，采用6RA70直流調(diào)速控制，可靠性高，使用FX2N系列PLC完成機(jī)床的邏輯控制，改造電控柜并更換所有部件。更新機(jī)器控制臺(tái)和懸架系統(tǒng)，重新設(shè)計(jì)操作面板以便于操作。其他橫梁、潤(rùn)滑、液壓和夾緊控制均由PLC完成邏輯控制。這樣的控制方式更好。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)科技的進(jìn)步，社會(huì)不斷的發(fā)展，PLC的全數(shù)字交流伺服位置控制系統(tǒng)技術(shù)越來(lái)越成熟在多種領(lǐng)域都具有很廣泛的應(yīng)用，使用的途徑也越來(lái)越廣，如今的科技越來(lái)越先進(jìn)，想要在這個(gè)時(shí)代里能夠發(fā)揮出科技應(yīng)用的作用，就必須專(zhuān)心研究，才能更好地為人類(lèi)服務(wù)。對(duì)于被控制的東西也能夠變得更加得心應(yīng)手，但是，這就對(duì)相關(guān)的工作要求變得更高。

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