长春西门子PLC控制器代理商

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SIEMENS可编程控制器

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SIEMENSPLC伺服控制

　　 摘要：伴随着工业自动化的发展，对其 中的位置控制精 确度也逐步的提高，如何能方便，准确的实现位置控制，是一个 重大的问题，本文讲述了如何采用 PLC 可编程控制器来实现精 确控制。

　　分别列 举了三项方法，以及他们之间的相互比较。

　　引言 随着自动化水平的不断提高，越来越多的工业控制场合需要精 确的位置控 制。

　　因此，如何更方便、更准确地实现位置控制是工业控制领域内的一个重要问 题。

　　位置控制的精 确性主要取决于伺服驱动器和运动控制器的精度。

　　的运动 控制模块可以对伺服系统进行非常复杂的运动控制。

　　但在有些需要位置控制的场 合，其对位置精度的要求比较高，但运动的复杂程度不是很高，这就没有必要选 择那些昂贵的运动控制系统。

　　S7-200 系列 PLC 是一种体积小、编程简单、控制方便的可编程控制器，它 了多种位置控制方式可供用户选择，因此，如何利用该系列 PLC 实现对伺 服电机运动位置较为的控制是本文的研究重点。

　　1、基本控制系统 伺服系统分为液压伺服系统、电气－液压伺服系统以及电气伺服系统。

　　本文 主要讨论了电气伺服系统中的交流伺服系统，其基本组成为交流伺服电机、编码 器和伺服驱动器。

　　交流伺服系统的工作原理是伺服驱动器发送运动命令，驱动伺 服电机运动， 并接收来自编码器的反馈信号，然后重新计算伺服电机运动目标位 置，从而达到精 确控制伺服电机运动。

　　本伺服系统中选用 Exlar 公司生产的 GSX50-0601 型伺服直线电动缸。

　　该电 动缸由普通伺服电机和一个行星滚珠丝杠组成， 用来实现将旋转运动转变为直线 运动。

　　此外， 选用 Xenus 公司生产的 XenusTM 型伺服驱动器。

　　它可以利用 RS． 232 串口通信方式和外部脉冲方式实现位置控制。

　　一般来说， 一个伺服系统运转需要配置一个上位机，所以本系统采用西门子 S7-200PLC 作为上位机控制器。

　　通过高速脉冲输出、EM253 位置控制模块、自 由口通信三种方式控制伺服电机运动。

　　2、高速脉冲输出模式 西门子 CPU224XP 配置两个内置脉冲发生器，它有脉冲串输出(PTO)和脉冲 宽度调制输出两种脉冲发生模式可供选择。

　　这两个脉冲发生器的脉冲输出频 率为 100kHz。

　　在脉冲串输出方式中，PLC 可生成一个 50％占空比脉冲串，用于 步进电机或伺服电机的速度和位置的控制。

　　2.1 硬件构成

　　图 1 为高速脉冲输出方式的位置控制原理图。

　　控制过程中，将伺服驱动器工 作定义在脉冲+方向模式下，Q0.0 发送脉冲信号，控制电机的转速和目标位置； Qo，发送方向信号，控制电机的运动方向。

　　伺服电动缸上带有左限位开关 LIM 一、右限位开关 LIM+ 以及参考点位置开关 REF 。

　　三个限位信号分别连接到 CPU224XP 的 I0.0～I0.2 三个端子上， 可通过软件编程， 实现限位和找寻参考点。

　　图 1 位置控制原理图 2.2 程序设计 高速脉冲串输出(PTO)可以通过 Step7Micro/WIN 的位置控制向导进行组态， 也可通过软件编程实现控制。

　　PTO 输出方式没有专门的位置控制指令，只有一 条脉冲串输出指令，而且在脉冲发送过程中不能停止，也不能修改参数。

　　为解决 以上问题，可以设置脉冲计数值等于 10(或更小)，并能使脉冲发送指令 PLS 处 于激活状态。

　　这样，就可以在任一脉冲串发送完之后修改脉冲周期。

　　图 2 为高速脉冲输出方式位置控制流程图。

　　控制思路为：通过 PTO 模式输 出，可以控制脉冲的周期和个数；通过启用高速计数器 HSC，对输出脉冲进行 实时计数和定位控制，以控制伺服电机的运动过程。

　　图 2 位置控制流程图 3、EM253 位置控制模块 EM253 位置控制模块是西门子 S7-200 的特殊功能位置控制模块，它能够产 生脉冲串用于步进电机与伺服电机的速度和位置的开环控制。

　　3.1 硬件构成 如图 3 所示为 EM253 位置控制原理图， 定义伺服驱动器工作在脉冲+方向模 式下。

　　P0 口发送脉冲，P1 口发送方向，DIS 端硬件使能放大器，并同时清除放 大器错误。

　　LIM-、LIM+、REF 分别为电机左限位、右限位以及参考点。

　　图 3EM253 位置控制原理图 3.2 程序设计 EM253 位置控制模块可以通过 Step7-Micro/WIN 进行向导配置， 配置完成后 系统将自动生成子程序，编程简单、可轻松实现手动、自动、轨迹运行模式。

　　由 于 EM253 属于开环控制，不能很好地反馈电机实际运动情况。

　　因此，利用伺服 驱动器本身的差分输出信号，通过伺服驱动器软件设置，反馈给 PLC，实现闭环 位置控制。

　　但由于直线伺服电动缸与 PLE 可允许发送接收信号存在一定差别， 因此，需要对输入到 PLC 的信号进行电平的转化以及降低伺服驱动器发送的反 馈脉冲频率。

　　PLC 对输入脉冲进行累加， 从而得到电机的实际运转位置与运转速 度，其脉冲计数程序如下。

　　①计数器初始化程序 LDSMO.1//*扫描时 MOVB16#FC,SMB47//SMB47=16#F4,SMB47 为高速计数器 1 的控制字节 HDEF1，9//将 HSC1 配置为正交模式 MOVD0,SMD48//设置 HSCI 的新初始值为 0 MOVD20000，SMD52//设置 HSCI 的新预设值为 20000 HSCI//激活高速计数器 I ②脉冲计数程序 LDSMO.0 MOVDHC1，VD600//将高速计数器 1 所记数值存储在 VD600 中

　　DTRVD600,VD610//VD601〕中的整数转化为实数，存人 VD610 /RSOOO,VD610//VD610 除以 5000 存入 VD610,5001〕为电机旋转一周编码 器发送脉冲数 *R2.54,VD610//VD610 乘以 2.54 存人 VD610,2.54 为电机旋转一周移动的距 离 4、RS-232 串口通信方式 4.1 硬件构成 西门子 CPU22

　　伺服系统和 PLC 分别作为系统的主从站。

　　PLC 控制器通过该 通信功能可实现对伺服驱动器进行运行控制、参数读取、伺服驱动器当前运动状 态的读取等操作。

　　当 S7-200 系列 PLC 工作在自由口通信模式下时，一般通过 CPU 模块的集 成接口进行通信。

　　CPU 集成接口采用了 PPI 硬件规范，其接口为 RS-485 串口， 因此，当 S7-200 系列 PLC 的 CPU 与带有 RS-232 标准接口的计算机或伺服驱动 器连接时，需要配套选用 S7-200PLC 的 PC/PPI 转换电缆或一个 RS-232/RS-485 转换器。

　　4.2PLC 与伺服系统通信 4.2.1 报文构成 S-200PLC 在无协议通信方式工作时，不需要任何通信协议，通信参数需要 根据与其进行通信的伺服驱动器的通信格式进行设定。

　　本伺服系统选用的 Xe-nus 伺服驱动器可通过 RS-232 与 PLC 利用 ASCII 码进行通信，其 ASCII 码消息命 令格式如下： <命令代码><命令具体参数> 其中：<命令代码>为一个单字母代码；<命令具体参数>表示电机所要执行 的任务；为一个回车返回字符，表示命令结束。

　　如：sr0x2A21表示设 置伺服控制器工作在可编程控制模式。

　　4.2.2 程序设计 程序设计时， 将伺服驱动器工作定义在可编程位置模式。

　　该模式支持实时更 改伺服电机的运动速度、位置，通过 RS-232 接收来自 PLC 的 ASCII 码命令，执 行运动。

　　部分程序如下：

　　①初始化程序 LDSMO.1//*扫描 MOVB9,SMB30//设置自由端口 0 通信方式 SMB30＝9、8 位数据位、9600、 PPI MOVB188,SMB87//设置自由端口。

　　接收信息控制 5MB87=188 MOVB13， SMB89//设置自由端口 0 结束字符 SMB89=13， 即结束字符= MOVW0,SMW90//设置自由端口 0 空闲超时 SMB90=0，信息接收始终处于 有效 MOVW200,SMW92//设置自由端口 0 信息超时 SMB92=200ms MOVB255,SMB94//设置自由端口 0 接收字符数 SMB94=255 ATCHINT_0，9//发送完成触发中断 0 ENI//允许中断 ②发送信息程序 LDNVD3501.1//VD3501.1 为接收延迟，自由端口 0 没有处于接收延迟时 ASM4.5//自由端口 0 处于空闲状态，SM4.5=1 AB＝VB18,7//命令字节 VB18=7，即要求设置运动目标位置 SCPY"sr0xca'，VB3100//"sr0xca'，复制到 VB3100,"sr0xca'为设置运动目标位 置命令 SCATB3600,VB3100//VB360()内的目标位置值连接到设置目标位置命令 后 SCATVB3190,VB3100//VB3190 内的结束字节连接到 VB3100 后; XMTVB3100,0//通过自由端口 0 发送命令至伺服驱动器 ③发送完成中断程序(接收信息) LDSM0.0//SM0.0 总是为 1 SSM87.7,1//置 SM87.7=1,SM87.7 为允许接收信息位

PLC常见的输入元件有按钮、行程开关、挨近开关、转换开关、拨码器、各种传感器等，输出设备有继电器、接触器、电磁阀等。正确地衔接输入和输出电路，是确保PLC安全可靠作业的条件。

1、与主令电器元件衔接

如下图所示是与按钮、行程开关、转换开关等主令电器类输入设备的接线示意图。图中的PLC为直流汇点式输入，即一切输入点共用一个公共端COM，一起COM端内带有DC24V电源。

2、与旋转编码器衔接

旋转编码器是一种光电式旋转丈量设备，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。因些可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，运用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以取得丈量结果。不同类型的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲，有的只要A、B相两相，简略的只要A相。

输出两相脉冲的旋转编码器与FX系列PLC示例，编码器有4条引线，其间2条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电源线。编码器的电源能够是外接电源，也可直接运用PLC的DC24V电源。电源“-”端要与编码器的COM端衔接，“+ ”与编码器的电源端衔接。编码器的COM端与PLC输入COM端衔接，A、B两相脉冲输出线直接与PLC的输入端衔接，衔接时要注意PLC输入的呼应时刻。有的旋转编码器还有一条屏蔽线，运用时要将屏蔽线接地。

3、与传感器衔接

传感器的品种许多，其输出办法也各不相同。当选用挨近开关、光电开关等两线式传感器时，因为传感器的漏电流较大，可能呈现过错的输入信号而导致PLC的误动作，此刻可在PLC输入端并联旁路电阻R。当漏电流不足lmA时能够不考虑其影响。

4、与多位拨码开关衔接

假如PLC控制系统中的某些数据需求常常修正，可运用多位拨码开关与PLC衔接，在PLC外部进行数据设定。例如一位拨码开关能输入一位十进制数的0～9，或一位十六进制数的0～F。拨码开关拼装在一起，把各位拨码开关的COM端连在一起，接在PLC输入侧的COM端子上。每位拨码开关的4条数据线按一定次序接在PLC的4个输入点上。由图可见，运用拨码开关要占用许多PLC 输入点，所以不是十分必要的场合，一般不要选用这种办法。

PLC与输出元件的衔接

PLC开关量输出的有：