S7—200 PLC在数字伺服电机控制中的应用

2015-10-14米久美

新课程·下旬 2015年6期

米久美

摘要：首先介绍了伺服控制系统的基本情况，然后着重介绍了西门子S7-200系列和PLC的高速脉冲输出口对伺服电机的控制，重点列举了位置控制。希望其在工业中有很好的应用。

关键词：S7-200PLC；数字伺服电机；控制

PLC是目前控制系统中最广泛应用的设备。伴随着计算机技术的不断发展，工业中用到的控制系统也发生了转变，这就要求在工业领域中有重要地位的PLC具有更强大的功能。目前西门子公司生产的S7-200系列的PLC是一种体积小、编程简单、方便控制的可编程控制器。目前占据了大部分的国际市场，也扩大了PLC控制的领域。

一、数字伺服电机基本控制系统

常见的控制系统有四种：液压伺服控制系统、交流伺服控制系统、直流伺服控制系统和电压伺服控制系统。为了跟随数字控制的发展步伐，目前采用最多的是进步电机或者交流伺服电机作为执行电机。

S7-200系列PLC，是一种体积小、编程简单、方便控制的可编程控制器，本文主要讨论的是西门子S7-200PLC在熟悉伺服电机控制中的应用。

二、S7-200 PLC控制数字伺服电机的原理

电机的连线及控制：

本应用实例选择的是位置控制模式，脉冲输入方式有集电极开路方式和差动驱动方式两种，为了方便实现同时对两部电机的控制，采用了差动驱动方式。与PLC的接线图如图1所示。

图中L+为公共PLC端子，接24VDC正端，通过控制内部晶体管的开关可以让输出Q呈现不同的电平信号或发出脉冲信号。L+—PG—P1M—L+为脉冲输入回路，PLC控制该回路中的发光二极管的亮灭，形成脉冲编码输入。L+—NG—NP—1M— L+为电机旋转方向控制回路，当该回路的发光二极管点亮时，电机正转，否则反转。伺服放大器内部电阻只有100欧，有可能会烧坏内部的发光二极管，需要外接电阻R，其阻值的计算如下：

R+100=（24-0.7）（V）/（5∶10）（mA）=2.33∶4.66KoumΩ （一）

根据公式（一）可以选择R=3.9kΩ

三、硬件构成

图2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；Q0.1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-、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。

四、控制模型

这个系列的PLC 可以通过PID回路指令来进行PID 运算，在一个程序中最多同时可以用8个PID 指令，来实现PID控制算法。在实际程序设计中，通过用STEP 7Micro Win 32 中的PID向导程序来完成一个闭环控制过程的PID 算法，来达到提高设计效率的目的。图3为PID调节控制的原理图，其中Uset 为极间电压给定值，表明了这个时候的产气状态最好。Uf 為极间电压采样值， Vout 为伺服电机运转速度。

根据极间距对极间电压的影响，可以设定PLC的PID调节。

回路调整策略如下：

Uset-Uf<0，T↓；

Uset-Uf>0，T↑。

通过上述控制方法，可以实现对Uf的精确控制。