16PLC与伺服脉冲控制.docx

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16PLC与伺服脉冲控制

实验16PLC与伺服脉冲控制

一.实验目的

1.熟悉典型伺服系统的电动机控制方式；

2.掌握PLC与伺服驱动系统的通信及硬件接线

3.能够正确利用PLC输出脉冲信号控制驱动伺服系统。

二.实验内容

1.PLC、伺服电动机驱动器及伺服电动机之间的连线

2.基于模拟量的伺服系统开环调速控制

3.通过PLC对伺服系统进行单轴的绝对定位、相对定位和调速的开环控制

三.仪器设备

综合实验台一台（PLC模块和伺服控制系统模块）

工具包

四.相关知识

这部分篇幅较大，请先通读“实验步骤”部分，遇到不明白再在本节参考相关知识

1.伺服电机的工作原理

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

2.步进电机和伺服电机性能比较

步进电机是一种离散运动的装置.在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。

随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。

虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。

1） 控制精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。

也有一些高性能的步进电机步距角更小。

如四通公司生产的一种步距角为0.09°的步进电机；德国百格拉公司（BERGERLAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置最小至0.036°。

伺服电机的控制精度由旋转编码器的位数决定。

以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。

对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=0.00275°（9.89秒）。

是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

2）低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频振动现象。

振动频率与负载情况和驱动器性能有关。

当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。

运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。

交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。

3）矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。

交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

4）过载能力不同

步进电机一般不具有过载能力。

伺服电机具有较强的过载能力。

5）运行性能不同

步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象。

交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，控制性能更为可靠。

6）速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。

交流伺服系统的加速性能较好，可用于要求快速启停的控制场合。

综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。

但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。

所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

五.实验步骤

按下图给S7-1200PLC，伺服系统接线。

注意，电位器、开关量X0~X8与伺服驱动器的连线及X0~X8与EGND的连线已集成在实验台里面，无需手动连线，这里只是列出来让同学们对接线更为清晰。

检查无误后，合上主电源开关

PLC控制下的伺服系统运行

1.熟悉位置模式参数调整的步骤：

1）根据控制系统的要求，设定驱动器相应的控制模式为位置模式

设定参数51的值为1

2）根据控制器的输出信号类型，设定驱动器相应的脉冲输入模式

本实验的脉冲输入模式为“单相脉冲＋方向”

对应参数为5E，设为0

在此脉冲方式下，端子PP、PG作为指令脉冲输入，DP、DG作为电机方向控制

3）根据控制系统要求的运行方向，设定驱动器相应的运行方向极性

本实验不取反，对应参数为5B，设为0

4）根据负载、机械、控制器所能发出的最高脉冲频率，设定驱动器的电子齿轮比，其设置方法如下：

对应参数：

34，35

例：

当前编码器分辨率为10000个脉冲，现希望控制器发2500个脉冲让电机转动一圈则电子齿轮的计算方法如下：

有：

2500×

预设Pr35＝１则Pr34＝10000×Pr35=2500，即Pr34=4

5）根据负载、机械、运行速度、运行效果，设定驱动器的速度和位置增益。

推荐设置值请看下面的有关参数设置表。

增益值现场调整方法方法请参阅珠海运控电机有限公司的《运控交流伺服电机系统A8系列用户手册》7.2.4小节

2.伺服驱动系统的参数设置：

位置模式相关参数调整：

参数号

名称及含义

范围

设定值

51

控制模式

1~8

3

5B

电机方向指令取反

0~1

0

31

第一位置增益（Hz）。

值越大，刚性越高，响应越快及滞留偏差脉冲越小，但值若设置太大会引起振荡。

10~1000

50

32

第二位置增益（Hz）。

值越大，刚性越高，响应越快及滞留偏差脉冲越小，但值若设置太大会引起振荡

10~1000

50

34

输入脉冲倍频数，电子齿轮分子

1-10000

1

35

输入脉冲分频数，电子齿轮分母

1-10000

1

36

位置环加减速时间（ms），详细说明参阅系统手册

0-10000

0

3A

定位完成脉冲数。

位置模式下，当偏差滞留脉冲小于。

此参数值时输出定位完成信号。

0-30000

0

4A

编码器AB信号输出分频器-编码器AB信号输出分频器

1-15

1

5E

指令脉冲类型。

0：

脉冲+方向；1：

QEP正交编码脉冲；2：

双脉冲

0-2

0

跟实验18类似，控制要求有单轴的绝对定位、相对定位和调速，每阶段之间皆有加减速过程，控制要求如下图：

第1段：

主轴定位，旋转至最对位置正向3圈，最高速度不超过60rpm

第2段：

主轴恒速，加速至180rpm后，运行5秒后停止

第3段：

旋转至相对于上一步停止位置的反向5圈，最高速度不超过120rpm

第4段：

回零位，最高速度不超过720°/s

3.PLC的输入输出分配，脉冲输出设置：

使用“运动控制“指令集简化编程，一般步骤如下，具体操作参考实验18，

1）组态高速计数器HSC1与脉冲输出Pulse_1

2）建立一个轴工艺对象，将HSC1与Pulse_1的PTO分配给此轴工艺对象

3）对轴工艺对象进行组态：

其中，单位选°，电机没转的运行距离为0.0001°,电机没转的脉冲数为1。

注意：

跟实验18不一样，本次实验使用的是伺服驱动系统，步相角以及细分的设定也不一样。

由于电子齿轮设成1:

1，细分等于1。

伺服电动机分辨率为2048脉冲/圈，可以理解步相角为0.17578125°，如下图：

经过上述步骤组态完毕后，可能会有报错，原因是速度与加速度限制经过重新计算后有冲突，请按实际情况重新输入。

在编程前，为检验Axis_1的组态是否符合实际，可以连上PLC，将所有变更下载进PLC，然后进入在线模式，如下图进行手动调试：

尝试在调试面板上手动命令Axis_1转一定角度，观察实际的运动情况是否一致：

注意：

必须先令MC_Power的Enable位为False，禁用运动控制指令时，才可以切换到手动模式。

本实验中断开SQ1就允许切换到手动模式了。

4.运动控制编程：

在手动调试模式确认组态正确后，按下一页图对PLC进行编程：

5.实际操作：

按下SQ1，启用轴Axis_1的运动控制命令，按一下SB1，步进电动机正向启动，按照控制分段运行，完成后停车

任何时候，松开SQ1，脉冲输出停止，电动机停车。

若再闭合SQ1后按SB1重新开始。

六.附录

伺服驱动器操作面板模式切换说明：

实验用的伺服驱动器面板有4种模式：

监视模式，参数设定模式，数据保存模式和辅助模式。

本实验只用到前两种；

1.监视模式：

按MODE键直至面板显示SEE-XX，XX为监视项序号。

按Up和Down键后按SET键进入，以下是本次试验常用的：

SEE-00电机速度；SEE-01参考速度；SEE-13接受脉冲数；SEE-14输入脉冲频率；

2.参数设定模式：

按MODE键直至面板显示PA-SEt，按SET键后显示SEt-XX，XX为参数号。

再按SET键后通过Up键和Down键修改参数值，最后再按SET键保存

伺服驱动器参数设定操作说明：

先将伺服驱动器的模式切换至参数设定模式。

为防止参数被随意修改，导致系统工作不正常，系统专门增加了一个参数修改开关，参数号为60，当此参数值为5678时方可对参数进行合法性的修改，否则不能修改参数。

参数设置流程图在下一页：

参数设置示例：

选择参数模式－按Mode键直至出现参数模式PA－Set，如下图：

选择参数序号－按SET键，可进入参数号选择状态Set－XX，如下图：

其中XX为参数号

按右方向键选择调整位置，按Up键/Down键可递增或递减当前闪烁位的值，即选择所需的参数号。

如要设定40号参数，则通过按右方向键和Up键及Down键将参数号XX修改为40。

设定参数内容－选定参数号后按SET键，系统将会闪烁显示参数的当前值，如下图：

将40号参数设定为2000。

则按右方向键选择闪烁位，Up键Down键可递增或递减当前闪烁位的值。

将1500修改成2000后，按SET键后确定便可。

1秒后或按Mode键，自动指向下一个参数号。

上电生效参数提示

对于要求上电才生效的参数，参数值修改后不会即时生效，只有将驱动器断电，然后再重新上电后才生效。

若当前参数要求再次上电才有效，则会显示reset并能将数据自动保存到EEPROM中，且再次上电后，驱动器才会按新的，如图：

参数保存----保存到EEPROM

参数修改时，如果不进行保存数据至EEPROM中，每次关机后，设定的参数值也会随之丢失。

所以如需要设定的参数值有效，不受关机影响，请将修改的数据保存到EEPROM中。

参数保存：

选择数据保存模式－按Mode键直至出现“EE－ALL”，如下图：

数据写入－按SET键，便可将参数值写入EEPROM。

保存成功则会显示“Finish”，如下图：

七.实验结果记录