基于S7-1200PLC的伺服电机运动控制系统设计

1伺服电机运动控制系统概述

1.1运动控制模型

本伺服电机运动控制系统采用如图1所示的运动控制模型搭建,其中伺服电机由台达B2系列伺服器驱动,通过调节伺服驱动器参数以及编写PLC程序,可实现包括距离控制、旋转角度控制、定位控制、路径控制以及闭环控制在内的多种运动控制实验[1]。

图1运动控制模型

该运动控制模型主要由底板、伺服电机、联轴器、丝杠、滑块、增量型编码器、限位开关以及各类传感器等部件构成。其中SO1、SO5为光电传感器,作为运动控制的左右限位:SO2、SO3、SO4为NPN型电感传感器,能感测金属滑块的移动:SO6、SO7为微动开关,作为运动轴的左右极限限位,丝杠的螺距为4mm。

1.2运动控制要求

将伺服电机的运动分为4个步骤:

(1）按下启动按钮SB1后,滑块从任意位置查找到原点SO4,且查找过程中滑块触碰到SO1、SO5限位开关时能自动反转:(2）向右行驶2cm停止,5S后,转塔开始向左运行,至SO3处停止:(3）停止5S后继续向左运行,至SO2处再次停止:(4）停止5S后滑块自动回到原点SO4,整个运动过程结束。在运动过程中按下停止按钮SB2以及滑块触碰到SO1、SO5左右限位,SO6、SO7左右极限,系统立即停止运行。

2伺服电机运动控制系统硬件设计

2.1PLC的选型及l/o分配

随着工业生产要求的提升,对于伺服电机的运动控制也有着越来越高的要求,尤其在稳定性和精度等方面[2]。同时根据该运动控制模型及伺服电机运动系统的控制要求,系统共需要7路数字量输入对应2个按钮及5个传感器,另需配备一组高速脉冲输出口以控制伺服电机的旋转和方向。综合系统性能要求、稳定性、控制精度及成本等多方面因素,选择了SIEMENSCPU1212CDC/DC/DC晶体管型PLC作为系统主控制器,CPU1212C共有7输入、6输出,其中包含3组高速脉冲输出。该伺服电机运动控制系统具体的I/o地址分配如表1所示。

2.2伺服驱动器参数设定

伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器,一般通过位置、速度和力矩3种方式对伺服电机进行控制,实现高精度的传动系统定位。相应的,不同控制方式均需要对伺服驱动器参数进行正确设置,才能使伺服电机正常工作。

根据运动控制模型和运动控制的要求,本系统采用台达B2系列伺服驱动器,并选用位置控制方式,同时设置伺服电机的圈脉冲为10000,相关参数设置如表2所示。

其中台达B2系列伺服驱动器内置编码器的分辨精度为160000,p1-44和p1-45分别用于设置电子齿轮比的分子和分母,故伺服电机旋转一圈,pLC需发送脉冲的个数等于分辨率除以电子齿轮比,即:

3控制系统程序设计

3.1运动轴组态

根据运动控制系统要求以及硬件1/o分配,在T1A博途的运动轴组态中需对相应的工艺对象、控制方式、位置限制以及回原点参数进行正确设置,其中定义运动轴的控制方式采用pTo脉冲控制,测量单位为毫米:设置脉冲输出口为00.0,同时激活00.1的方向输出:启用硬限位开关10.6和10.2,分别对应运动轴的S01、S05左右限位,且均为高电平触发:最后定义10.5即S04为主动归位原点,设置逼近原点方向为负方向,并允许硬限位开关处自动反转。

3.2运动控制程序

按照伺服电机控制系统要求,其运动控制分为4个步骤,即主动寻原点、右移固定距离、间断左移及原点归位。根据不同的运动步骤,选择T1A博途中不同的MotionControl模块,其中主动寻原点步骤利用MC一oHm原点查找模块,右移和左移选用MCMoemvmlRtiem相对位移模块实现,伺服电机的暂停则利用了MC一Rlt模块,最后原点归位选用MCMoemAbSolutm绝对位移模块[5]。在T1A博途V15中编写的部分运动控制梯形图程序如图2所示。

伺服电机的间断移动是利用MCMoemvmlRtiem相对位移指令通过定位较大的位移,并通过传感器10.3、10.4触发运动轴停止指令MC一Rlt配合Tp脉冲定时器和ToN接通延时定时器实现[6]。其中Tp脉冲定时器是一种由脉冲触发的断开延时定时器,故可利用其定时时间结束的下降沿触发MCMoemvmlRtiem相对位移指令以实现间断运动。

4结语

本文通过介绍伺服电机运动控制系统的模型平台及设计要求,针对台达B2系列伺服器的工作特性及硬件设计,阐述了系统硬件选型及B2系列伺服驱动器参数调节的原理和步骤,通过在T1A博途V15软件中编写梯形图程序,实现了S7-1200pLC对伺服电机运动系统的控制。实践证明,该控制系统运行稳定,控制方案可行。