丹佛斯運(yùn)動控制器在遠(yuǎn)程伺服控制中的應(yīng)用

引言：

　　伺服位置控制是工業(yè)自動化領(lǐng)域經(jīng)常遇到的控制需求褥影，過去經(jīng)典的解決方案是用運(yùn)動控制模塊發(fā)送脈沖信號控制步進(jìn)或伺服驅(qū)動系統(tǒng)央改。但是隨著生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展念弧，伺服驅(qū)動功率越來越大蝎杯，控制方法也逐步從脈沖控制變?yōu)楦咚偻ㄓ嵖刂瓢燎５し鹚惯\(yùn)動控制器能與驅(qū)動器和各種現(xiàn)場總線通訊卡緊密結(jié)合，為用戶提供了可編程開放式的通訊控制接口戒甜，是目前市場上性價(jià)比最高的通用遠(yuǎn)程伺服控制工作站之一棺昵。

摘要：

　　目前生產(chǎn)中用到的較先進(jìn)的伺服控制系統(tǒng)通常采用專用的運(yùn)動控制模塊，加上專用的高速通訊總線润申，再加上專用的伺服驅(qū)動系統(tǒng)組成销贝。但是如果以丹佛斯運(yùn)動控制器作為遠(yuǎn)程伺服控制工作站，則往上能適配市場上幾乎全部主流高速現(xiàn)場總線呻纹，即適用于任意上位機(jī)堆生；往下適配任意同步或異步伺服電機(jī)。本文謹(jǐn)以Epsilon SWB 發(fā)泡模機(jī)4軸位置伺服控制為例雷酪，介紹了丹佛斯運(yùn)動控制器作為遠(yuǎn)程伺服控制工作站的應(yīng)用辦法和經(jīng)驗(yàn)淑仆。

關(guān)鍵詞：伺服控制現(xiàn)場總線通訊異步伺服電機(jī) 機(jī)械抱閘控制

一、 Epsilon SWB發(fā)泡模機(jī)運(yùn)動控制要求：

　該機(jī)有上模翻轉(zhuǎn)哥力、下模翻轉(zhuǎn)蔗怠、整體翻轉(zhuǎn)3個(gè)角度位置控制和上模升降一個(gè)垂直位置控制，定位精度要求都很高吩跋。其中上模滿載時(shí)重達(dá)半噸寞射。

Epsilon SWB發(fā)泡模機(jī)的基本機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。

電驅(qū)動必須實(shí)現(xiàn)并滿足如下要求：

　　1. 發(fā)泡模機(jī)在機(jī)械上為對稱結(jié)構(gòu)锌钮，上模升降桥温、下模翻轉(zhuǎn)和整體翻轉(zhuǎn)這三個(gè)基本動作都是由兩邊兩臺電機(jī)同時(shí)驅(qū)動的，電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)型號規(guī)格完全相同梁丘。這樣如何使兩臺剛性連接的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)矩保持一致侵浸，是電氣驅(qū)動需要解決的難題之一。

如果使用同步伺服電機(jī)础辉，這將是一個(gè)非常困難的控制要求肄埠。可行的辦法為令其中一臺同步伺服電機(jī)作主機(jī)知狂，工作于速度（位置）模式搓胯；另一臺同步伺服電機(jī)作輔機(jī)，工作于轉(zhuǎn)矩模式啰痒，其轉(zhuǎn)矩給定值為主伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩值臂沽。

圖二、輸出轉(zhuǎn)矩示意圖

　但是如果使用異步伺服電機(jī)锥拖，用一臺伺服驅(qū)動器同時(shí)驅(qū)動兩臺電機(jī)橡戈，利用異步電機(jī)的固有特性阎肌，可以方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速同步，并且轉(zhuǎn)矩輸出一致掷雪。右圖為此種運(yùn)行模式時(shí)兩臺電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩将遮，可見輸出轉(zhuǎn)矩的不平衡是由于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差特性不同造成的，這個(gè)問題可以用選擇相同廠家相同型號電機(jī)的辦法解決肌坑，而且最好是選額定轉(zhuǎn)差比較大的異步電機(jī)近弟。

　丹佛斯FC302驅(qū)動器能夠同時(shí)帶兩臺異步伺服電機(jī)，作電機(jī)自適應(yīng)時(shí)只要將電機(jī)功率挺智、電機(jī)電流設(shè)為2臺異步伺服電機(jī)的總合就可以了祷愉。

2. 機(jī)械抱閘控制

　　上模非常重，起動時(shí)如果驅(qū)動器和機(jī)械抱閘配合不好赦颇，很容易下溜或上沖二鳄。

圖三、機(jī)械抱閘控制時(shí)序圖

　丹佛斯FC302驅(qū)動器內(nèi)置起重設(shè)備專用的機(jī)械抱閘控制輸出媒怯，上圖為其動作的時(shí)序圖订讼，電機(jī)起動之初是工作于轉(zhuǎn)矩輸出方式的，在機(jī)械抱閘逐步松開的過程中沪摄，電機(jī)控制模式也平滑地從轉(zhuǎn)矩控制模式轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速控制模式躯嫉。在過渡期間，還可以提升轉(zhuǎn)速控制的PID杨拐，有助于進(jìn)一步提高驅(qū)動器的負(fù)載響應(yīng)能力。

3. 下模翻轉(zhuǎn)和整體翻轉(zhuǎn)是通過曲柄機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的擂啥，因此實(shí)際機(jī)械角度與電機(jī)角位移是非線性關(guān)系

圖四哄陶、電機(jī)角位移-機(jī)械翻轉(zhuǎn)角度關(guān)系圖

　　這要靠運(yùn)動控制器內(nèi)部運(yùn)算或用查表插值運(yùn)算的辦法解決。

二．運(yùn)動控制的高速總線通訊接口程序編制和定義：

　現(xiàn)場總線通訊控制在主站和從站之間傳遞預(yù)定字長的過程數(shù)據(jù)俺乓，丹佛斯運(yùn)動控制器在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中作為遠(yuǎn)程伺服控制工作站運(yùn)行勋匙，控制命令的執(zhí)行和實(shí)際位置、狀態(tài)的反饋全靠過程數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)檀丝。為了方便與其他主機(jī)的銜接韭赡，在參考了西門子FM系列運(yùn)動控制模塊的控制辦法，再結(jié)合現(xiàn)場總線的控制特點(diǎn)残神，定義了如下過程數(shù)據(jù)：

表一：過程數(shù)據(jù)PCD定義

	PCD1	PCD2	PCD3	PCD4
寫入	控制字	速度給定	位置給定	轉(zhuǎn)矩給定
讀出	狀態(tài)字	當(dāng)前實(shí)際速度	當(dāng)前實(shí)際位置	當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)矩

其中控制字定義如下：

表二：控制字定義

位	位 = 0	位 = 1
0	自由運(yùn)行	伺服鎖定
1	正轉(zhuǎn)	反轉(zhuǎn)
2		點(diǎn)動
3		轉(zhuǎn)速控制模式
4		轉(zhuǎn)矩控制模式
5		相對定位控制模式
6		絕對定位控制模式
7		回零位
8		故障復(fù)位
9		動作完成標(biāo)志清除
10-15		保留

狀態(tài)字定義如下：

表三：狀態(tài)字定義

位	位 = 0	位 = 1
0	無正轉(zhuǎn)限位信號	正轉(zhuǎn)限位信號動作
1	無反轉(zhuǎn)限位信號	反轉(zhuǎn)限位信號動作
2	機(jī)械制動抱緊	機(jī)械制動釋放
3	運(yùn)動過程中	動作完成
4	驅(qū)動系統(tǒng)正常	驅(qū)動系統(tǒng)報(bào)警
5		運(yùn)動控制器控制就緒
6		回零位完成
7-15		保留

三割懊、 丹佛斯運(yùn)動控制器簡介：

　　丹佛斯運(yùn)動控制器是與丹佛斯的FC300系列驅(qū)動器緊密結(jié)合的，其接口如圖所示：

X55為編碼器2輸入接口新浦，缺省用于連接從電機(jī)編碼器烙赴；

X56為編碼器1輸入接口，缺省用于連接主電機(jī)編碼器笋条；

X57為10數(shù)字量輸入接口斑柬；

X58為24VDC電源企舌；

X59為8數(shù)字量輸出接口。

丹佛斯運(yùn)動控制器的編程方式

　丹佛斯運(yùn)動控制器使用丹佛斯公司開發(fā)的Aposs運(yùn)動控制語言筝野，其編程風(fēng)格模仿C語言晌姚，并提供多種便利指令，其界面如下圖所示：

丹佛斯運(yùn)動控制器能提供如下基本功能：

1．輸入輸出邏輯控制功能歇竟；

2．同步控制功能挥唠，電子凸輪；

3．定位控制功能途蒋；

4．中斷功能猛遍，如時(shí)間中斷，I/O中斷等号坡；

5．基本數(shù)學(xué)懊烤、邏輯運(yùn)算功能；

……

丹佛斯運(yùn)動控制器支持的高速通訊協(xié)議：

Profibus宽堆、CANopen腌紧、DeviceNet、Interbus畜隶、LonWorks壁肋、工業(yè)以太網(wǎng)

……

丹佛斯運(yùn)動控制器程序例（部分）：

//HOME MODE 1

IF (step==16) THEN

homevel = GET HOME_VEL

IF (home_done==0) THEN

servo_on = 1

IF (svon_dlyt.2==1) THEN

IF (homevel>0 AND ls_fwd==0) OR (homevel<0 AND ls_rev==0) THEN

IF (home_dog==1) THEN

CSTOP //CVEL 0

//CSTART

step = 17

ELSE

ACC 50

CVEL homevel

CSTART

ENDIF

ELSE

CSTOP //CVEL 0

//CSTART

IF (home_dog==1) THEN

step = 17

ELSE

step = 18

ENDIF

ELSE

CSTOP //CVEL 0

//CSTART

ENDIF

ELSE

CSTOP //CVEL 0

//CSTART

step = 10

ENDIF

四、主控PLC的編程辦法：

主機(jī)中關(guān)于運(yùn)動控制部分的子程序可以按如下邏輯框圖編程：

程序例：

（略）

使用效果：

　系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果非常理想籽慢，響應(yīng)速度快逊汤、速度平穩(wěn)，完全達(dá)到了控制技術(shù)要求湘胚。通用的丹佛斯遠(yuǎn)程控制器達(dá)到了替代專用PLC運(yùn)動控制模塊的作用啥榜。FC302的優(yōu)異性能，保障了定位精度虑佳。由于自定義的通訊過程數(shù)據(jù)掏博、控制字定義清晰簡潔，主機(jī)控制程序開發(fā)變得更容易了檬鞠。

結(jié)束語：
　使用西門子的PLC加西門子的位置控制模塊伊肿，編程會是一個(gè)艱巨而繁復(fù)的工作，但是利用Profibus現(xiàn)場通訊總線直接控制控制丹佛斯的運(yùn)動控制器煞仑，將繁復(fù)的程序功能交給遠(yuǎn)程伺服工作站以分布式方式處理炒耀，不但可以節(jié)省系統(tǒng)成本，還大大提高了整機(jī)開發(fā)速度许话，值得在自動化控制領(lǐng)域推廣羔俭。

參考文獻(xiàn)

[1] FC300編程指南. MG.33.M4.41. Danfoss A/S. 2008

[2] 運(yùn)動控制器MCO305使用說明. MG.33.K2.02. Danfoss A/S. 2007

[3] 運(yùn)動控制器MCO305設(shè)計(jì)指南. MG.33.L2.02. Danfoss A/S. 2007

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運(yùn)動工作站驅(qū)動器機(jī)械

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			<script>
			var ph=document.getElementById("phone");
			var otime=null;
			var num=-310;
			function tomove(){
				if(!ph) {
					return;
				}
				otime=setInterval(function (){
					num+=10;
					if(num==310)
					{
						num=-310;
						clearInterval(otime);
					}
					ph.style.backgroundPosition=num+"px 0px";
					//console.log(num);

},20)
				}
			tomove();
			setInterval(function(){
				tomove();	
			},3000);
			//生成二維碼
			var qrcode = new QRCode(document.getElementById("qrcode"), {
				width : 90,
				height : 90
			});

function makeCode () {		
				var elText = self.location.href;
				qrcode.makeCode(elText);
			}

makeCode();

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