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基于S7-200 PLC位置控制器設(shè)計(jì)

【編者按】對于由伺服電機(jī)帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)物體進(jìn)行位置控制,通常采用套軸式的電磁旋轉(zhuǎn)變壓器加復(fù)雜的處理電路來實(shí)現(xiàn)角度的編碼,再由角度編碼進(jìn)行位置的閉環(huán)控制婆跋。上述的位置控制多用于測角精度要求高的場合中,設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜络灾、成本較高簇精。


在某些實(shí)際應(yīng)用中,需要進(jìn)行較為簡單的位置定位蜕芭。比如在一個(gè)由伺服電機(jī)帶動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)需要在360°的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)進(jìn)行4個(gè)或多個(gè)檔位的定位载秀,實(shí)際應(yīng)用中像建筑行業(yè)中控制閥門的大小來對給水量、水泥量乳的、沙石量進(jìn)行控制或軍工工程控制泥贷,這樣的定位控制精度要求不高,采用上述的方法進(jìn)行位置控制顯然不夠經(jīng)濟(jì)硼环,成本過高洼眶。

PLC(ProgrammableLogicController)在工業(yè)控制中應(yīng)用廣泛。其高可靠性狰宗、高穩(wěn)定性白庙、友好的編程環(huán)境以及輔以觸摸式人機(jī)界面,使得各種工業(yè)控制更方便直觀甘沾、經(jīng)濟(jì)可靠搬设。這里主要闡述了基于S7-200PLC實(shí)現(xiàn)位置控制方法。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是以PLC控制器為核心的位置控制系統(tǒng)撕捍,包含伺服電機(jī)拿穴、光電編碼器、操作及顯示屏忧风、上位計(jì)算機(jī)默色、伺服電機(jī)控制電路和狀態(tài)返回電路。

1.1S7-200PLC

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心部件采用西門子S7-200系列的PLC阀蒂,該系列PLC功能豐富该窗,具有多種功能模塊,可方便通過人機(jī)界面對設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)視其狀態(tài)蚤霞,高版本的PLC主機(jī)擁有2個(gè)通訊端口酗失,在使用人機(jī)界面對設(shè)備進(jìn)行操作的同時(shí)還可通過RS-485接口和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算及狀態(tài)管理,對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視昧绣。該系統(tǒng)使用S7-200PLC的一個(gè)重要的功能:高速可逆計(jì)數(shù)规肴。光電編碼器和伺服電機(jī)同軸連接,伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)光電編碼器產(chǎn)生連續(xù)的脈沖串夜畴,PLC通過輸入點(diǎn)讀取光電編碼器產(chǎn)生的脈沖塞姻,實(shí)現(xiàn)高速可逆計(jì)數(shù)。例如設(shè)置高、中尺澜、低3個(gè)給水量檔位并進(jìn)行控制绵顷。在調(diào)試階段應(yīng)先驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)進(jìn)行3個(gè)給水量的位置標(biāo)定,也就是說厅肩,高螺蜻、中、低3個(gè)檔位分別對應(yīng)唯一的脈沖數(shù)禽制。應(yīng)該注意的是剪酵,由于采用的是增量式光電編碼器,也就是說膜却,當(dāng)編碼器掉電后并不能將當(dāng)前的脈沖數(shù)保存药呜。所以在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上還要設(shè)置2個(gè)限位開關(guān),一來保護(hù)機(jī)械結(jié)構(gòu)攘默;二來把逆向的限位開關(guān)的位置定為零位访僚,這樣相對于這個(gè)零位的高、中玲销、低3個(gè)給水檔位從光電編碼器讀到的脈沖數(shù)即為這3個(gè)檔位的位置引润。這3個(gè)位置可通過PLC編程對其控制。

1.2光電編碼器

光電編碼器痒玩,是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器议慰,光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成蠢古。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸别凹,電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)草讶,光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn),經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號炉菲,此外堕战,為判斷旋轉(zhuǎn)方向,碼盤還可提供相位相差90°的兩路脈沖信號拍霜。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)要點(diǎn)

該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)為:1)準(zhǔn)確配置高速計(jì)數(shù)器嘱丢;2)位置控制器的允差設(shè)計(jì),允差的選擇應(yīng)盡量小以提高伺服系統(tǒng)的控制精度祠饺,在滿足系統(tǒng)定位精度的前提下腔益,允差的設(shè)計(jì)上還需要考慮于機(jī)械結(jié)構(gòu)定位的分辨率,以免設(shè)置值過小機(jī)械結(jié)構(gòu)控制不到位而引起驅(qū)動(dòng)電機(jī)反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)络峦,往往需要現(xiàn)場標(biāo)定舰打;3)初始位置的精確標(biāo)定,需要注意的是初次標(biāo)定各檔位位置時(shí)應(yīng)使用手動(dòng)控制方式蒋巡,并且要將機(jī)械限位開關(guān)狀態(tài)接入PLC.由于采用增量式光電編碼器凫荡,計(jì)數(shù)器當(dāng)前值要存在PLC的掉電可保存寄存器MDl4中可剪。

2.2程序設(shè)計(jì)

在程序中首先需要將高速計(jì)數(shù)器配置為A/B相正交輸入,4倍計(jì)數(shù)速率功抠,增計(jì)數(shù)登翩,并使能高速計(jì)數(shù)器,然后將標(biāo)定好的各檔位位置填入相應(yīng)的地址中汛滩,并且設(shè)置允差為兩個(gè)脈沖女溺,也就是說各檔位的脈沖數(shù)加減2即為相應(yīng)的到位。伺服系統(tǒng)傳動(dòng)裝置的間隙是多樣性的函绊,并且對伺服控制的性能有影響敛竭,設(shè)置允差的目的是為了消除由于伺服傳動(dòng)間隙引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定,從而準(zhǔn)確定位阁最。

在程序設(shè)計(jì)時(shí)除順戒祠、逆限位和順轉(zhuǎn)、逆轉(zhuǎn)的互鎖程序外速种,重點(diǎn)在于如何用PLC實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)重復(fù)定位姜盈。

3工程應(yīng)用情況

這種設(shè)計(jì)方法被利用在某軍用雷達(dá)工程的衰減器控制的4位置定位系統(tǒng)中,系統(tǒng)要求驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件在0°~360°內(nèi)的4個(gè)位置往返定位配阵,定位精度要求O.1°馏颂。在具體的設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用型號為55TYD02的交流電機(jī),編碼機(jī)構(gòu)選用型號為OMRONE6B2的相對式光電碼盤棋傍。位置的行程范圍360°對應(yīng)于8400個(gè)脈沖救拉,則使用S7-200PLC高速計(jì)數(shù)器讀入的位置分辨率為360°/8400=0.043°;根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)際標(biāo)定位置允差值設(shè)置為2個(gè)脈沖瘫拣,此定位系統(tǒng)的控制精度可達(dá)到0.86°亿絮,滿足系統(tǒng)定位精度0.1°的要求,電機(jī)正向或反向運(yùn)轉(zhuǎn)一次到位麸拄,快速準(zhǔn)確派昧。

并將激光二極管的陰極與去耦電容以一個(gè)短路徑相連。由于導(dǎo)線的電感颤皆,即使選用一個(gè)非常好的旁路電容也會受到響應(yīng)限制酬苇,因此有必要在電源旁放置一個(gè)電感,并且在電感旁接一個(gè)去耦電容來防止供應(yīng)線上的切換電流產(chǎn)生的電磁干擾磺伍。并將激光二極管的陰極與去耦電容以一個(gè)短路徑相連疯食。由于導(dǎo)線的電感,即使選用一個(gè)非常好的旁路電容也會受到響應(yīng)限制或缘,因此有必要在電源旁放置一個(gè)電感梅明,并且在電感旁接一個(gè)去耦電容來防止供應(yīng)線上的切換電流產(chǎn)生的電磁干擾。并將激光二極管的陰極與去耦電容以一個(gè)短路徑相連。由于導(dǎo)線的電感乳环,即使選用一個(gè)非常好的旁路電容也會受到響應(yīng)限制匠泵,因此有必要在電源旁放置一個(gè)電感,并且在電感旁接一個(gè)去耦電容來防止供應(yīng)線上的切換電流產(chǎn)生的電磁干擾倘回。并將激光二極管的陰極與去耦電容以一個(gè)短路徑相連了酌。由于導(dǎo)線的電感,即使選用一個(gè)非常好的旁路電容也會受到響應(yīng)限制音瓷,因此有必要在電源旁放置一個(gè)電感对嚼,并且在電感旁接一個(gè)去耦電容來防止供應(yīng)線上的切換電流產(chǎn)生的電磁干擾。

4結(jié)束語

PLC適用于比較惡劣的工業(yè)環(huán)境绳慎,通過其通訊口和上位計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊纵竖,可以使操作人員在安全的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制;光電編碼器構(gòu)造原理簡單杏愤,機(jī)械壽命可達(dá)幾萬小時(shí)以上靡砌,抗干擾能力強(qiáng)。由兩者為核心構(gòu)成的硬件電路實(shí)現(xiàn)位置控制方法適用于具有多個(gè)設(shè)置點(diǎn)重復(fù)定位的機(jī)械旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備珊楼,完全滿足一般的工業(yè)控制要求通殃。這種設(shè)計(jì)原理清晰、硬件需求明確厕宗、易于實(shí)現(xiàn)画舌、調(diào)試維護(hù)方便,具有很好實(shí)用和適用性已慢。上述的位置控制方法已經(jīng)應(yīng)用于某軍用雷達(dá)工程的衰減器控制中骗炉,其控制精度可達(dá)到0.86°,滿足系統(tǒng)定位精度0.1°的要求蛇受,設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠,效果良好巫顽。


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