基于SIMATIC S7.docx

基于SIMATICS7基于SIMATICS7-300的沟通伺服定位控制系统及实现ronggang导语：分析SIMATICS7-300中FM354伺服定位模块特点及功能和方波永磁同步电动机工作原理本文在分析SIMATICS7-300中FM354伺服定位模块特点及功能和方波永磁同步电动机工作原理的根底上，通过对基于SIMATICS7300的沟通伺服定位控制系统原理分析和详细应用，对系统机械参数的设定及优化提出了相应的方法。调试结果讲明，由FM354和方波永磁同步电动机所构成的伺服定位系统具有良好的动态特性和静态特性。SIMATICS7-300PLC是德国西门子公司开发的PLC系统，系统采用模块化设计，各种单独模块之间可进展广泛组合和扩展。系统主要由以下几局部构成：1中央处理单元CPU；2信号模块SM；3通讯处理器CP；4功能模块FM。另外，还能根据详细用户的要求，提供一些辅助设备。由于永磁同步电动机具有电机能量转换效率高、体积小；运行可靠性高、调速范围广；系统动、静特性好等优点,世界各国纷纷对其进展研究。尤其从80年度代以来，永磁材料十分是稀土永磁材料的迅猛开展，大大进步了永磁电机的效率、缩小了体积、降低了本钱。据不完全统计，在500W以下的直流微特电机中，永磁电机占92，这充分讲明永磁电机的开展速度。与此同时，随着自动控制技术的开展，十分是沟通电动机矢量控制技术的提出，极大地促进了沟通变频调速技术的开展，电力电子技术的日新月异，这三个阻碍沟通电机调速的关键技术都得到了打破，使得永磁同步电动机变频调速控制器的研制和开发成为必然。目前，各国的电气公司，如德国的SIEMENS、美国的通用电气公司等都相续推出了各自的永磁同步伺服电动机和伺服驱动系统产品，并不断采用新技术进展改良和更新，使永磁同步伺服系统性能更加优异，价格更趋公道。永磁同步伺服系统已取代直流伺服系统成为主流。FM354是一个专用伺服定位控制模块，它是S7300PLC控制器中的一个子模块，S7300采用PROFIBUS现场总线与功能模块FM354进展通讯。FM354专用于IFT5系列方波永磁同步电动机所构成的伺服定位系统，可以实现从简单的点到点定位控制到对响应、精度和速度极高的复杂挪动控制。图1是由FM354构成的伺服定位系统的原理构造图图1定位系统构造示意图2FM354的特点及方波永磁同步电动机的工作原理2.1FM354伺服定位模块具有如下功能FM354是一种具有模拟量设定接口的微处理器控制定位模块；FM354是一种高性能的伺服控制定位模块；FM354模块通过SIMATICS7-300系统的用户程序进展控制；通过伺服控制或者开环控制，FM354模块可以进展转角和直线控制；FM354具有多种工作形式；FM354具有不易丧失数据的存储初始化数据的存储区；FM354在不工作时，静态功耗很小；根据用户的需要，通过对模块的初始化，模块可以适应用户的要求。2.2通过FM354模块可以对以下存储区的数据进展初始化机器数据MD；增量大小数据块SM；工具误差数据TO：用户数据userdatablocks。这些数据存储在数据块内数字号1001到1239数字区内不包括用户数据。MD,SM,TO数据块传输到FM354模块并存留FM354内的存储区内。假如相关的功能没有使用到,SM参数,TO参数可以不要。用户数据块必须存储在CPU内,并且只能在线存储.初始化数据除用户数据外还可以离线生成,编辑,保存到CPU内。2.3方波永磁同步电动机的工作原理图2方波永磁同步电动机构成的伺服系统图2为一个典型的永磁同步电动机传动控制系统,它由永磁同步电动机、逆变器、位置传感器和控制系统四局部组成、典型的控制系统包括有位置控制器、速度控制器和电流控制器。用于矩形波电流控制的位置传感器通常沿电动机转子外表两个极距提供六个位置信号、相互错开电角度，每个位置信号触发逆变器中的一个功率晶体管，使之在电角度内导通，如图3所示。图3矩形波电流控制示意图图3a中，位置信号和分别控制功率晶体管和的导通，即分别提供U相绕组的正、负电压电流；和分别使和导通，进而分别提供V相绕组的正、负电压电流；和分别控制和的导通,分别提供W相的电压电流。在任一时刻，只有两只晶体管两相导通。例如，在之间，和导通，其空间合成矢量如图33b中所示。在时，触发功率晶体管导通，关断，在之间，和导通，其空间合成矢量如图中所示。进而电动机定子绕组在气隙中形成了理想的以电角度跳跃的磁动势矢量，如图3b所示。这与由对称的三相正弦波电压供电的三相沟通电机中的旋转磁动势有点类似。正是这个以跳跃形式旋转的磁动势带动电动机转子，使之与定子磁动势以一样的转速旋转。从图3a还可以看出，串联两相合成的定子磁动势在转子旋转电角度期间是静止的，而且滞后于正向导通的相磁动势电流，假如使触发功率晶体管的位置信号位于U相轴线后产生，那么功率角将在和之间变化，平均值为。3伺服定位系统的实现3.1控制电路的硬件组成如图1所示，电路硬件由以下几局部组成：FM354：具有一个模拟输出信号，用来鼓励驱动器的伺服定位控制模块；电源局部：电源供应模拟鼓励信号并把适宜的电功率传输给电动机；电动机：电动机由电源局部供应的电能鼓励并带动轴运动；机械传动局部：它包括轴、齿轮变速箱和离合器系统；编码器安装在IFT5电动机上：编码器测量轴的运动，并把测量的脉冲输出给伺服定位控制模块FM354。编码器测量的脉冲数正比于转轴转动的间隔；外围电路：除了上述局部以外的电路通称外围电路。它主要包括：限制定位范围的限位开关平安设备；编程设备PG和“初始化FM354初始化软件。基于FM354的沟通伺服定位系统控制器电路构造框图如图4所示。图4伺服定位系统控制电器电路构造图3.2系统的软件设计通过对驻留在FM354模块内的数据存储器DB数据块进展设定，就完成了对伺服控制定位模块FM354的初始化编程。这其中对“机器数据数据块DBMD的设定是最重要的，由于伺服控制定位模块FM354无论完成何功能，“机器数据数据块总是必需要的，而对于其它数据块，只有当FM354模块需要时，才对该数据块进展初始化设定。FM354伺服定位系统中最重要的几个初始化参数为：最大速度参数、加速度和减速度参数、位置环增益、平波时间常数。表1为机械参数设定与响应的关系。对于FM354参数设定，还要通过各种效验，看设定的参数是否适宜，假如不适宜，就加以调整。图5为驱动器的激活和检测框图。图5驱动器的激活和检测框图从上面的经过可知，调试经过是很繁琐的。图6是设置为不同参数时的响应比拟。图6不同参数时伺服位置控制的响应比拟图中横坐标为时间，单位为毫秒，纵坐标为一相对量，没有量纲。在调试经过中，要通太多次调试、修改才能得到满足的参数，而这个参数也只能是对你所调试的系统可以称为最优，一旦所控制的系统发生一些改变，参数又要重新调整，而这个工作又是很繁琐的，因此，我们可以对FM354进展重新编程.图7电机在200转/分时的相电流波形注：图中的电流波形为在电路中串一个10欧姆的电阻测得的电阻两端的电压图8电机在1700转/分时的相电流波形图注：图中的电流波形为在电路中串一个10欧姆的电阻测得的电阻两端的电压4电机实验运行结果在实验系统中，参数设定为：位置开环放大系数为1000系数倍；加速度和减速度为2000系数倍米/；平波时间为300ms。实测最低转速可达0.1转/分，最高转速可达2000转/分，低速运行平稳；启动时间小于4秒；速度无超调，位置超调小于0.5；定位精度可达。实测电机相电流波形如图7、8所示。5完毕语本文通过对智能模块FM354所构成的沟通伺服定位控制系统原理分析和详细实现，从中可以看出，该系统具有调速范围宽；低速运行平稳；启动加速度大，响应快；速度环节无超调，位置超调很小；定位精度高；实现灵敏简单，根据系统的不同可通过修改机械参数来知足要求；但参数的优化需要反复调试。0