基于西门子PLC的沟通伺服控制系统设计.docx

基于西门子PLC的沟通伺服控制系统设计中国传动网导语：本文通过对伺服控制系统的研究，以伺服电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的根底下组成了电气传动自动控制系统。摘要：本文通过对伺服控制系统的研究，以伺服电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的根底下组成了电气传动自动控制系统。通过利用西门子300PLC的数字量、模拟量输出控制和伺服控制器完成了对伺服电机转速精准的控制。进步了系统控制的可靠性和准确度并且知足工业消费的需要。1引言近年来电力电子装置的控制技术研究特别活泼，各种当代控制理论，如自适应控制和滑模变构造控制，以及智能控制和高动态性能控制都是研究的热门。这些研究必将把沟通调速技术开展到一个新的程度。控制系统的软化对CPU芯片提出了更高的要求，为了实现高性能的沟通调速，要进展矢量的坐标变换，磁通矢量的在线计算和适应参数变化而修正磁通模型，以及内部的加速度、速度、位置的重叠外环控制的在线实时调节等，都需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。可以预见，随着计算机芯片容量的增加和运算速度的加快，沟通调速系统的性能将得到很大的进步。沟通伺服技术沟通伺服电机和沟通伺服控制系统逐渐成为主导产品。沟通伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的根底技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。当今科学的快速开展使得各学科之间已没有严格的界限，它们互相影响，互相浸透，从开展的角度来看，把神经网络、模糊控制、滑模变构造控制等当代控制理论用于伺服电机调速技术有着极其重要的意义和广阔的前景，可以以为这将是伺服电机调速技术的开展方向之一。此外，控制领域的其他新技术如现场总线、自适应控制、遗传算法等，也将引入到沟通传动领域，给伺服电机调速的控制技术带来重大的影响。西门子PLC是由国际知名的自动化公司研发的，完全是为了知足工业自动化领域的应用的PLC和组态。伺服系统运用的行业是一个自动化程度非常高的行业，这些系统都存在可靠性要求高、监控设备和对象多而复杂、实时性要求高等特点。随着现伺服技术和远程控制日益成熟信息化要求的进步，基于现场总线的控制系统将为电力行业自动化系统提供更好的选择。目前制约基于PLC的控制伺服系统在工业应用上的主要问题，主要包括以下几个方面：支持PLC控制伺服系统的智能设备造成初期投资的进步；系统构造怎样变化，怎样构筑一个基于PLC伺服的控制系统；通讯是否可靠；设备选型的局限性等对于用户的这些疑问等。2沟通伺服的组成及驱动器2.1沟通伺服电机的组成伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反响，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或者角速度输出。分为直流和沟通伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。沟通伺服电动机的构造主要可分为两大局部，即定子局部和转子。其中定子的构造与旋转变压器的定子根本一样，在定子铁心中也安放着空间互成90°电角度的两相绕组，如图1所示。其中L1-L2称为励磁绕组，k1-k2称为控制绕组，所以沟通伺服电动机是一种两相的沟通电动机。转子的构造常用的有鼠笼形转子和非磁性杯形转子。鼠笼形转子沟通伺服电动机的构造如图2所示，它的转子由转轴、转子铁心和转子绕组等组成。转子铁心是由硅钢片叠成的，每片冲成有齿有槽的外形，如图3所示，然后叠压起来将轴压入轴孔内。铁心的每一槽中放有一根导条，所有导条两端用两个短路环连接，这就构成了转子绕组。2.2伺服驱动器控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通沟通马达，属于伺服系统的一局部，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进展控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。伺服电机调速系统由伺服驱动器、电动机及其控制系统构成。伺服调速系统通过改变异步电动机定子的供电源频率，进而改变电动机同步转速，其调速特性根本上保持了伺服电动机固有的机械特性硬度高、转差率小的特点，同时具有效率高、调速范围宽、精度高、调速平滑等优点。伺服驱动系统主要设备是提供变频电源的伺服驱动，伺服驱动器可分成交-直-驱动器和-交变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交驱动器。其特点是效率高，调速经过中没有附加损耗；应用范围广；调速范围大，精度高。3控制系统设计3.1系统硬件设计PLC控制器为系统主控制器；伺服驱动器通过自带的通讯模块可以很方便地连接到PLC控制网络上；使用S7-300的编程软件step7设计梯形图程序，并下载到PLC控制器中，实现远程基于S7-300对伺服驱动器控制，进而实现对电机的调速。其中，计算机用于系统的组态、监控和编程，PPI电缆负责PLC控制器与计算机之间的通讯，而PLC控制器进展顺序和传动控制，通过伺服驱动器专用线将控制器命令传达给伺服驱动器，同时承受伺服驱动器的状态并实现实时反应信息。控制程序将速度给定值命令信息以控制字的数据格式传给PLC控制器，实现伺服驱动器的自动控制。图4为伺服电机控制系统框图。3.2控制电路PLC为本系统总控制器，本系统用到的PLC通过特制电缆连接伺服驱动器；驱动器再接伺服电机；伺服电机通过伺服驱动器给PLC一个反应信号，这个反应信号接PLC的模拟量输入端。这样便于控制更加精准和快速。由用户程序控制PLC的动作，PLC的动作引起欺负驱动器的反响，进而到达控制电机转速的目的。编码器接24V直流电源。伺服驱动器接220V沟通电。工业控制计算机通过PPI电缆连接PLC，用户可以通过组态软件观察控制系统工作情况。进而实现远程控制电机调速系统。3.3系统组成西门子S7-300系列PLC是模块化构造设计，各单独模块之间可进展广泛组合和扩展。其系统构成。电源模块PS、中央处理单元模块CPU、信号模块SM、功能模块FM等。它通过PPI网的接口直接与编程器PG、操纵员面板OP和其它S7PLC相连。负载电源模块PS：用于将西门子S7300连接到120/230v沟通电源，或者24/48/60/110V直流电源。中央处理单元CPU：各种CPU有不同的性能一般根据工业需求自己选择。信号模块SM：用于数字量和模拟量输入/输出。功能模块FM：用于高速计算，定位操纵开环和闭环定位和闭环控制。4系统仿真在WINCC中速度输入值设置一个对话框，可输入4位数值，然后将此对话框中的数据属性设置成对应PLC中的整形变量数据(如AIW0)。目的是当在对话框中输人数值后，电机就能到达该数值相应速度PLC输出的模拟量是010V，对应的整形数据是032000；而伺服电机的输入模拟量是0l0V。对应的转速是0-6500RPM。由于这些数值都是理论上的，并且最终希望得到的还是输入值对应上转速即可。因此，模拟量作为中间环节仅做参考。需要重点考虑的还是输入值、整形数据和实际转速。经过直接实测，测试数据如表1所示。由表1可看出，输入值和实际转速相差甚远，而唯一的方法是通过运算将输入值转换成能对应上实际转速的整形数值。但是还要首先找到最高转速和最低转速对应的数值。通过实验发现，对应关系如表2所示。PLC的模拟量输出和伺服电机转速输出都是线性的，可以根据表2的数据列出直线方程组，计算出输入值和整形数值之间的关系。5结论伺服电机、PLC、接触器等可安装在一台控制柜内,可就地或者远程操纵，其操纵方式简单灵敏。西门子PLC具有功能齐全、模块化编程、简单可靠等优点，而且其组态画面调试方便，利于现场操纵人员调试。组态软件作为用户可定制功能的软件平台工具，利用其良好的通讯才能和人机界面，在PC机上开发出友好界面，使工作人员可以实时监控，同时可实现系统故障报警、打印报表。本文中的基于S7-300伺服电机调速系统正好充分利用了西门子PLC的这些特点。0