基于西门子控制器的伺服控制系统设计.docx

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1、基于西门子控制器的伺服控制系统设计摘要：随着自动化程度的不断进步，越来越多的工业控制场合需要准确的位置控制。因此，怎样更方便、更准确地实现位置控制是工业控制领域内的一个重要问题。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200PLC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。关键词：PLC，伺服；控制系统；中途分类号：TP9文献标识码：B0引言由于当代微电子技术的不断进步以及电力电子电路良好的控制特性，使几乎所有新

2、的控制理论，控制方法都得以在沟通调速装置上应用和尝试。当代控制理论不断向沟通调速领域浸透，十分是微型计算机及大规模集成电路的开展，使得沟通电动机调速技术正向高频化、数字化和智能化方向开展。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

3、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。20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和沟通可变速驱动技术的开展，永磁沟通伺服驱动技术有了突出的开展，各国著名电气厂商相继推出各自的沟通伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。沟通伺服系统已成为现代高性能伺服系统的主要开展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的沟通伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。沟通伺服驱动装置在传动领域的开展日新月异。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

4、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。1控制系统根本构造伺服调速系统的主要组成局部如图1所示。其中伺服电机是受控对象和传动装置。伺服驱动器将具有一定电压、电流和频率的电源能量变换为具有可调电压、可调电流或者可调频率电源能量，起电能变换和控制作用，以检验和变换反应信号。在伺服调速系统中主要反应量有电压、电流、转速、转矩、磁通和转子位置角等。控制层根据给定信号和反应信号产生所需要的控制指令和偏向信号。调节装置用于按照一定规律控制变流装置能量的流动，通过硬件或者软件产生知足控制要求的算法或者

5、校正量，以进步或者校正系统的静态性能。在要求不很高的场合，没有反应装置而采用开环控制，但前提是电机本身应具有足够的稳定性和可调性。图1伺服机调速系统的根本构造图2伺服驱动器2.1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。2.2伺服控制系统调速控制系统及其原理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

6、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。伺服调速工作原理图如图2所示。a伺服驱动器工作原理图b伺服调速工作原理框图图2伺服调速工作原理图由公式可知，改变电机频率和极数均可改变电机的转速。因此改变电动机频率就可以实现调速运转。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。改变定子电源频率可以改变同步转速和电机的转速。又由电动机的电势公式可知外加电压近似与频率和磁通的乘积成正比，即由上式可知

7、，假设外加电压不变，那么磁通随频率改变而改变。一般电机在设计中为了充分利用铁心材料都把磁通的数值选在接近磁饱和的数值上，因此，假如频率从额定值往下降低，磁通会增加，将造成磁途经饱和，励磁电流增加，铁心过热，这是不允许的。为此我们要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压能协调控制。3系统分析电动机总线型调速控制系统电路如图3所示：图3伺服电机调速控制系统电路控制电路分析：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，

8、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。4软件设计编程设计时，根据PLC是以循环扫描方式按顺序执行程序的根本原理，按照动作的先后顺序，从上到下逐行绘制梯形图，它比由继电器控制电路改画成的梯形图程序往往更加清楚，更轻易懂。子程序SBR_0局部截图，如图4：图4SBR_0局部程序程序分析：DB1为程序主数据块，存放系统程序执行经过中的主要数据，在符号定义表中用户自己定义系统的主要数据名称和存储地址；SBR_0是自己

9、编写的程序块，其主要功能为：SBR_0实现模拟量到数字量的转换，这是为了方便PLC计算，由于PLC在运算时只能处理数字量；为了便于利用组态软件观察。系统上电运行时，程序顺序扫描，在扫描到SBR_0时，先调用子程序SBR_0，将输入的模拟量转换为数字量，送入PLC进展运算。其数据存储到主数据块DB1。然后经过一些变频器控制命令和数据传输指令，最后调用子程序FC2，将PLC的运算结果转换为模拟量输出，同样将数据存储在符号定义表中，便于用户通过自己绘制的组态软件观察系统的运行情况和数据的改变等。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。但要留意伺服控制器和电机的散热和电磁干扰问题。在电机开场启动时，可能对伺服控制器造成干扰。电机在调速供电方式下切换时须留意各接触器闭合和断开顺序,接触器应该有足够的延时以防止电机绕组产生的感应电动势加载到伺服驱动器的输出逆变桥上造成电机的损坏。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。