所謂“運動控制(Motion Control)”,是指利用伺服系統對機械傳動的位置、速度等物理量進行控制的過程。比如,控制機床的傳送帶及刀具以完成準確的工件切割。運動控制系統
主要包括:運動控制器、伺服驅動器、伺服電機及編碼器等部件。運動控制器是具有運動控制功能的PLC的CPU或專門的運動控制模塊;伺服驅動器用來接收運動控制器的命令,并完成
對伺服電機的運動控制;伺服電機是執行機構,用來帶動工藝軸進行運動;伺服電機內置編碼器,可以將電機的位置反饋給伺服驅動器或運動控制器,從而形成閉環控制。
西門子SIMATIC S7-1200系列PLC的集成了運動控制功能,可以通過多種方式來控制伺服驅動器。
1、運動控制的方法簡單說,有三種:
1)脈沖步進電機;
2)上位機+plc+編碼器+調速電機;
3)PLC+位置開關+普通(調速)電機; 2、什么運動用什么運動控制的方法:
1)舉例說,繡花工藝適合用:脈沖步進運動控制方式;
2)舉例說,銑床工作臺前后、上下、左右、旋轉用:PLC+位置開關+普通(調速)電機
3)舉例說,機械手適用:PLC+位置開關+普通(調速)電機、上位機+PLC+編碼器+調速電機; 3、如果你的系統用PLC+位置開關+普通(調速)電機就足夠了,你就用
“PLC+位置開關+普通(調速)電機”,這個系統轉換迅速,動作敏捷,使用、操作、維護方便簡單,工作穩定可靠;
我們來談談S7-1200都有哪些運動控制方式。
對于固件版本大于等于V4.1的S7-1200的CPU,有三種控制伺服驅動器的方法:
(一)PROFIdrive:PROFIdrive是一種基于PROFIBUS或PROFINET總線的驅動技術標準,收錄于國際標準IEC61800-7中。PROFIdrive定義了一個運動控制模型,其中包含多種設備。
設備之間通過預設的接口及報文進行數據交換,這些報文被稱為PROFIdrive消息幀。每一個消息幀都有標準結構,可以根據具體應用,選擇不同的消息幀。通過PROFIdrive
消息幀,
可以傳輸控制字、狀態字、設定值及實際值。S7-1200基于PROFIdrive的運動控制示意圖如下:
上圖中,伺服電機內置編碼器的信號可以有四種反饋方式:
反饋給伺服驅動器;
通過總線的方式直接反饋給CPU;
連接到分布式工藝模塊,CPU通過總線來讀取數據;
直接連接到CPU的高速計數器通道;
無論使用哪種方式,PROFIdrive都可以形成閉環控制;
(二)PTO方式:PTO的全稱是“Pulse Train Output”,也就是“脈沖串輸出”。運動控制器通過發送占空比為50%的脈沖串給伺服驅動器來控制伺服電機的轉速。
以CPU1215C為例,它總共支持四路脈沖串輸出(Pulse1~Pulse4),每一路脈沖信號支持四種PTO方式,分別是:
PTO(Pulse A and direction B,脈沖A和方向B);
PTO(Count up A and count down B,加計數A和減計數B);
PTO(A/B phase-shifted,A/B相移);
PTO(A/B phase-shifted- fourfold,A/B相移-四倍頻);
如下圖:
其中,PTO(Pulse A and direction B,脈沖A和方向B)是比較常用的方式。該PTO方式使用CPU的兩路輸出:一路(A)產生高速脈沖串,另一路(B)控制伺服電機的運動方向。
通過控制脈沖串產生的頻率,可以控制電機的轉速。
PTO方式可以是開環控制,也可以將電機的編碼器連接到CPU的高速計數器進行位置計數,從而形成閉環系統。S7-1200基于PTO的運動控制示意圖如下:
(三)模擬量方式:該方式以模擬量信號作為伺服驅動器的給定信號,通過模擬量的信號變化來控制伺服電機的轉速。以SINAMICS V90為例,它可以接受±10V的速度給定信號。
我們可以使用S7-1200的信號板“AQ 1x12 BIT”來輸出±10V的電壓信號,通過將信號板輸出與V90的信號給定相連接,可以用模擬量的方式來進行運動控制。
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