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    電子論文

    基于PLC的伺服電動機控制系統研究

    時間:2021年07月07日 所屬分類:電子論文 點擊次數:

    摘要:基于PLC對伺服電動機的控制系統,研究了其控制系統的原理設計圖、觸摸屏控制界面、伺服驅動參數設置、PLC程序設定等。該控制系統,可以使用PLC對伺服電動機直接進行控制,具有操作簡單、運行可靠、覆蓋范圍廣等特點,且擁有極大應用價值。 關鍵詞:PLC

      摘要:基于PLC對伺服電動機的控制系統,研究了其控制系統的原理設計圖、觸摸屏控制界面、伺服驅動參數設置、PLC程序設定等。該控制系統,可以使用PLC對伺服電動機直接進行控制,具有操作簡單、運行可靠、覆蓋范圍廣等特點,且擁有極大應用價值。

      關鍵詞:PLC伺服電動機;控制系統設計;觸摸屏

    微型電腦應用

      0引言

      隨著PLC技術、變頻技術和伺服控制技術的迅猛普及和推廣,以步進電動機和伺服電動機為執行元件的定位控制技術在工業生產中得到了越來越廣泛的應用。伺服電動機不但能夠實現精準的速度控制,而且能夠實現精準的角度(位置)及其轉矩控制,具有較強的動態特點[1]。本文選用西門子S7-200SMART型PLC,利用其模擬量輸出直接控制伺服電動機的轉矩、轉速及正反轉運動等。將輸入端與觸摸屏Smart700IE連接通信并設計PLC控制程序,從而實現所設計系統可以精準控制伺服電動機的運動,實現其應用價值。

      電腦論文投稿期刊:《微型電腦應用》(月刊)創刊于1985年,是由上海市微型電腦應用學會主辦,上海交通大學等高校協辦的,經國家科技部和國家新聞出版署批準出版的國內外公開發行的計算機信息科技類國家級科技核心期刊,是中國科學引文數據庫、中國科學計量指標數據庫來源期刊,《中文科技期刊數據庫》收錄期刊,華東地區優秀期刊,上海市優秀科技期刊。

      1伺服電動機的控制系統簡介

      本文所論述的控制系統由PLC、伺服電動機、伺服驅動器、減速器和觸摸屏構成。 編寫觸摸屏控制程序以及設計其界面可以實現對伺服電動機的手動控制以及自動控制。當控制模式為手動控制時,可以控制電動機的正反轉以及電動機輸出的扭矩。當控制模式為動控制時則可以實現電動機輸出扭矩的線性變換,即當時間參數t固定,每過駐t秒,電動機輸出扭矩線性增長直到達到電動機設定輸出扭矩的最大值。當按下停止按鈕,伺服電動機停止運作。

      2PLC控制系統硬件

      2.1控制系統主要硬件選擇

      2.1.1PLC的選用

      由于PLC一端需要與觸摸屏通信,另一端需要連接電動機驅動器,因此本裝置選用西門子旗下的S7-200SMART型號的PLC。內置以太網接口,其可以在各種場合中實現監測,監控及其自動化功能[8],同時還可以進行聯網操作從而實現復雜的控制功能。完全可以實現復雜的自動化控制。本文的控制系統主要表現在模擬量方面,以輸入輸出信號的類別并按照I/0點數20~30%備用量原則,選用CUP型號為ST20,在PLC中插入的信號板(SBAQ01)具有一路模擬量輸出。

      2.1.2伺服電動機及其控制器的選用

      本設備選用三菱伺服電動機HC-KFS23伺服驅動器和MR-J2S-A系列。三菱伺服電動機(HC-KFS23)擁有良好的高速性能,實現了位置、速度和扭矩的最佳匹配,克服了步進電機的故障。一般的額定旋轉速度達到2000~3000rpm[6]。耐過載能力強可以承受3倍的額定扭矩負荷,適合需要負荷瞬間變動和快速啟動的情況。低速穩定運行、不會發生電動機的不正常運行。且電機加減速動態響應時間短。

      產生的熱量和噪音在幾十毫秒內顯著減少。三菱旗下的伺服放大器MR-J2S-A系列在MR-J2系列的基礎上升級,有著更高的性能和更高的功能。該控制方式包括位置控制、速度控制、扭矩控制。以及它們之間的組合切換控制方式[7]。三菱通用交流伺服放大器MR-J2S-A系列使用更方便,具備優秀的自動調諧性能和機械分析功能,可以讓電動機輸出扭矩更加平滑。

      2.1.3伺服電動機減速器相關參數

      為了保證伺服電機能輸出相對平穩的轉矩,然后在降低轉速的同時增加輸出轉矩,電機的初始轉矩被減速器放大得到輸出轉矩,但不超過減速器的額定轉矩。同時在減速過程中還可以起到吸振、冷卻、散熱、防止生銹和降低噪音的作用。

      2.1.4觸摸屏的選用

      Smart700IE觸摸屏具有較高交互性。Smart700IE可以通過以太網與PLC進行信息的交互。觸摸屏Smart700IE是市面上比較新的觸摸屏,最大優勢是具有以太網接口。他們采用800×480的高分辨率寬屏幕設計。64K彩色顯示屏上搭載了節能LED背照燈、高速外置總線和64MB內存[3]。通過ARM處理器,畫面運行流暢且反饋感良好。同時該觸摸屏還支持數據簡單統計如趨勢圖、公式運算和數據監測功能。當面對不同需求者還可以切換操作語言,該觸摸屏共有32中語言,并且其中5種語言還可以相互轉化[4],十分便利。

      2.2PLC控制系統輸入輸出分配表

      為了避免伺服系統在運作時出現故障,設置了2個開關進行啟?刂。

      2.3控制系統電氣原理設計圖

      3PLC控制系統軟件

      3.1觸摸屏界面設計使用觸摸屏作為伺服控制系統人機交互界面。

      交互界面伺服電機的輸出轉矩可以精確控制。手動控制屏設有啟動和停止開關,開關分別對應PLC輔助繼電器M0和M1。自動控制程序中有復位、啟動、停止開關。自動控制器的開關鍵位分別對應PLC輔助繼電器M2-M4[5],PLC的云端數據存儲器與D10對應。

      3.2PLC主要控制程序設計

      采用STEP-7編譯軟件完成。首先將PLC的CPU設為stop模式,通過將PLC的CPU與電腦IP地址進行匹配,匹配成功后在軟件系統塊里查找CPU并下載系統塊,之后再對各變量進行賦值運算,最后將CPU模式轉化為run模式,即可實現通過電腦實現對PLC指令輸入。

      4PLC是整個控制系統的中樞

      將S7-200SMART作為整體系統的中間控制裝置,通過與電子觸摸屏的交互實現系統的控制功能,是整個控制系統的中樞。如檢測到有信號輸入,則將任務傳輸到PLC,采用觸摸屏控制將接收到的數據指令傳輸到伺服驅動器上,由驅動器執行原點操作,在其控制下使伺服電動機執行對應命令。完成一次命令執行后,待PLC發出新的數據指令,繼續上述步驟循環,實現系統控制。

      5結語

      本實驗采用的PLC控制系統基于S7-200SMARTPLC作為整個控制系統的中樞,原因在于西門子S7-200SMARTPLC具有體型小、處理信息效率高、有以太網接口等優點[2],且CPU具有多種運行模式和輸出方式,因此可達到理想的控制效果。該控制系統與主控設備連接良好,可實現執行機構的多種任務。此系統運行良好,經濟實用性強,具有良好的實用價值。

      參考文獻:

      [1]丁惠忠.基于S7-200SmartPLC的高性能交流伺服控制系統設計[J].微型電腦應用,2020,36(12):16-19.

      [2]胡志剛.基于三菱PLC的伺服電動機控制系統設計[J].價值工程,2017,36(05):80-81.

      [3]廖常初,戴小波.Smart700IE觸摸屏與S7200通信的實現方法[D].自動化應用,2013.

      [4]廖常初.Smart700IE觸摸屏與S7200SmartPL[D].電氣時代,2013.

      [5]顧小強.基于PLC的自動擺餅機控制系統的設計及實現[D].東北大學,2009.

      [6]張寅.照度計全自動檢定系統研究[D].合肥工業大學,2007.

      [7]侯浪.三菱QPLC應用技術研究[D].武漢理工大學,2008.

      [8]張建剛.基于多層網絡的Q系列PLC三維伺服控制系統研究[D].西華大學,2010.

      作者:楊西戈①;張朝陽①;胡宗輝②;陳亮②

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