所谓“运动控制”,是指利用伺服系统控制机械传动的位置、速度等物理量的过程。比如控制机床的传送带和刀具,完成精确的工件切割。运动控制系统主要包括运动控制器、伺服驱动器、伺服电机和编码器。运动控制器是具有运动控制功能的PLC的CPU或专用运动控制模块;伺服驱动器用于接收运动控制器的命令,完成伺服电机的运动控制;伺服电机是执行机构,用来驱动工艺轴运动;伺服电机内置编码器,可以将电机的位置反馈给伺服驱动器或运动控制器,从而形成闭环控制。
西门子SIMATIC S7-1200系列PLC集成了运动控制功能,可以多种方式控制伺服驱动器。
1、简而言之,有三种运动控制方法:
1)脉冲步进电机;
2)上位机plc编码器调节电机;
3)PLC位置开关普通(调速)电机;2、什么运动由什么方法控制:
1)例如刺绣工艺适用于:脉冲步进运动控制方式;
2)比如万能铣床的工作台,用于前后、上下、左右、旋转:PLC位置开关普通(调速)电机。
3)比如机械手适用于:PLC位置开关普通(调速)电机,以及上位机PLC编码器调速电机;3、如果您的系统使用PLC位置开关普通(调速)电机就足够了,您可以使用“PLC位置开关普通(调速)电机”。该系统具有转换迅速、动作敏捷、使用操作维护方便简单、工作稳定可靠等优点。
下面说说S7-1200的运动控制方法。
对于固件版本高于或等于V4.1的S7-1200的CPU,有三种方法来控制伺服驱动器:
(1) ProFi Drive: ProFi Drive是基于PROFIBUS或PROFINET总线的驱动技术标准,包含在国际标准IEC61800-7中。PROFIdrive定义了一个运动控制模型,其中包含各种设备。设备通过预设的接口和消息交换数据,这些接口和消息称为PROFIdrive消息帧。每个消息帧都有一个标准结构,可以根据具体应用选择不同的消息帧。通过PROFIdrive消息框架,可以传输控制字、状态字、设定值和实际值。基于PROFIdrive的S7-1200运动控制原理图如下:
在上图中,伺服电机内置编码器的信号有四种反馈模式:
反馈给伺服驱动器;
直接反馈给CPU直通车;
CPU连接到分布式处理模块,通过总线读取数据;
直接连接到CPU的高速计数器通道;
无论哪种方式,PROFIdrive都能形成闭环控制;
(2) PTO模式:PTO的全称是“脉冲串输出”,即“脉冲串输出”。运动控制器通过向伺服驱动器发送占空比为50%的脉冲序列来控制伺服电机的速度。以CPU1215C为例,它总共支持四个脉冲串输出(Pulse1~Pulse4),每个脉冲信号支持四种PTO模式,即:
PTO(脉冲A和方向B,脉冲A和方向B);
PTO(向上计数A和向下计数B,向上计数A和向下计数B);
PTO(A/B相移);
PTO(A/B相移-四倍,A/B相位-四倍);
如下图:
其中,PTO(脉冲A和方向B)是一种常见的方法。这种PTO模式使用CPU的两路输出:一路(a)产生高速脉冲串,另一路(b)控制伺服电机的运动方向。通过控制脉冲序列的频率,可以控制电机的速度。
PTO模式可以开环控制,也可以将电机的编码器连接到CPU的高速计数器上进行位置计数,形成闭环系统。基于S7-1200 PTO的运动控制原理图如下:
(3)模拟模式:该模式以模拟信号作为伺服驱动器的给定信号,通过模拟信号的变化来控制伺服电机的速度。以SINAMICS V90为例,它可以接受10V的速度给定信号。我们可以用S7-1200的信号板“AQ 1x12 BIT”输出10V的电压信号。通过连接信号板的输出和V90给出的信号,我们可以通过模拟控制运动。
模拟运动控制方式也必须形成闭环系统,编码器信号可以利用高速计数器或总线反馈给CPU。基于模拟量的S7-1200运动控制图如下:
好了,关于S7-1200的运动控制到此为止。
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