摘要：文章在介绍伺服电机控制系统基本情况的基础上，通过西门子S7-200系列的PLC高速脉冲实现对三菱通用交流伺服机电机极间电压的PID控制，工业实际作用效果良好，旨在能够得到进一步推广应用。
关键词：西门子PLC；数字伺服电机；控制；应用
PLC是在社会科技发展下得到广泛应用的设备，在计算机技术的不断发展下，工业中用到的控制系统也发生了深刻的变化，在工业领域中PLC发挥了越来越重要的作用。现阶段工业领域应用的西门子PLC是一种体积小、编程操作简单、方便控制的可编程控制系统，成为工业领域发展的主要系统。
一、小连轧棒材生产线工艺流程
棒材在从成品轧机轧出之后，在辊道的牵引下，向轧线末端运动。在运动的过程中由倍尺飞剪将棒材剪切成规定长度的材料，分断之后的倍尺在升降裙板的作用下逐渐脱离辊道，滑动到冷床上进行冷却。倍尺飞剪的剪切命令的启动由S7-200PLC内部操作程序控制，进行逻辑判断和算术运算之后向传动系统发出指令信息，飞剪的转动系统在得到剪切命令之后，会在位置控制功能的作用下完成相关剪切操作。
二、数字伺服电机控制概述
三菱数字伺服电机控制系统具有高性能、多功能的特点，常见的控制系统包括液压伺服控制系统、交流伺服控制系统、直流伺服控制系统等，控制模式主要包括位置控制、速度控制、转距控制三种。三菱数字伺服电机控制系统一般被应用在对工作机械精度和平稳速度控制要求比较高的场合，也能够被用来进行张力控制和速度控制。为了紧跟数字控制的发展步伐，在工业生产操作中不多应用进步电机或者交流伺服电机来作为执行电机。
三、西门子PLC在数字伺服电机的特点和控制
（一）西门子PLC在数字伺服电机控制精确度和性能特点
西门子PLC在数字伺服电机控制精确度主要由电机的轴后端旋转编码器来保证，系统应用17位编码器，驱动器在接收217个脉冲电机的时候会旋转一圈，步距角是1.8度的步进电机的脉冲量是1/655。西门子PLC的额定功率是200W，额定转动速度是3000RPM。从静止到最终的快速转动，额定转速达到3000RPM仅仅是几毫秒的时间，且在转动的时候显示出良好的过载能力。
（二）西门子PLC在数字伺服电机的连线和控制
西门子PLC在数字伺服电机是一种体积小、编程操作简单、容易控制的可编程控制器。文章实例选择的是位置控制模式，脉冲输入方式主要分为集电极开路方式和差动驱动方式，结合实际最终选择了差动驱动方式，西门子PLC的接线图具体如图二所示。在图二中，L+是公共的PLC端子，和24VDC正端连接，通过对内部控制开关的管控让输出Q呈现不同的电平信号或者脉冲信号，包括L+-PC-PIM。其中，L+是脉冲输入回路，PLC控制这个回路贿赂的发光二极管开关，L+-NC-NP-IM-L+是电机旋转方向的重要控制网络，在网络发光二极管亮起的时候，电机正常运转。
图二：西门子PLC伺服放大器接线图
（三）电子齿轮比
数字交流伺服系统具有位置控制的重要功能，在应用上位控制器的情况下能够发出相应的指令脉冲，数字交流伺服系统位置反馈脉冲当量由编码器的分辨率、电机转动对应的机械位移情况来决定，在指令脉冲当量和位置反馈脉冲量不一致的时候，则是需要电子齿轮来实现指令脉冲位置和位置反馈脉冲当量的匹配协调。在应用了电子齿轮之后，能够任意决定一个输入脉冲的电机位移量。假设机械转动机构的螺距是W，指令脉冲当量是 ，编码器每转脉冲数是P，在考虑电机轴和传动丝杠之间的关联，位置反馈脉冲数量是 。脉冲当量和反馈脉冲当量不一定相等，在使用操作的时候需要子齿轮来建立二者之间的关联。根据一个指令脉冲位置当量、反馈脉冲的位置当量确定具体的电子齿轮比。在一般情况下，三菱系列私服电机电子齿轮比范围在
＜ ＜500.对于输入的脉冲只需要和某一倍率相乘就能实现机械的稳定运行。
（四）西门子PLC在数字伺服电机的位置控制
倍尺飞剪位置控制功能由传动系统的功能模块来完成，驱动倍尺飞剪旋转电机轴上会安装一脉冲编码器，这个编码器和装载飞剪机械轴上的开关信号共同完成倍尺飞剪的同步和定位控制操作。在电机转动的时候，T300对电机轴上的编码器PZ送来的脉冲进行计算分析，剪刃停留在控制系统所规定的位置上，完成同步操作。飞剪在进入自动剪切之前需要完成同步操作工作，在接收到PLC命令的时候启动电机沿着一定斜率加速运作，在达到 同步点的时候停止操作。
四、PLC在水燃气电弧中的控制原理和控制模型
（一）高速数字脉冲输出
西门子PLCS7_200系列AC/ DC/ DC类型在PLC上集成了两个高速脉冲输出口，脉冲输出口分别通过两个输出端子输出，输出的时候能够结合实际选择PWM和PTO。PTO方式在一般情况下只能发出固定的脉冲，脉冲在发送完成之后开始新的脉冲PWM方式相对更加灵活，在脉冲发送的同时还能够改变脉冲的周期、宽度。
（二）PID功能特点
西门子PLCS7_200系列PLC能够通过PID回路指令来进行PID操作运算，在一般情况下，一个程序中最多可以有8条PID指令，能够实现8种控制算法。在实际操作中，可以应用PID的一个向导程序来完成闭环控制PID算法，从而有效提升整个程序的设计效率。
（三）控制模型
Uset是极间电压给定值，Uf是极间电压采样值，Vout是伺服电机的运转速度。通过电弧电压采样值和弧间电压给定值的比例来分析比较经过PLC的PID调节回路，了解能够控制伺服电机的重要电机旋转脉冲发送周期，实现对伺服电机送棒速度的有效调整，合理控制两极的间距。
五、PLC在水燃气电弧中的控制程序设计
（一）主程序
NETWORK 1
LD SM0.1 SM0.1=1只有在第一次扫描的时候有效——MOVW+0，VW450 PID中断计数器初始化——MOVB 100，SMB34 设置定时中断时间间隔为100ms—— ATCHINT PWM PID，10 设定中断，启动PID执行——ENI 开中断
（二）中断程序
NETWORK 1LD SM0.0 SM0.0=1在每个扫描周期都是有效的INCW VW450 调用中断程序次数加1—— NETWORK 2LDW> =VW450，+10 检查是否应进行PID计算MOVW+0，VW450清计数器并继续NOT——JMP 0否则，转入中断程序结尾——NETWORK 3 计算并装载PID PV（过程变量）XORW VW464，VW464 清除工作区域 读取数值—— NETWORK 4LD SM0.0MOVRVD400，VD400VD400为设定值——NETWORK 6LD SM0.0PID VB396，0 进行PID计算。
结束语
综上所述，通过利用用西门子PLC的高速脉冲输出及PID控制功能有效实现了对数字交流伺服电机的控制，将这种系统应用在水燃气生产控制系统中取得了良好的效果，提升了燃气的生产效率，值得广泛推广。
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作者简介：
段俊涛（1987-） 男，山西省长治市，汉族，职称，助理工程师，学历，大学本科，研究方向，电气自动化。
论文作者:段俊涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：脉冲论文; 电机论文; 伺服电机论文; 控制系统论文; 数字论文; 当量论文; 位置论文; 《电力设备》2017年第32期论文;