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引言：伺(si)服(fu)位(wei)置(zhi)控(kong)製(zhi)是(shi)工(gong)業(ye)自(zi)動(dong)化(hua)領(ling)域(yu)經(jing)常(chang)遇(yu)到(dao)的(de)控(kong)製(zhi)需(xu)求(qiu)，過(guo)去(qu)經(jing)典(dian)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)用(yong)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)模(mo)塊(kuai)發(fa)送(song)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)控(kong)製(zhi)步(bu)進(jin)或(huo)伺(si)服(fu)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)。但(dan)是(shi)隨(sui)著(zhe)生(sheng)產(chan)和(he)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)，伺(si)服(fu)驅(qu)動(dong)功(gong)率(lv)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)，控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)也(ye)逐(zhu)步(bu)從(cong)脈(mai)衝(chong)控(kong)製(zhi)變(bian)為(wei)高(gao)速(su)通(tong)訊(xun)控(kong)製(zhi)。丹(dan)佛(fo)斯(si)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)器(qi)能(neng)與(yu)驅(qu)動(dong)器(qi)和(he)各(ge)種(zhong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)通(tong)訊(xun)卡(ka)緊(jin)密(mi)結(jie)合(he)，為(wei)用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)了(le)可(ke)編(bian)程(cheng)開(kai)放(fang)式(shi)的(de)通(tong)訊(xun)控(kong)製(zhi)接(jie)口(kou)，是(shi)目(mu)前(qian)市(shi)場(chang)上(shang)性(xing)價(jia)比(bi)最(zui)高(gao)的(de)通(tong)用(yong)遠(yuan)程(cheng)伺(si)服(fu)控(kong)製(zhi)工(gong)作(zuo)站(zhan)之(zhi)一(yi)。
摘 要：目mu前qian生sheng產chan中zhong用yong到dao的de較jiao先xian進jin的de伺si服fu控kong製zhi係xi統tong通tong常chang采cai用yong專zhuan用yong的de運yun動dong控kong製zhi模mo塊kuai，加jia上shang專zhuan用yong的de高gao速su通tong訊xun總zong線xian，再zai加jia上shang專zhuan用yong的de伺si服fu驅qu動dong係xi統tong組zu成cheng。但dan是shi如ru果guo以yi丹dan佛fo斯si運yun動dong控kong製zhi器qi作zuo為wei遠yuan程cheng伺si服fu控kong製zhi工gong作zuo站zhan，則ze往wang上shang能neng適shi配pei市shi場chang上shang幾ji乎hu全quan部bu主zhu流liu高gao速su現xian場chang總zong線xian，即ji適shi用yong於yu任ren意yi上shang位wei機ji；往下適配任意同步或異步伺服電機。本文謹以Epsilon SWB 發泡模機4軸位置伺服控製為例，介紹了丹佛斯運動控製器作為遠程伺服控製工作站的應用辦法和經驗。
關鍵詞： 伺服控製 現場總線通訊 異步伺服電機 機械抱閘控製
一、 Epsilon SWB發泡模機運動控製要求：
該機有上模翻轉、下模翻轉、整體翻轉3個角度位置控製和上模升降一個垂直位置控製，定位精度要求都很高。其中上模滿載時重達半噸。
Epsilon SWB發泡模機的基本機械結構圖。
電驅動必須實現並滿足如下要求：
1. 發泡模機在機械上為對稱結構，上模升降、xiamofanzhuanhezhengtifanzhuanzhesangejibendongzuodoushiyouliangbianliangtaidianjitongshiqudongde，dianjihejiansujigouxinghaoguigewanquanxiangtong。zheyangruheshiliangtaigangxinglianjiededianjishuchuzhuansushuchuzhuanjubaochiyizhi，shidianqiqudongxuyaojiejuedenantizhiyi。
如果使用同步伺服電機，這將是一個非常困難的控製要求。可行的辦法為令其中一台同步伺服電機作主機，工作於速度（位置）模式；另一台同步伺服電機作輔機，工作於轉矩模式，其轉矩給定值為主伺服電機的輸出轉矩值。
但dan是shi如ru果guo使shi用yong異yi步bu伺si服fu電dian機ji，用yong一yi台tai伺si服fu驅qu動dong器qi同tong時shi驅qu動dong兩liang台tai電dian機ji，利li用yong異yi步bu電dian機ji的de固gu有you特te性xing，可ke以yi方fang便bian地di實shi現xian轉zhuan速su同tong步bu，並bing且qie轉zhuan矩ju輸shu出chu一yi致zhi。右you圖tu為wei此ci種zhong運yun行xing模mo式shi時shi兩liang台tai電dian機ji的de輸shu出chu轉zhuan矩ju，可ke見jian輸shu出chu轉zhuan矩ju的de不bu平ping衡heng是shi由you於yu電dian機ji的de轉zhuan矩ju-轉差特性不同造成的，這個問題可以用選擇相同廠家相同型號電機的辦法解決，而且最好是選額定轉差比較大的異步電機。
丹佛斯FC302驅動器能夠同時帶兩台異步伺服電機，作電機自適應時隻要將電機功率、電機電流設為2台異步伺服電機的總合就可以了。
2. 機械抱閘控製
上模非常重，起動時如果驅動器和機械抱閘配合不好，很容易下溜或上衝。
丹佛斯FC302驅(qu)動(dong)器(qi)內(nei)置(zhi)起(qi)重(zhong)設(she)備(bei)專(zhuan)用(yong)的(de)機(ji)械(xie)抱(bao)閘(zha)控(kong)製(zhi)輸(shu)出(chu)，上(shang)圖(tu)為(wei)其(qi)動(dong)作(zuo)的(de)時(shi)序(xu)圖(tu)，電(dian)機(ji)起(qi)動(dong)之(zhi)初(chu)是(shi)工(gong)作(zuo)於(yu)轉(zhuan)矩(ju)輸(shu)出(chu)方(fang)式(shi)的(de)，在(zai)機(ji)械(xie)抱(bao)閘(zha)逐(zhu)步(bu)鬆(song)開(kai)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)也(ye)平(ping)滑(hua)地(di)從(cong)轉(zhuan)矩(ju)控(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)轉(zhuan)換(huan)為(wei)轉(zhuan)速(su)控(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)。在(zai)過(guo)渡(du)期(qi)間(jian)，還(hai)可(ke)以(yi)提(ti)升(sheng)轉(zhuan)速(su)控(kong)製(zhi)的(de)PID，有助於進一步提高驅動器的負載響應能力。
3. 下模翻轉和整體翻轉是通過曲柄機構實現的，因此實際機械角度與電機角位移是非線性關係
這要靠運動控製器內部運算或用查表插值運算的辦法解決。
二、 運動控製的高速總線通訊接口程序編製和定義：
現xian場chang總zong線xian通tong訊xun控kong製zhi在zai主zhu站zhan和he從cong站zhan之zhi間jian傳chuan遞di預yu定ding字zi長chang的de過guo程cheng數shu據ju，丹dan佛fo斯si運yun動dong控kong製zhi器qi在zai現xian場chang總zong線xian網wang絡luo中zhong作zuo為wei遠yuan程cheng伺si服fu控kong製zhi工gong作zuo站zhan運yun行xing，控kong製zhi命ming令ling的de執zhi行xing和he實shi際ji位wei置zhi、狀態的反饋全靠過程數據交互實現。為了方便與其他主機的銜接，在參考了西門子FM係列運動控製模塊的控製辦法，再結合現場總線的控製特點，定義了如下過程數據：
表一：過程數據PCD定義
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PCD1 |
PCD2 |
PCD3 |
PCD4 |
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寫入 |
控製字 |
速度給定 |
位置給定 |
轉矩給定 |
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讀出 |
狀態字 |
當前實際速度 |
當前實際位置 |
當前實際轉矩 |
其中控製字定義如下：
表二：控製字定義
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位 |
位 = 0 |
位 = 1 |
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0 |
自由運行 |
伺服鎖定 |
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1 |
正轉 |
反轉 |
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2 |
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點動 |
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3 |
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轉速控製模式 |
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4 |
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轉矩控製模式 |
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5 |
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相對定位控製模式 |
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6 |
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絕對定位控製模式 |
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7 |
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回零位 |
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8 |
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故障複位 |
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9 |
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動作完成標誌清除 |
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10-15 |
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保留 |
狀態字定義如下：
表三：狀態字定義
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位 |
位 = 0 |
位 = 1 |
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0 |
無正轉限位信號 |
正轉限位信號動作 |
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1 |
無反轉限位信號 |
反轉限位信號動作 |
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2 |
機械製動抱緊 |
機械製動釋放 |
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3 |
運動過程中 |
動作完成 |
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4 |
驅動係統正常 |
驅動係統報警 |
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5 |
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運動控製器控製就緒 |
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6 |
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回零位完成 |
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7-15 |
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保留 |
丹佛斯運動控製器是與丹佛斯的FC300係列驅動器緊密
結合的，其接口如圖所示：
X55為編碼器2輸入接口，缺省用於連接從電機編碼器；
X56為編碼器1輸入接口，缺省用於連接主電機編碼器；
X57為10數字量輸入接口；
X58為24VDC電源；
X59為8數字量輸出接口。
丹佛斯運動控製器的編程方式
丹佛斯運動控製器使用丹佛斯公司開發的Aposs運動控製語言，其編程風格模仿C語言，並提供多種便利指令，其界麵如下圖所示：
丹佛斯運動控製器能提供如下基本功能：
1． 輸入輸出邏輯控製功能；
2． 同步控製功能，電子凸輪；
3． 定位控製功能；
4． 中斷功能，如時間中斷，I/O中斷等；
5． 基本數學、邏輯運算功能；
……
丹佛斯運動控製器支持的高速通訊協議：
Profibus、CANopen、DeviceNet、Interbus、LonWorks、工業以太網
……
丹佛斯運動控製器程序例（部分）：
//HOME MODE 1
IF (step==16) THEN
homevel = GET HOME_VEL
IF (home_done==0) THEN
servo_on = 1
IF (svon_dlyt.2==1) THEN
IF (homevel>0 AND ls_fwd==0) OR (homevel<0 AND ls_rev==0) THEN
IF (home_dog==1) THEN
CSTOP //CVEL 0
//CSTART
step = 17
ELSE
ACC 50
CVEL homevel
CSTART
ENDIF
ELSE
CSTOP //CVEL 0
//CSTART
IF (home_dog==1) THEN
step = 17
ELSE
step = 18
ENDIF
ENDIF
ELSE
CSTOP //CVEL 0
//CSTART
ENDIF
ELSE
CSTOP //CVEL 0
//CSTART
step = 10
ENDIF
ENDIF
四、 主控PLC的編程辦法：
主機中關於運動控製部分的子程序可以按如下邏輯框圖編程：
程序例：
（略）
使用效果：
係統實際運行效果非常理想，響應速度快、速度平穩，完全達到了控製技術要求。通用的丹佛斯遠程控製器達到了替代專用PLC運動控製模塊的作用。FC302的優異性能，保障了定位精度。由於自定義的通訊過程數據、控製字定義清晰簡潔，主機控製程序開發變得更容易了。
結束語：
使用西門子的PLC加西門子的位置控製模塊，編程會是一個艱巨而繁複的工作，但是利用Profibusxianchangtongxunzongxianzhijiekongzhikongzhidanfosideyundongkongzhiqi，jiangfanfudechengxugongnengjiaogeiyuanchengsifugongzuozhanyifenbushifangshichuli，budankeyijieshengxitongchengben，haidadatigaolezhengjikaifasudu，zhidezaizidonghuakongzhilingyutuiguang。
參考文獻
[1] FC300編程指南. MG.33.M4.41. Danfoss A/S. 2008
[2] 運動控製器MCO305使用說明. MG.33.K2.02. Danfoss A/S. 2007
[3] 運動控製器MCO305設計指南. MG.33.L2.02. Danfoss A/S. 2007
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