伺服電機上位控制如何實現?

工控行業所說的伺服,一般是交流伺服系統的簡稱,在工程現場,我們所指的伺服是指伺服驅動器。但是,伺服驅動器,伺服電機是不可分割的一套系統,聯繫它們的是編碼器線纜和我動力線纜。

通常,伺服驅動器接受控制器的控制指令,然後通過動力線纜驅動伺服電機,而伺服電機的實時位置,通過編碼器線纜反饋至伺服驅動器,形成閉環控制。很顯然,這種模式下,伺服驅動器僅僅上充當了放大器的角色,這是絕大部分伺服的工作模式,比如 安川,富士,松下,三菱,臺達等等。

伺服電機上位控制如何實現?

還有部分伺服驅動器內置控制器功能,可以在驅動器內部進行編程,實現運動控制,能實現電子凸輪,相位同步等等高級運動控制功能。主要以倫茨伺服為代表,另外 丹佛斯,CT 等等變頻器安裝運動控制卡件,也能實現此功能。

很顯然,本文討論的伺服電機上位控制,主要是第一種模式,也就是伺服驅動器工作在放大器模式下,此時,充當上位機的就是PLC,運動控制器以及數控系統。如果把伺服驅動器比喻成發動機,那麼上位機就是一套高級的無人駕駛系統。無論採用哪種上位機,上位機和伺服驅動器一般採用脈衝和通訊兩種方式。

伺服電機上位控制如何實現?

1 脈衝方式

上位機通過發送脈衝到伺服驅動器,來實現控制。在這種方式下,用脈衝頻率來控制速度,用脈衝個數來控制位置。同樣,伺服驅動器也會發送脈衝數,來告訴上位機,伺服電機的位置和速度。

比如,我們約定伺服電機10000個脈衝旋轉一圈,那麼,當上位機發送10000個脈衝,伺服電機旋轉一圈,實現位置控制。如果上位機在一分鐘內發完這10000個脈衝,那麼伺服電機的速度就是1r/min,如果實在一秒鐘內發完,那麼伺服電機的速度就是1r/s,也就是60r/min。

低端PLC,數控系統,以及各種單片機系統一般都是採用這種模式,簡單易行,成本低廉。很顯然,當伺服軸數增加,這種控制方式的缺點就會顯現出來,上位機硬件成本會增加,配線會很複雜,而且現場EMC不好的話,脈衝極易丟失。所以,這種模式一般是在四軸一下,所以,大部分PLC的脈衝控制軸數都在兩軸或是三軸,極少部分PLC可以實現四軸。

2 通訊方式

通訊方式就是專門為解決脈衝方式的不足而產生的,已經成為一種發展趨勢,他把脈衝數和脈衝頻率通過通訊的方式,發送給伺服驅動器,這種方式不但可以傳遞伺服電機的位置信息,還能傳遞各種狀態信息,比如伺服電機的電流,扭矩以及伺服驅動器的故障代碼等等,很顯然,當軸數多的時候,這種方式的優勢不言而喻。

伺服電機上位控制如何實現?

由於運動控制的特殊性,所以不同的廠家都推出自己的運動控制總線,既有開放的,也有封閉的,比如CANopen,以及在此基礎上開發的CANmotion和CANlink,MECHATROLINK-II,CCLink等等。隨著工業以太網技術的發展,基於以太網的運動控制總線也應運而生,比如EtherCAT,ProfinetNet,MECHATROLINK-III等等。還有基於光纖的SERCOS,SSCNETⅢ/H等等。

雖然 通訊的形式繁多,但他們解決的一般都是實時性問題,因為對於運動控制來說,實時性是非常重要的。從應用開發的角度來說,脈衝和通訊是沒有區別的,只是信號傳遞的形式發生了變化。


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