【文章內(nèi)容簡介】 理另一支鏈。故只須對位置寄存器初始化，即可構(gòu)成任意分支速度鏈。 速度鏈的算法實現(xiàn) 依據(jù)切紙機傳動系統(tǒng)的工藝特點，速度鏈的設(shè)計采用了調(diào)節(jié)變比的控制方法實現(xiàn)速度鏈功能。這樣可以構(gòu)成任意分支控制速度鏈控制系統(tǒng)。如圖 32 所示，切紙機第一分部點作為速度鏈中的主節(jié)點，即它的速度就是整個紙機的工作車速，則其速度調(diào) 節(jié)就調(diào)陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè)計說明書） 14 節(jié)了整個紙機車速。 圖 32 速度鏈控制系統(tǒng) 原理圖 在 PLC 內(nèi)，我們檢測到車速調(diào)節(jié)信號則改變車速單元值， 1 點處的速度就為第一臺控制器的運行速度設(shè)定值，將其送第一臺控制器執(zhí)行，并送給第二臺計算。第一分部的速度值乘以第二分部的變比 b1/a 則為第二臺控制器的運行值。若第二 分部速度不滿足運行要求，說明第二分部變比不合適，可通過操作第二分部的加速、減速按鈕實現(xiàn)， PLC檢測到按鈕信號后調(diào)節(jié) b1 即調(diào)整了變比，使其適應(yīng)生產(chǎn)要求。相當于在 PLC 內(nèi)部有一個高精度的齒輪變速箱，可以任意無級調(diào)速。圖中就包含了調(diào)速操作指令的速度值，將它送給第二臺變頻器執(zhí)行，同時送下一級計算。依此類推，構(gòu)成速度鏈控制系統(tǒng)。 在 PLC 內(nèi)部有非常精確的傳動變比，通過設(shè)定參數(shù)可以做到更高。 切紙機交流伺服傳動系統(tǒng)軟件設(shè)計 15 4 伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計 伺服控制方式介紹 伺服系統(tǒng)的介紹 交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠 [10]。 伺服系統(tǒng)由位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)構(gòu)成多閉環(huán)系統(tǒng) ,每個環(huán)路由伺服系統(tǒng)自身的任務(wù)計算進行控制 ,并利用數(shù)字量和數(shù)學(xué)模型保證控制系統(tǒng)的精度。環(huán)路由位置控制部、速度控制部、電流控制部發(fā)出的指令→控制部→輸出→指令反饋所形成的閉合回路。電流回路在伺服控制器內(nèi)閉合 ,位置回路、速度回路向伺服驅(qū)動外輸出。圖 41 為伺服控制系統(tǒng)原理圖。 圖 41 伺服控制系統(tǒng)原理圖 伺服驅(qū)動器接收到連續(xù)變化的位置指令信號時 ,將此信號與實際位置反饋信號進行比較 ,產(chǎn)生差值 。速度控制器將差值放大 ,并求出輸出量 ,該信號與實際位置進行比較 ,經(jīng)處理后 ,作為脈寬調(diào)制發(fā)生器的調(diào)制信號 ,同時 ,在基波的作用下生成脈寬可調(diào)的脈沖序列開關(guān)信號 ,實現(xiàn)對伺服電機定子電樞電流的相位控制和幅度調(diào)節(jié)。另外 ,開關(guān)信號加至大功率器件的驅(qū)動器后 ,功率器件按一定順序依次導(dǎo)通 ,輸出脈寬可調(diào)的交變電壓 ,用以驅(qū)動伺服電機。在速度控制器和電流調(diào)節(jié)器的連續(xù)作用下 ,定子電樞電流的幅度和頻率因此得到了連續(xù)控制 ,達到控 制電機轉(zhuǎn)速的目的。 位置控制器具有加減速控制的功能。傳動部分的位置控制系統(tǒng)接收主控系統(tǒng)發(fā)出的與電機轉(zhuǎn)速等值的連續(xù)變化的脈沖信號 ,并根據(jù)反饋的位置信息 ,采用 PID 調(diào)節(jié)原理進行計算。像始動時那樣 ,盡可能使應(yīng)答遲緩減小的情況時 , PI(比例 積分控制 )單純作為比例增幅器運作。在正常情況時 ,由于外亂轉(zhuǎn)矩等因素 , PI 作為積分器運作 ,對速度偏差進行積分 ,實行修正控制。因機械而發(fā)生振動時 ,振動頻率可由濾波陷波器設(shè)定達到收陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè)計說明書） 16 斂振動的效果。 伺服控制 的基本方式 介紹 伺服控制的基本 方式有 轉(zhuǎn)矩控制、位置控制、速度 控制 模式。 下面對這三種控制模式進行簡單介紹和分析，以確定可以滿足切紙機切刀的控制精度要求的控制方式。 （ 1） 速度模式： 通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán) PID 控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號， 此時 信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精 度。該模式廣泛應(yīng)用于傳動系統(tǒng)的調(diào)速。 （ 2） 轉(zhuǎn)矩控制： 轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。 該模式 主要應(yīng)用在對材質(zhì)的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。 （ 3） 位置控制： 位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確 定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機床、印刷機械等等 [11]。 伺服單元的給定方式介紹 PLC 對 伺服 單元的給定方式 方式大致有下 列 方式： （ a）通過數(shù)位 I/O 方式下達命令：使用簡單但應(yīng)用靈活 度 較差。 （ b）通過類比 輸出 方式下達命令：控制反應(yīng)較靈敏但成本較高且較 易 受干擾。 （ c）通過通訊方式下達命令：通訊協(xié)定無標準且受限于通訊反應(yīng)，因此應(yīng)用有瓶頸。 （ d）通過高速脈波方式下達命令：成本 低廉容易 準確控制。 以高速脈波方式控制伺服 單元 是較常被使用的方式。 PLC 的 CPU 模組如內(nèi)含多軸高速脈波輸出以及高速硬件計數(shù)器，且能提供簡 易 使用、設(shè)計的定位程式編輯，在此方面的應(yīng)用 更 方便。按切紙機傳動系統(tǒng)的要求，本設(shè)計采用通過高速脈波方式下達命令完成對伺服的控制。 切紙機交流伺服傳動系統(tǒng)軟件設(shè)計 17 切紙機伺服控制方式的選擇 切紙機伺服控制方式選擇 由于位置控制模式可以根據(jù)給定脈沖對電機進行很好的定位，滿足了切刀的精度要求，故 在切紙機控制中對交流伺服都采用位置 控制模式。 交流伺服位置模式控制的控制流程圖如圖 42 所示。 圖 42 位置模式的 原理圖 位置模式的原理及參數(shù)設(shè)置 位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值，但此種方式通訊比較復(fù)雜，在本次設(shè)計中不便采用。位置伺服系統(tǒng)要求伺服電機必須快速、準確地跟蹤位置給定信號。偏差計數(shù)器反映了給定位置和實際位置的偏差，此偏差以補償?shù)男问阶鳛?伺服驅(qū)動單元的脈沖串給定信號，伺服驅(qū)動器的控制方式為高速脈沖位置控制方式。 一般伺服單元位置指令的給定如圖 43 所示 。 圖 43 交流伺服位置指令輸入流程 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè)計說明書） 18 位置模式的參數(shù)設(shè)置 （如表 41 所示） 和給定方式 (如圖 44 所示 )。 利 用 PLC 給定或跟蹤編碼器信號?？刂平o定信號的頻率就可以控制電機的速度。利用脈沖進行位置控制時，給定信號為 PLC 輸出的高速脈波 ,首先選擇控制方式，控制方式參數(shù)組 pn000 設(shè)置為 ,即選擇 定位 控制模式。具體參數(shù)功能設(shè)置如表 41 所示。 表 41 位置模式的參數(shù)設(shè)置 參數(shù) 設(shè)置 功能 Pn000 控制方式選擇：位置控制（脈沖列指令） 電機正轉(zhuǎn)。 電機反轉(zhuǎn)。 Pn001 警報代碼輸出。 Pn50E 伺服準備完成。 pn200 90 度相位差 2 相脈沖，正邏輯，（ B 相延后 90 度）倍增 X1 基本模塊輸入時清除偏移信號（出廠設(shè)定）。 Pn50A n. xx0x 從 CN140 輸入信號， ON 低電平 ,伺服通電可運行； OFF高電平電機斷電，不可運行。 Pn001 伺服以慣性運 行方式停止，即不使用制動器。 脈沖指令形態(tài)的選擇，如表 42 所示。 表 42 伺服輸入指令端口說明 信號名稱 連接器針號 名稱 PULS CN17 指令脈沖輸入 A /PULS CN18 指令脈沖輸入 B SIGN CN111 符號輸入 /SIGN CN112 符號輸入 在切紙機 進行 控制中對交流伺服采用位置 模式以高速脈沖 作為給定輸入， 給定脈沖為兩相互差 90176。的高速脈波，如圖 44 所示。 圖 44 位置模式輸入指令脈沖給定 A 相 B 相 切紙機交流伺服傳動系統(tǒng)軟件設(shè)計 19 位置模式接口電路如圖 45 所示： 圖 45 位置模式的 接口 電路 PLC 對伺服單元的控制 PLC 在切紙機傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用 PLC 是 切紙機傳動 系統(tǒng)的 控制 核心，接收 操作臺 發(fā)送的 啟 /停 機， 切長設(shè)定、切長校準、加 /減速 等指令， 并 從現(xiàn)場采集 變頻器和伺服控制器的數(shù)據(jù)， 進行分析和處理，將命令和給定傳給變頻器和伺服控制器控制各傳動點 。 PLC 在切紙機傳動系統(tǒng)中 完成的主要功能為 ： （ 1）切紙長度設(shè)定。通過控制面板改變切長設(shè)定值， PLC通過速度鏈調(diào)整送紙輥和切紙輥的速比，從而改變切紙長度。 （ 2）速度鏈的實現(xiàn)。在 PLC的存儲器里有每個傳動點的設(shè)定速度以及和下一個傳動點的速比。 前面的傳動點速度變化時，只改變本級和本級以后的各傳動點，而不影響陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè)計說明書） 20 前面各傳動的速度，這樣每傳動點在前一級的基礎(chǔ)上可以調(diào)整并把速度信號傳送給下一級形成一個鏈式結(jié)構(gòu)，可以方便實現(xiàn)各傳動點的速度保持同步。 （ 3）加 /減速。當有加 /減速信號的時候， PLC就會自動地增加或減小速比， 并且通過速度鏈把速度傳遞到下一級。 （ 4）單動 /聯(lián)動。在正常的工作狀態(tài)，切紙機采用聯(lián)動，當檢修某一臺電機運行的時候需要單動。 （ 5）報警。當伺服單元或者變頻器發(fā)生故障時，會向 PLC發(fā)送報警信號， PLC隨即響應(yīng)停止程序運行并發(fā)出報警 [12]。 PLC 對伺服單元的定位控制 可以用 PLC 給定或跟蹤編碼器信號。控制給定信號的頻率就可以控制電機的速度。所以 PLC 要選擇采用具有高速脈沖頻率輸出的 PLC，最好選擇專門用于伺服定位控制的 PLC，如 永宏 FBS44MN。 永宏 PLC 與伺服的控制連接如圖 46 所示， PLC 輸出兩路脈沖信號作為伺服控制的給定，給定頻率為 0460kHz，永宏 FBS44MN 具有八路高速脈沖頻率信號輸出，可以控制四臺交流伺服控制器，送紙輥和切紙刀給定都由 PLC 給出，送紙輥之間和切紙刀的速度比控制在 PLC 內(nèi)部，由 PLC 計算出各點數(shù)字頻率輸出。 圖 46 PLC 與伺服的控制連接 交流伺服內(nèi)部一般都有高精度的電子齒輪比設(shè)定，一般分辨率可以達到 1/65535，所以可以通過通訊來改變電子齒輪比分子 b 來達到調(diào)節(jié)速度比。所以送紙輥為變 頻器的方案是送紙輥電機編碼器信號作為伺服的給定，切刀伺服跟蹤送紙輥電機，由 PLC 改變電子齒輪比從而改變速度比控制，以達到調(diào)節(jié)切長的控制，但是有些伺服控制器不支持在線修改電子齒輪比。 PLC 結(jié)合伺服驅(qū)動器所構(gòu)成的伺服系統(tǒng)選擇 常用 PLC 結(jié)合伺服驅(qū)動器所構(gòu)成的伺服系統(tǒng)有如下二種： （ 1）半閉回 路 控制 PLC 只負責送出高速脈波命令給伺服驅(qū)動器， 編碼器 的位移偵測信號直接回授至伺切紙機交流伺服傳動系統(tǒng)軟件設(shè)計 21 服驅(qū)動器，閉回 路 僅 是 伺服驅(qū)動器與 編碼器 ；優(yōu)點是控制簡單精度已足（已適合大部份的應(yīng)用），缺點是 不 能真正反應(yīng)實際經(jīng)過傳動元件的真 正位移 量 ，況且如元件磨損、 老化或 不良 ，無法加以補償或檢知。 （ 2）閉回 路 控制 PLC 負責送出高速脈波命令給伺服驅(qū)動器， 用于交流伺服系統(tǒng)的位置檢測的光電編碼器 真正反應(yīng)實際位移 量 ，并將此信號回授至 PLC 內(nèi)部的高速硬件計數(shù)器，如此可作更 精準的控制，且可避免上述半閉回 路 的缺點。 本設(shè)計所采用的控制方法 為 方案（ 1），其控制簡單， 且 完全符合設(shè)計要求。該系統(tǒng)的工作過程如圖 47 所示 [13]。 圖 47 PLC 控制伺服的工作過程 編碼器的設(shè)置 編碼器作為電機轉(zhuǎn)速的反饋元器件，對實現(xiàn)切紙精度的要求至關(guān)重要。光電編碼器是利用光電信號測量位置的一種傳感器，常簡稱為碼盤。它可以直接輸出數(shù)字信號因而可以省略和計算機連接時的模數(shù)轉(zhuǎn)換，接口是屬于數(shù)字傳感器類型，光電編碼器的輸出脈沖數(shù)表示其主軸的旋轉(zhuǎn)角度。碼盤主要有兩種類型 :絕對值式和增量式。絕對式碼盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但使用方便，能直接給出代表轉(zhuǎn)角位置的數(shù)字編碼，不需要對它進行處理就可以送入計算機，增量式碼盤結(jié)構(gòu)簡單，它能夠達到較高的精度價格比，但要增加對它的信號處理電路，才能得到代表轉(zhuǎn)角的位置量。 編碼器用來采集伺 服電機的轉(zhuǎn)速，將位移偵測信號回饋至伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器將輸陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè)計說明書） 22 入信號的脈波頻率和脈波數(shù)與回饋信號的頻率和脈波數(shù)，經(jīng)內(nèi)部的偏差計數(shù)器與頻率轉(zhuǎn)電壓電 路 處 理 后，得到脈波偏差值與轉(zhuǎn)速誤差值，并把采集的脈沖信號傳給伺服控制單元，供伺服控制器完成閉環(huán)控制 。 一般而言， 編碼器 的控制誤差為 177。1 個脈波，這完全可以滿足切紙精度的要求。 圖 48 編碼器與伺服的連接 編碼器與伺服控制單元的接線如圖 48 所示， 2 為直流供電連線， 6 為信號線殼體和屏蔽線一起接地。編碼器用來采集伺服電機的轉(zhuǎn)速，并把采集的脈沖信號傳給伺服控制單元，供 伺服控制器完成閉環(huán)控制。 切