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    引言：伺服位置控制是工業(yè)自動化領(lǐng)域經(jīng)常遇到的控制需求，過去經(jīng)典的解決方案是用運(yùn)動控制模塊發(fā)送脈沖信號控制步進(jìn)或伺服驅(qū)動系統(tǒng)。但是隨著生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展，伺服驅(qū)動功率越來越大，控制方法也逐步從脈沖控制變?yōu)楦咚偻ㄓ嵖刂啤５し鹚惯\(yùn)動控制器能與驅(qū)動器和各種現(xiàn)場總線通訊卡緊密結(jié)合，為用戶提供了可編程開放式的通訊控制接口，是目前市場上性價(jià)比最高的通用遠(yuǎn)程伺服控制工作站之一。

    一、  Epsilon SWB發(fā)泡模機(jī)運(yùn)動控制要求：

    該機(jī)有上模翻轉(zhuǎn)、下模翻轉(zhuǎn)、整體翻轉(zhuǎn)3個角度位置控制和上模升降一個垂直位置控制，定位精度要求都很高。其中上模滿載時(shí)重達(dá)半噸。

                           Epsilon SWB發(fā)泡模機(jī)的基本機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。

    電驅(qū)動必須實(shí)現(xiàn)并滿足如下要求：

    1、發(fā)泡模機(jī)在機(jī)械上為對稱結(jié)構(gòu)，上模升降、下模翻轉(zhuǎn)和整體翻轉(zhuǎn)這三個基本動作都是由兩邊兩臺電機(jī)同時(shí)驅(qū)動的，電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)型號規(guī)格完全相同。這樣如何使兩臺剛性連接的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)矩保持一致，是電氣驅(qū)動需要解決的難題之一。

    如果使用同步伺服電機(jī)，這將是一個非常困難的控制要求。可行的辦法為令其中一臺同步伺服電機(jī)作主機(jī)，工作于速度（位置）模式；另一臺同步伺服電機(jī)作輔機(jī)，工作于轉(zhuǎn)矩模式，其轉(zhuǎn)矩給定值為主伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩值。

                                     圖二、輸出轉(zhuǎn)矩示意圖

    但是如果使用異步伺服電機(jī)，用一臺伺服驅(qū)動器同時(shí)驅(qū)動兩臺電機(jī)，利用異步電機(jī)的固有特性，可以方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速同步，并且轉(zhuǎn)矩輸出一致。右圖為此種運(yùn)行模式時(shí)兩臺電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，可見輸出轉(zhuǎn)矩的不平衡是由于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)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(jī)的辦法解決，而且最好是選額定轉(zhuǎn)差比較大的異步電機(jī)。

    丹佛斯FC302驅(qū)動器能夠同時(shí)帶兩臺異步伺服電機(jī)，作電機(jī)自適應(yīng)時(shí)只要將電機(jī)功率、電機(jī)電流設(shè)為2臺異步伺服電機(jī)的總合就可以了。

    2、機(jī)械抱閘控制

    上模非常重，起動時(shí)如果驅(qū)動器和機(jī)械抱閘配合不好，很容易下溜或上沖。

                                         圖三、機(jī)械抱閘控制時(shí)序圖 

    丹佛斯FC302驅(qū)動器內(nèi)置起重設(shè)備專用的機(jī)械抱閘控制輸出，上圖為其動作的時(shí)序圖，電機(jī)起動之初是工作于轉(zhuǎn)矩輸出方式的，在機(jī)械抱閘逐步松開的過程中，電機(jī)控制模式也平滑地從轉(zhuǎn)矩控制模式轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速控制模式。在過渡期間，還可以提升轉(zhuǎn)速控制的PID，有助于進(jìn)一步提高驅(qū)動器的負(fù)載響應(yīng)能力。

    3、下模翻轉(zhuǎn)和整體翻轉(zhuǎn)是通過曲柄機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，因此實(shí)際機(jī)械角度與電機(jī)角位移是非線性關(guān)系

                                  圖四、電機(jī)角位移-機(jī)械翻轉(zhuǎn)角度關(guān)系圖

    這要靠運(yùn)動控制器內(nèi)部運(yùn)算或用查表插值運(yùn)算的辦法解決。

    二、運(yùn)動控制的高速總線通訊接口程序編制和定義：

    現(xiàn)場總線通訊控制在主站和從站之間傳遞預(yù)定字長的過程數(shù)據(jù)，丹佛斯運(yùn)動控制器在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中作為遠(yuǎn)程伺服控制工作站運(yùn)行，控制命令的執(zhí)行和實(shí)際位置、狀態(tài)的反饋全靠過程數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)。為了方便與其他主機(jī)的銜接，在參考了西門子FM系列運(yùn)動控制模塊的控制辦法，再結(jié)合現(xiàn)場總線的控制特點(diǎn)，定義了如下過程數(shù)據(jù)：

    表一：過程數(shù)據(jù)PCD定義

	PCD1	PCD2	PCD3	PCD4
寫入	控制字	速度給定	位置給定	轉(zhuǎn)矩給定
讀出	狀態(tài)字	當(dāng)前實(shí)際速度	當(dāng)前實(shí)際位置	當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)矩

    其中控制字定義如下：

    表二：控制字定義

位	位 = 0	位 = 1
0	自由運(yùn)行	伺服鎖定
1	正轉(zhuǎn)	反轉(zhuǎn)
2		點(diǎn)動
3		轉(zhuǎn)速控制模式
4		轉(zhuǎn)矩控制模式
5		相對定位控制模式
6		絕對定位控制模式
7		回零位
8		故障復(fù)位
9		動作完成標(biāo)志清除
10-15		保留

    狀態(tài)字定義如下：

    表三：狀態(tài)字定義

位	位 = 0	位 = 1
0	無正轉(zhuǎn)限位信號	正轉(zhuǎn)限位信號動作
1	無反轉(zhuǎn)限位信號	反轉(zhuǎn)限位信號動作
2	機(jī)械制動抱緊	機(jī)械制動釋放
3	運(yùn)動過程中	動作完成
4	驅(qū)動系統(tǒng)正常	驅(qū)動系統(tǒng)報(bào)警
5		運(yùn)動控制器控制就緒
6		回零位完成
7-15		保留

    三、丹佛斯運(yùn)動控制器簡介：

    丹佛斯運(yùn)動控制器是與丹佛斯的FC300系列驅(qū)動器緊密結(jié)合的，其接口如圖所示：

    X55為編碼器2輸入接口，缺省用于連接從電機(jī)編碼器；

    X56為編碼器1輸入接口，缺省用于連接主電機(jī)編碼器；

    X57為10數(shù)字量輸入接口；

    X58為24VDC電源；

    X59為8數(shù)字量輸出接口。

    丹佛斯運(yùn)動控制器的編程方式

    丹佛斯運(yùn)動控制器使用丹佛斯公司開發(fā)的Aposs運(yùn)動控制語言，其編程風(fēng)格模仿C語言，并提供多種便利指令，其界面如下圖所示：

 
    丹佛斯運(yùn)動控制器能提供如下基本功能：

    1． 輸入輸出邏輯控制功能；

    2． 同步控制功能，電子凸輪；

    3． 定位控制功能；

    4． 中斷功能，如時(shí)間中斷，I/O中斷等；

    5． 基本數(shù)學(xué)、邏輯運(yùn)算功能；

    ……

    丹佛斯運(yùn)動控制器支持的高速通訊協(xié)議：

    Profibus、CANopen、DeviceNet、Interbus、LonWorks、工業(yè)以太網(wǎng)

    ……

    丹佛斯運(yùn)動控制器程序例（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(jī)中關(guān)于運(yùn)動控制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：

    系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果非常理想，響應(yīng)速度快、速度平穩(wěn)，完全達(dá)到了控制技術(shù)要求。通用的丹佛斯遠(yuǎn)程控制器達(dá)到了替代專用PLC運(yùn)動控制模塊的作用。FC302的優(yōu)異性能，保障了定位精度。由于自定義的通訊過程數(shù)據(jù)、控制字定義清晰簡潔，主機(jī)控制程序開發(fā)變得更容易了。

    結(jié)束語：

    使用西門子的PLC加西門子的位置控制模塊，編程會是一個艱巨而繁復(fù)的工作，但是利用Profibus現(xiàn)場通訊總線直接控制控制丹佛斯的運(yùn)動控制器，將繁復(fù)的程序功能交給遠(yuǎn)程伺服工作站以分布式方式處理，不但可以節(jié)省系統(tǒng)成本，還大大提高了整機(jī)開發(fā)速度，值得在自動化控制領(lǐng)域推廣。

    參考文獻(xiàn)  

    [1]   FC300編程指南. MG.33.M4.41. Danfoss A/S. 2008

    [2]   運(yùn)動控制器MCO305使用說明. MG.33.K2.02. Danfoss A/S. 2007

    [3]   運(yùn)動控制器MCO305設(shè)計(jì)指南. MG.33.L2.02. Danfoss A/S. 2007