PLC和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是現(xiàn)代控制技術(shù)中的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。PLC又稱可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬量的輸人和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是伺服電機(jī)利用自帶的旋轉(zhuǎn)編碼器反饋信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子的角度，從而達(dá)到精確控制旋轉(zhuǎn)角度的技術(shù)。文中項(xiàng)目正是在這兩項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。

1 伺服驅(qū)動(dòng)填充系統(tǒng)的組成和工作過程

　　該系統(tǒng)由螺桿泵(NM021 BO02S12B)、電氣控制系統(tǒng)、托盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、空氣壓縮機(jī)、可移動(dòng)柜體和三路啟動(dòng)填充閥組成。

　　工作過程如下:在非填充時(shí)間段，減速電機(jī)帶動(dòng)螺桿泵旋轉(zhuǎn)，物料通過回流管道返回料斗;在填充時(shí)間段，首先通過安裝在盤子下面的接近開關(guān)找到旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的起始位置(即零點(diǎn)位置)，PLC控制的伺服控制器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)(放在柜子里面)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)到合適位置時(shí)停止，等待填充。此刻空氣壓縮機(jī)(放在柜子里面)壓縮空氣打開填充閥，物料通過填充閥進(jìn)人量杯(3只等角度放置)，填充完畢后，旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)工位等待填充。通過觸摸屏設(shè)定填充量和泵的旋轉(zhuǎn)速度。

2 伺服驅(qū)動(dòng)填充系統(tǒng)的電氣原理及其控制原理

　　伺服驅(qū)動(dòng)填充系統(tǒng)的電氣控制圖，5個(gè)空氣開關(guān)QF0，QF1，QF2， QF3，QF4分別控制總電源、泵電機(jī)、伺服電機(jī)、觸摸屏和空氣壓縮機(jī)的電源。接觸器KM1和KM2分別控制變頻器，空氣開關(guān)和伺服驅(qū)動(dòng)器的得失電。此外，電路中還加了4個(gè)繼電器KA1，KA2，KA3和KA4。其中KAI控制接觸器KMI即變頻器得失電，KA2控制接觸器KM2即伺服驅(qū)動(dòng)器的得失電，KA3控制填充閥門的開閉，KA4控制變頻器的起停即泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止。變頻器的端口AL+和AL-接PLC的M和I端口，負(fù)責(zé)變頻器的頻率給定;變頻器端口AFM和AL-接PLC的M和A+端口，負(fù)責(zé)變頻器的頻率反饋。此外，電路中還設(shè)計(jì)了220 V交流電轉(zhuǎn)24 V直流電的轉(zhuǎn)換器，以給零位開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器和觸摸屏供電。

3 PLC程序設(shè)計(jì)

　　3.1 PLC的硬件連接圖和輸出輸入點(diǎn)分配

　　PLC的輸人、輸出點(diǎn)各有11個(gè)，其中有數(shù)字量輸出點(diǎn)9個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)2個(gè)。現(xiàn)選擇西門子公司的S7-200 CN型PLC (16點(diǎn)輸人/16點(diǎn)輸出)，其I/O端口接線。

　　其中旋轉(zhuǎn)編碼器、零點(diǎn)接近開關(guān)、伺服備妥、伺服報(bào)警、定位完成、Z相脈沖以及變頻故障和緊急停車作為PLC的數(shù)字量輸人;數(shù)字量輸出有脈沖輸出、方向給定、伺服使能、脈沖清零、變頻得電、變頻啟動(dòng)、伺服上電、閥門開關(guān)等。模擬量輸出為變頻給定和變頻反饋。

　　3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

　　在程序設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵是如何控制由伺服驅(qū)動(dòng)器控制的伺服電機(jī)精確旋轉(zhuǎn)和控制填充量的問題。伺服電機(jī)精確旋轉(zhuǎn)是通過西門子S7-200的程序模塊PTO設(shè)定運(yùn)動(dòng)包絡(luò)線來控制。通過調(diào)用程序模塊PTO，將伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周分成1 024個(gè)脈沖，這樣每一個(gè)脈沖伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)0.350，通過計(jì)數(shù)器，當(dāng)脈沖累計(jì)個(gè)數(shù)達(dá)到3 333 , 6 666和10 000時(shí)，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，填充閥打開開始填充，雖然有一個(gè)脈沖的誤差，但可以忽略不計(jì)。為了防止累計(jì)誤差的出現(xiàn)，每次旋轉(zhuǎn)盤回零點(diǎn)時(shí)計(jì)數(shù)器都會(huì)清零。通過在電機(jī)上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，利用PLC的高速計(jì)數(shù)脈沖讀出電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，再利用泵的排量計(jì)算出脈沖當(dāng)量，通過與上位機(jī)設(shè)定的值進(jìn)行比較來控制填充閥的開閉，即可精確控制填充量。根據(jù)要求，減速電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈需要1 024個(gè)脈沖，每圈的排量是27.5mL，電機(jī)和泵的減速比是8.91，通過給減速電機(jī)加裝旋轉(zhuǎn)編碼器，利用西門子S7-200的高速計(jì)數(shù)器讀出脈沖數(shù)量，算出脈沖當(dāng)量(即一個(gè)脈沖泵所排出的量)，當(dāng)通過上位機(jī)給出要填充的量時(shí)，通過程序設(shè)計(jì)用這個(gè)量除以脈沖當(dāng)量，和高速計(jì)數(shù)器讀出的實(shí)際脈沖數(shù)量進(jìn)行比較，以此作為控制填充閥開啟關(guān)閉的條件，就可以精確控制填充量了，而不受變頻器頻率(減速電機(jī)轉(zhuǎn)速)的影響。

　　伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)定位程序圖、脈沖計(jì)數(shù)程序圖和脈沖當(dāng)量計(jì)算程序圖、填充量控制。

　　3.3 伺服驅(qū)動(dòng)填充系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)

　　自動(dòng)工作界面和參數(shù)設(shè)置界面，在參數(shù)界面分別設(shè)定填充量、填充數(shù)量和填充速度等參數(shù)。在自動(dòng)工作模式下，點(diǎn)擊自動(dòng)啟動(dòng)按鈕，填充自動(dòng)運(yùn)行;點(diǎn)擊自動(dòng)停止按鈕，則填充停止。電機(jī)停止按鈕和電機(jī)啟動(dòng)按鈕分別控制減速電機(jī)的停止和啟動(dòng)。

4 實(shí)際調(diào)試中所要注意的問題

　　第一個(gè)要注意的問題是由于旋轉(zhuǎn)盤和伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不匹配導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)盤工作過程中出現(xiàn)抖動(dòng)。解決的辦法有兩種:(r>在何服電機(jī)和旋轉(zhuǎn)盤之間加上減速器，這種方式成本高，而且要有一定的安裝空間;(2)配合調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)，如位置控制比例增益P2-00(初始值為35)、速度控制增益P2-04(初始值為500)和伺服電機(jī)的負(fù)載慣量比P1-37，以及在旋轉(zhuǎn)盤下加裝塑料墊圈增加阻力的方法能很好地解決上述問題。

　　第二個(gè)要注意的問題是系統(tǒng)調(diào)試中的干擾問題。由于柜體操作空間比較小，各個(gè)電氣元件比較集中，特別是變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)信號(hào)的干擾比較大，嚴(yán)重干擾電腦和PLC的通信，使調(diào)試程序出現(xiàn)困難。將所有的通信線都換成屏蔽線，然后接地，是一種很好的解決辦法。

5 結(jié)束語

　　整個(gè)設(shè)備的硬件和軟件調(diào)試完畢后，試運(yùn)行，填充量誤差都在允許的范圍之內(nèi)，取得了圓滿成功。