基于伺服控制器can總線的主從同步控制技術

徐 明，畢 鑫

沈陽遼通電氣有限公司，遼寧沈陽 110000

1 概述

在目前的自動化生產線中，電氣控制技術的發展越來越快。隨著生產線自動化程度的不斷提高，伺服控制器的應用也越來越廣，其具有控制精度高，動態響應快，穩定性高等優點，可以實現高精度的位置，速度控制完成復雜的生產工藝要求。但是在產品設計中要控制較大轉動慣量的機械負載還是比較困難的，以目前市場上所提供的伺服電機功率很難用單臺電機來實現控制。

本文以我公司設計的旋轉熱飛鋸產品為依據，采用LENZE 9300EK伺服控制器設計,介紹了基于伺服控制器can總線的主從同步控制技術，通過主從同步控制實現了兩臺伺服電機共同拖動同一負載，進而增大了伺服電機的功率，通過現場實際運行，該控制方式運行穩定，可靠，相信隨著伺服技術的不斷發展該技術可以廣泛應用在現代化的自動化生產線中。

2 系統組成

由于本產品機械轉動慣量較大，在設計中已經無法選擇適合功率的伺服電機，因此我們選用兩臺55KW伺服電機，共同拖動同一負載來增大電機功率。伺服驅動器采用兩臺LENZE 9300EK，該控制器具有豐富的控制接口。本系統采用的是PROFIBUS-DP總線與上位機進行通訊，傳遞生產工藝參數，并且對設備的運行狀態進行監控。兩臺伺服控制器之間采用CAN總線來進行主從同步控制。系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

3 LENZE 9300EK伺服控制器簡介

LENZE 9300EK伺服控制器屬于電子凸輪型伺服驅動器，除了基本的伺服功能外其內部還內置了電子凸輪發生器，可同時自由編程8 條凸輪曲線。與傳統機械式凸輪系統相比，更易于實現復雜輪廓的曲線修改和工藝的快速更新，并有效克服機械凸輪系統易磨損，改造周期長，成本高等缺點，廣泛應用在生產工藝復雜，控制精度要求較高的生產線中。LENZE 9300EK伺服控制器還具有如下特點：

1）接口能力強，其具有數字輸入/輸出，模擬量輸入/輸出接口，CAN總線接口，旋轉變壓器和增量編碼器測速反饋接口等等；

2）具有故障標號，運行中檢查的故障功能，故障分類清楚，故障提示信息多，便于故障處理。主要保護有：過流、過壓、過速、斷電、反饋斷線、堵轉、電機過熱、過載等等；

3）強大的電子凸輪功能，如凸輪曲線之間可在線切換，且沒有時滯，內置尋零及糾偏等功能，內置延展/ 壓縮及x/y方向的偏置等等；

4）可視的調試軟件GDC，利用內置的曲線編輯工具可方便的編輯各種曲線，可在微機上調試編程診斷。而且本身具有軟件保護設置，以保證軟件的安全性。

4 主從同步控制設計

伺服控制器間的主從同步控制采用CAN總線設計，CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議，它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。通信速率可達1MBPS。CAN總線屬于工業現場總線的范疇與一般的通信總線相比,CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設計，CAN總線越來越受到人們的重視。

本設計中兩臺伺服控制器的CAN總線的同步參數設置如表1。

表1 CAN總線的同步參數設置

C0363 CAN sync correction 任意值 1（0.8μs）

圖2 MCTRL功能塊圖

伺服程序設計包括主機和從機的程序設計，下面主要對CAN總線的接口程序進行說明。因為主機需要實時向從機傳遞轉速和轉矩信號，所以將主機的CAN總線控制字CANOUT2.W3和CAN-OUT2.W2設置為從機的轉速和轉矩信號給定。從機采用的是轉矩控制方式，將MCTRL-N/M-SWT參數設置為1時，從機選擇轉矩控制方式。MCTRL-N-SET作為速度限制上限端口與MCTRL-N2-LIM端口一起構成速度的上下限幅端口來使用。從機MCTRL-M-ADD是由主機的MCTRLM-SET2通過CAN-IN2.W2給出。從機的速度限制值是由主機MCTRL-N-SET2通過CAN-IN2.W3給到從機，然后取絕對值乘以一定的比例系數作為上下極限值給到MCTRL-N-SET和MCTRL-N2-LIM作為速度的上下限制，防止電機由于轉矩的突然變化而造成電機失控的現象發生，本設計采用的限制的范圍值為±110%。通過實際現場應用該程序可以很好的實現主從同步功能，滿足生產工藝要求。MCTRL功能塊如圖2所示。

5 結論

目前采用主從同步控制技術的旋轉熱飛鋸已經應用在實際的冶金生產線中，通過現場應用的情況來看，該產品運行穩定，可靠，客戶反饋較好。可見隨著伺服產品的逐漸推廣，基于CAN總線的主從同步控制技術會越來越多的應用在大型的自動化生產線設備中。

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