S7-200PLC在數字伺服電機控制中的應用

米久美

（湖南省懷化工業中等專業學校）

PLC 是目前控制系統中最廣泛應用的設備。伴隨著計算機技術的不斷發展，工業中用到的控制系統也發生了轉變，這就要求在工業領域中有重要地位的PLC 具有更強大的功能。目前西門子公司生產的S7-200 系列的PLC 是一種體積小、編程簡單、方便控制的可編程控制器。目前占據了大部分的國際市場，也擴大了PLC控制的領域。

一、數字伺服電機基本控制系統

常見的控制系統有四種：液壓伺服控制系統、交流伺服控制系統、直流伺服控制系統和電壓伺服控制系統。為了跟隨數字控制的發展步伐，目前采用最多的是進步電機或者交流伺服電機作為執行電機。

S7-200 系列PLC，是一種體積小、編程簡單、方便控制的可編程控制器，本文主要討論的是西門子S7-200PLC 在熟悉伺服電機控制中的應用。

二、S7-200 PLC 控制數字伺服電機的原理

電機的連線及控制：

本應用實例選擇的是位置控制模式，脈沖輸入方式有集電極開路方式和差動驅動方式兩種，為了方便實現同時對兩部電機的控制，采用了差動驅動方式。與PLC 的接線圖如圖1 所示。

圖1 PLC與伺服放大器接線圖

圖中L+為公共PLC 端子，接24VDC 正端，通過控制內部晶體管的開關可以讓輸出Q 呈現不同的電平信號或發出脈沖信號。L+—PG—P1M—L+為脈沖輸入回路，PLC 控制該回路中的發光二極管的亮滅，形成脈沖編碼輸入。L+—NG—NP—1M—L+為電機旋轉方向控制回路，當該回路的發光二極管點亮時，電機正轉，否則反轉。伺服放大器內部電阻只有100 歐，有可能會燒壞內部的發光二極管，需要外接電阻R，其阻值的計算如下：

根據公式(一)可以選擇R=3.9kΩ

三、硬件構成

圖2 為高速脈沖輸出方式的位置控制原理圖。控制過程中，將伺服驅動器工作定義在脈沖+方向模式下,Q0.0 發送脈沖信號,控制電機的轉速和目標位置；Q0.1 發送方向信號,控制電機的運動方向。伺服電動缸上帶有左限位開關LIM-、右限位開關LIM+以及參考點位置開關REF。三個限位信號分別連接到CPU224XP 的I0.0～I0.2 三個端子上,可通過軟件編程，實現限位和找尋參考點。

圖2 具有電子齒輪功能的伺服系統結構圖

四、控制模型

這個系列的PLC 可以通過PID 回路指令來進行PID 運算,在一個程序中最多同時可以用8 個PID 指令,來實現PID 控制算法。在實際程序設計中,通過用STEP 7Micro Win 32 中的PID 向導程序來完成一個閉環控制過程的PID 算法,來達到提高設計效率的目的。圖3 為PID 調節控制的原理圖，其中Uset 為極間電壓給定值，表明了這個時候的產氣狀態最好。Uf 為極間電壓采樣值,Vout為伺服電機運轉速度。

圖3 PID調節控制原理圖

根據極間距對極間電壓的影響，可以設定PLC 的PID 調節。

回路調整策略如下：

通過上述控制方法,可以實現對Uf 的精確控制。

當前的自動化水平在逐漸加快，對工業中用到的控制提出了更高的的要求。不僅要求精確，在速度上也有要求。目前工業領域都在追求更方便、更快速、更準確的控制系統。文章通過系統地介紹S7-200PLC 控制的原理及簡化程序，希望能廣泛應用到工業控制中。

[1]王永華.現代電氣控制及PLC 應用技術[M].北京航空航天大學出版社，2008-02.

[2]俞潔，李旭芳.西門子S7-200 系列PLC 的硬件特點[J].包裝與食品機械，1998（03）.