基于PLC的多軸同步跟隨控制系統實現

龔文楊++朱細敏++李燦

摘 要在許多工業場合，多軸同步控制的高可靠性和高精度直接影響到生產效率及產品質量，根據實際需要，設計了以貝加萊PLC和交流伺服系統為核心的多電機同步控制系統，采用一主多從結構的同步控制，系統運行穩定，控制精度較高，適用于工業現場如飲料瓶封裝、機床設備中材料的準確切割等設備。

【關鍵詞】多軸同步控制 PLC 交流伺服系統 POWERLINK通訊

現代工業對于同步跟隨控制系統的響應時間、響應速度、穩定性 等性能指標的要求越來越高，而傳統的多軸同步往往是通過機械總軸剛性連接的方法實現，這種方式的傳動系統結構復雜，維護困難，靈活性差，無法滿足現代化生產的要求。近年來，用電氣方式實現多軸同步控制逐漸取代了機械總軸同步方式，隨著電子技術及控制技術的發展，可編程邏輯控制器 （PLC）已由傳統的順序邏輯控制延伸至模擬量控制、運動控制等高端應用領域。根據項目設計的實際需求，選擇了以貝加萊PLC、伺服電機為核心的同步跟隨控制系統，將PLC技術、伺服控制的優勢有機結合起來，使運動性能達到更好的水平。在傳動制造轉向智能制造的今天，多軸伺服的應用將越來越重要，因此該系統在工業現場如飲料瓶封裝、小袋包裝機、機床設備中材料的準確切割等設備、機床設備主從控制系統改造等方面有良 好的應用價值。

1 控制系統硬件設計的實現

該系統使用貝加萊PLC控制器X20CP1584，該PLC中運行的程序的循環時間最快可以設置為400微秒，可以相當快速地處理完用戶的應用需求，同時，通過PLC上的 POWERLINK通訊接口來發送運動控制中需要的命令和相關參數數據。結合使用貝加萊伺服控制器和三相交流同步電機，使用該伺服控制器可以達到精確控制運動位置的目的。硬件設計連接圖如圖1所示。

以PLC和交流伺服系統為核心的多電機同步控制系統，采用主從式結構的同步系統，采用POWERLINK通訊方式實現主軸和從軸間的通訊。

2 控制系統的硬件配置及同步時間的設定

2.1 軟件中硬件連接的配置

使用貝加萊的軟件開發平臺Automaiton Studio，將整個硬件連接系統進行配置。如圖2所示。

2.2 軟件中主從軸同步時間的設定

考慮到在運行過程中，從軸需要獲取到需要同步運動的信息之后才開始跟隨主軸運動起來，中間會有一定延時，因此，需要將該延時時間來補償。具體的延時時間包括：POWERLINK網絡訪問時間和伺服控制器的循環時間。

實際訪問時，從軸伺服控制器會先通過POWERLINK通訊去訪問主軸伺服控制器，主軸伺服控制器處理完后，通過POWERLINK通訊來應答給從軸控制器，因此，在從軸側獲取到信息的話，已延時了2倍的POWERLINK網絡通訊時間和1次的伺服控制器循環時間。這個時間是需要在主軸的伺服控制器中的位置環延時時間中加入進去的。具體：POWERLINK循環時間（2000微秒）* 2 + 伺服控制器的循環時間（400微秒） +從軸默認位置環延時時間（400微秒）。主軸參數表中的時間參數設置如圖3所示。

3 控制系統的軟件程序實現

在主電機啟動后，PLC根據主電機編碼器脈沖輸出信號計算得出從電機的速度命令，將該命令轉換成一定頻率脈沖控制從電機跟隨主電機運轉，從而實現多電機的同步控制。

3.1 主軸運動控制實現

實現主軸運動控制流程圖如圖4所示。

3.2 從軸運功控制實現

從軸運動控制的 流程圖如圖5所示。

圖6為從軸 跟隨的運動曲線，計出運動曲線輪廓，在軟件中啟用凸輪曲線編輯器來編輯。

4 結語

運動控制在制造業中扮演著重要的角色，本文基于 PLC在運動控制領域中的新技術，采用 PLC和伺服系統來實現多軸運動控制，能夠輕松實現多軸跟隨的準同步運行， 經測試運行證明該系統結構簡單合理，具有達到同步性能好，抗干擾能力、結構調整方便等特點，對的工業現場的傳動控制及相關設備改造有較強的實際意義和應用價值。

參考文獻

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作者簡介

龔文楊（1974-），女，漢族，湖南省常德市人。講師。研究方向為從事自動控制。

作者單位

1.常德職業技術學院 湖南省常德市 415000

2.貝加萊工業自動化（上海）有限公司 上海市 200233