觸摸屏在伺服電機控制系統中的應用*

武永強，于 濤

(遼寧工業大學 機械工程與自動化學院，遼寧 錦州 121000)

0 引言

目前，PLC憑借其優越的穩定性和對各種工作環境極高的適應性被廣泛應用于伺服電機控制系統[1-3]。但是只用PLC控制伺服電機也有明顯的不足，在設備調試、設備維護以及更換生產任務時，需要現場工程師利用電腦軟件修改PLC程序以及相應的數據，這種操作對于現場工程師來說是非常繁瑣且低效的[4]。

為了解決上述問題，本文將觸摸屏應用到伺服電機控制系統中。通過觸摸屏可對PLC中的數據進行相應的修改，進而修改伺服電機的各種運行參數，對伺服電機進行有效控制。

1 伺服控制系統硬件設計

1.1 硬件選型

核心控制器選用西門子S7-200 SMART PLC,CPU型號為ST30標準型CPU模塊。ST30標準型CPU模塊為晶體管輸出，24 V DC供電，具有18DI/12DO、3個高速脈沖輸出口，能夠組態三軸的運動。

觸摸屏選用昆侖通態MCGS觸摸屏，型號為TPC1061Ti(Xi)。該觸摸屏尺寸為10寸，分辨率為1 024×600，主頻頻率為600 MHz,內存和儲存均為128 MB。

伺服電機和伺服驅動器選用性價比較高的Panasonic A6系列，伺服驅動器選用MADLN15SE，伺服電機選用MHMF022L1U2M。該伺服電機小巧、輕盈、扭矩大，適用于各種小型設備。

1.2 硬件連接

PLC作為伺服控制系統的核心，給伺服驅動器發送指令控制伺服電機的運行，同時也接收來自伺服驅動器的信號來監控電機狀態。MCGS觸摸屏在伺服電機控制系統中作為控制面板來使用，與PLC之間實現實時通訊。必要時，MCGS觸摸屏可以編輯循環策略簡化PLC的程序[5]。伺服控制系統的硬件連接如圖1所示。

圖1 伺服控制系統的硬件連接

圖1中，MCGS觸摸屏和SMART PLC之間用網線連接，伺服驅動器和伺服電機之間采用配套的電機線和編碼器線連接。伺服驅動器控制端子是50針的接頭，每個接頭都有不同的含義。根據實際所需連接相應的控制端子，本文所需控制端子及各端子參數如表1所示。

表1 控制端子參數

2 伺服電機控制系統

伺服電機控制系統以PLC為控制核心，借助PLC技術實現對伺服電機運動的控制，主要通過脈沖量、模擬量角度實現對位置以及電機速度的控制[6-8]。本文以脈沖方式實現對伺服電機位置以及速度的精確控制。

2.1 PLC的I/O地址分配

PLC程序編輯時，首先對PLC的I/O地址進行合理規劃。根據控制需求對I/O地址進行分配，部分I/O地址分配如表2所示。

表2 PLC部分I/O地址分配

2.2 PLC程序編輯

PLC采用的是S7-200 SMART，故用編程軟件STEP7-MicroWIN-SMART-V2.4進行程序編輯。S7-200 SMART CPU ST30 PLC的3路高速脈沖輸出支持PWM和PTO脈沖輸出方式以及多種運動模式，可自由設置運動包絡。

本文采用ST30 PLC本體上的 Q0.1和Q0.7輸出端子，通過運動控制向導設置，組態PTO高速脈沖輸出方式，完成調速和定位等運動控制功能[9]。利用PLC編程軟件中的運動向導編輯控制電機的相應參數以生成子例程，再通過調用相應的子例程來控制伺服電機。通過編輯常用的子例程控制伺服電機運動，部分PLC程序如圖2所示。

圖2 伺服電機的部分PLC控制程序

2.3 伺服驅動器參數設置

伺服驅動器根據種類和型號的不同，對其中的某些必要參數進行不同的設置。本文采用Panasonic A6系列伺服驅動器，對伺服驅動器中必要的參數進行設置，如表3所示。

表3 伺服驅動器參數設置

3 觸摸屏設計

3.1 用戶窗口設計

用戶窗口的設計以醒目、簡單、整齊、操作方便為原則，設計的伺服電機用戶窗口如圖3所示。

圖3 伺服電機用戶窗口

用戶界面中的操作界面能夠完成伺服電機的手動控制或者自動控制。手動控制包括電機的正轉點動、反轉點動以及設定速度的正轉和反轉；自動控制中含有自動尋參(自動尋找參考點)以及自動運行。

監控界面能監控伺服電機運行的各個狀態以及獲取伺服電機的當前參數。一般情況下僅監控圖3所示的伺服電機狀態以及伺服電機當前位置和當前速度。

3.2 設備添加與參數設置

在設備窗口打開工具箱的設備管理界面找到“西門子_smart200”,雙擊添加到選定設備中。在選定設備中依次雙擊“通用串口父設備”和“西門子_smart200”，完成設備窗口的添加[10]。設備窗口組態如圖4所示。

圖4 設備窗口組態

設備窗口組態完成后，雙擊圖4中選定的設備，對該設備進行參數設置，如圖5所示。

圖5 參數設置 圖6 部分設備通道 圖7 變量連接

將設備名稱改為ST30，方便與其他設備相區別；本地IP地址設為與MCGS觸摸屏相同的IP地址，以便將程序下載到MCGS觸摸屏中；遠端IP地址設為與SMART PLC ST30相同的IP地址，使觸摸屏能夠與PLC之間通訊。

3.3 設備通道建立與變量連接

為了使MCGS觸摸屏能夠與PLC之間進行通訊，需建立相應的設備通道。根據PLC程序及控制需求建立如圖6所示的部分設備通道，使MCGS觸摸屏能夠與PLC之間進行相應的通訊。

建立好設備通道以后，該設備中所有的連接變量將會添加到MCGS觸摸屏的實時數據庫中。然后，在用戶窗口的控件里面與實時數據庫的相應變量建立連接。以圖3中的正轉點動按鈕為例，變量連接如圖7所示。

4 實驗

利用實驗室現有的電機實驗工作臺來進行實驗。電機實驗工作臺上需要用到的設備有MCGS觸摸屏、SMART PLC ST30、Panasonic伺服電機驅動器、Panasonic伺服電機、兩個接觸器、網線以及導線等。通過硬件連接將MCGS觸摸屏、PLC、伺服驅動器、伺服電機等連接起來，如圖8所示。

圖8 實驗硬件連接

在觸摸屏上對伺服電機進行控制，觀察電機控制效果以及觸摸屏反饋信息。通過實驗得出，MCGS觸摸屏能夠手動或者自動控制伺服電機；在MCGS觸摸屏中改變伺服電機的目標位置和運行速度十分方便；電機的各種運動狀態能夠在MCGS觸摸屏中得到清晰顯示。

5 結語

本文通過MCGS觸摸屏與伺服電機控制系統相結合，使伺服電機控制系統更加靈活、方便。通過MCGS觸摸屏即可改變伺服電機的運行速度和目標位置，為伺服電機控制系統的調試與維護提供了方便。通過實驗驗證，MCGS觸摸屏與伺服電機控制系統配合親密無間，能夠達到預期效果。