基于SoMachine平臺(tái)的PTO伺服運(yùn)動(dòng)控制的應(yīng)用

【摘要】Schneider Electric 靈活機(jī)器控制是適用于 OEM 的一款全面解決方案，它包括一個(gè)軟件環(huán)境SoMachine和四個(gè)硬件控制平臺(tái)類型：HMI Controller，Logic Controller，Motion Controller，Drive Controller及其他設(shè)備（包括HMI、速度驅(qū)動(dòng)器、分布式 I/O 模塊等）。本文基于SoMachine平臺(tái)，對(duì)PTO伺服運(yùn)動(dòng)控制在實(shí)際工程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】PTO;定位控制

引言

SoMachine是OEM（Original Equipment Manufacturer）機(jī)器編程軟件，提供了一個(gè)專門為 OEM機(jī)器生成器設(shè)計(jì)的一體化軟件環(huán)境。SoMachine組合了所有必要元素，以便在單一環(huán)境中設(shè)計(jì)、試運(yùn)行、維修OEM機(jī)器。它是一款專業(yè)、高效且開放的原始設(shè)備制造商軟件解決方案，能在單個(gè)環(huán)境中完成開發(fā)、配置和試運(yùn)行整個(gè)機(jī)器（包括邏輯、電機(jī)控制、HMI 和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化功能）等工作。總的來說是介于小型與中型PLC編程軟件之間的一種新平臺(tái)，集成了6種編程語言，同時(shí)該軟件是PLC與Schneider觸摸屏HMI編程平臺(tái)的綜合，既可以編寫PLC程序，也可以編制HMI界面等，只是需要建立不同的項(xiàng)目而已。

SoMachine可對(duì)Schneider Electric靈活機(jī)器控制套件中的所有元素進(jìn)行編程并試運(yùn)行，并且可以創(chuàng)建大多數(shù)機(jī)器所需要的最優(yōu)化控制解決方案。

1.脈沖串輸出（PTO）

Schneider TM218LDA40DRPHN施耐德PLC本體模塊提供有開環(huán)運(yùn)動(dòng)控制的三種方式：

1）脈寬調(diào)制（PWM）--內(nèi)置于TM218，用于速度、位置或占空比控制。

2）脈沖串輸出（PTO）--內(nèi)置于TM218，用于速度和位置控制。

3）TM2PTO220DT位控模塊--用于速度和位置控制的附加模塊。

PTO內(nèi)置于Schneider TM218LDA40DRPHN施耐德PLC本體模塊中，是其三種開環(huán)控制式之一，用于速度和位置控制。

當(dāng)組態(tài)一個(gè)輸出為PTO操作時(shí)，生成一個(gè)50%占空比脈沖串用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的速度位置開環(huán)控制。內(nèi)置PTO功能僅提供了脈沖串輸出。應(yīng)用程序必須通PLC內(nèi)置I/O或擴(kuò)展模塊提供方向和限位控制。

使用PTO輸出時(shí)，PTO提供一個(gè)指定脈沖數(shù)目的方波輸出（50%占空比）每一脈沖的頻率或周期隨著加速和減速時(shí)的頻率線形變化，而在移動(dòng)的常頻率段部分保持不變。一旦產(chǎn)生完指定數(shù)目的脈沖，PTO輸出變?yōu)榈碗娖剑⑶抑毖b載一個(gè)新的指定值才產(chǎn)生脈沖。如圖1所示。

圖1 PTO輸出

圖2 PTO參數(shù)說明

2.伺服運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)指令

M218 PLC本體自帶2軸100khz脈沖輸出，可作為一般的定位控制和速度控制。下面以此為例簡析相關(guān)指令應(yīng)用。

每個(gè)PTO在使用前必須定義相關(guān)參數(shù)，并啟用PTO功能。如圖2所示。

每個(gè)PTO使用必須應(yīng)用映射功能塊以啟用某個(gè)PTO功能，以便在相關(guān)命令中讓某個(gè)點(diǎn)發(fā)出脈沖。例如，在使用脈沖功能中的常用相關(guān)功能塊如圖3、圖4、圖5所示：

圖3 設(shè)定當(dāng)前位置（一般在自定義原點(diǎn)的時(shí)候使用，給position一個(gè)用戶參考值）

圖4 走速度模式（以一定的速度移動(dòng)）

圖5 軸停止（停止當(dāng)前一切運(yùn)動(dòng)）

在相關(guān)指令引用時(shí)候注意：

在速度模式下：一般同方向的速度模式，可以連續(xù)更改速度;但是若要方向，必須引用ptostop塊，或者讓速度減速到零，然后再執(zhí)行反向的速度模式，不然會(huì)報(bào)錯(cuò)，引起伺服沒有動(dòng)作。

位移模式：通常可以自由轉(zhuǎn)換，上個(gè)命令執(zhí)行完成后引用上個(gè)功能塊的done信號(hào)觸發(fā)下個(gè)命令即可。

Stop命令：這個(gè)命令特別注意。執(zhí)行完這個(gè)命令，正常情況下并不可以立即執(zhí)行其他命令，就算是done已經(jīng)輸出，但是我們監(jiān)控ptosimple的FreeCmdBuf輸出會(huì)為1，若此時(shí)觸發(fā)其他命令就會(huì)導(dǎo)致報(bào)錯(cuò)，從而不會(huì)運(yùn)動(dòng)。一般我們會(huì)采取延時(shí)一段時(shí)間（一般300ms左右，有時(shí)候可能更長），然后才觸發(fā)其他命令。

3.實(shí)際應(yīng)用案例分析

下面是TM218在切管機(jī)的經(jīng)典應(yīng)用案例，該設(shè)備應(yīng)用到了定位，速度，尋原點(diǎn)伺服常用功能，也涵蓋了PTO運(yùn)動(dòng)控制的常用功能塊。

1）接線

M218 PTO為推挽輸出，和LXM23 plus連接，有2種接線方式。如圖6、圖7所示。

圖6 推薦接線方法1

圖7 推薦接線方法2

在方法1中，不串1K電阻可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。不正確的接線方式下，伺服電機(jī)也可能會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，一般會(huì)比較慢，而且和M218 PTO的輸出頻率不匹配。

2）尋原點(diǎn)

每個(gè)運(yùn)動(dòng)控制只要涉及到絕對(duì)定位均少不了一個(gè)參考點(diǎn)，因此就少不了尋原點(diǎn)，一般尋原點(diǎn)有2個(gè)方式：采用功能塊尋原點(diǎn)（PTO_HOME）或者是自定義尋原點(diǎn)方式，因?yàn)椴捎胔ome功能塊尋原點(diǎn)會(huì)占用固定io點(diǎn)。應(yīng)用如圖8所示：（編程語言采用CFC）。

圖8 尋原點(diǎn)

圖9 手動(dòng)調(diào)試組態(tài)界面

尋完原點(diǎn)，后設(shè)定當(dāng)前位置為0位采用PTOSetPosition功能塊，當(dāng)然按照需要也可以不一定為0 。

圖10 定長切割程序

3）建立手動(dòng)正反轉(zhuǎn)程序

為了方便調(diào)試，建立了手動(dòng)正反轉(zhuǎn)程序，速度可以自由設(shè)定在HMI上（CFC編程）。這里，采用了速度控制模式，點(diǎn)擊正反轉(zhuǎn)按鈕或者觸摸屏點(diǎn)擊按鈕控制PTOMoveVelocity功能塊進(jìn)行控制PTO脈沖輸出控制伺服正反轉(zhuǎn)，點(diǎn)擊正反轉(zhuǎn)按鈕的下降沿或者極限位用來停止伺服運(yùn)動(dòng)（PTOStop），均為點(diǎn)動(dòng)控制的經(jīng)典方法。組態(tài)界面如圖9所示。

4）完善對(duì)應(yīng)HMI地址控制

完善HMI地址控制，方便客戶查閱設(shè)備狀態(tài)以及相關(guān)參數(shù)的輸入和調(diào)用這樣整個(gè)設(shè)備就可以調(diào)試應(yīng)用了。

這樣，建立了完善的應(yīng)用程序，調(diào)試該設(shè)備3天左右就可以整機(jī)測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)操作人員很快就可以上手操作，維護(hù)非常方便。

因此，從該應(yīng)用可以看出，PTO控制伺服離不開絕對(duì)定位，相對(duì)定位，速度模式，尋原點(diǎn)這四個(gè)控制方式，這些相關(guān)的功能塊的使用對(duì)PTO伺服運(yùn)動(dòng)控制起到關(guān)鍵作用。

4.結(jié)束語

SoMachine平臺(tái)的PTO伺服運(yùn)動(dòng)控制的應(yīng)用比較廣泛，在執(zhí)行相關(guān)命令時(shí)候必須理解相關(guān)指令之間的關(guān)系，再合理構(gòu)建程序，不然很容易出錯(cuò)，檢查起來很麻煩。另外也要考慮相關(guān)命令執(zhí)行的相關(guān)邏輯，以便識(shí)別相關(guān)執(zhí)行命令，方便自己編程使用。

參考文獻(xiàn)

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[3]李幼涵.施耐德SoMachine控制器應(yīng)用及編程指南[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

作者簡介：

陳英（1975—），女，湖南永州人，碩士，副教授，主要研究方向：網(wǎng)絡(luò)通信與電氣自動(dòng)化控制技術(shù)。

楊洪（1988—），男，湖南婁底人，工程師，研究方向?yàn)楣こ滔到y(tǒng)集成及變頻伺服系統(tǒng)。