臺達伺服及PLC系統在電磁能設備中的應用研究

摘??要：文章介紹了AS300系列的PLC系統通過CANOPEN網絡對伺服控制器的高精度控制，實現了電磁能發生裝置的精密位置跟蹤控制。文章對系統軟硬件設計進行了詳細描述，經實際調試運行，證明該系統可滿足生產工藝要求。

關鍵詞：臺達伺服控制器;PLC系統;參數設置

中圖分類號：TS103 ??文獻標識碼：A ???文章編號：2096-6903（2019）05-0000-00

0 引言

在實際生產中，電磁能設備中電磁能發生器位置需要精準調整。控制系統采用臺達公司AS300系列中的AS228R控制器。伺服控制器采用ASDA-A2控制器，編碼器精度為128000線;配套伺服電機ECMA-E11310SS。該系統配置了電磁剎車裝置，可以避免在系統停止的時候發生“溜車”現象。

1設備

1.1 設備結構（圖1）

1.2設備工作原理

該系統主要控制功能是通過安裝于流槽端部的激光液位傳感器，檢測出鋁液的實時高度，并將數據傳送至安裝于控制柜內的PLC系統。PLC系統通過CONopen網絡控制精調機構的伺服電機的垂直運動，使電磁線圈的下部和鋁液保證在設定的數值范圍內，其精度要求達到±度要求，這樣線圈產生固定的磁場就可以對鋁液進行凈化。

2 裝置電氣原理及組成

2.1 PLC控制系統

采用臺達新型PLC-AS228R作為控制核心，配套擴展模塊AS04AD-A4通道模擬量輸入，采集溫度檢測、熔體流速等4路模擬信號。AS228R通過CANopen總線與ASDA-A2伺服控制器的CANopen總線相連接，PLC的RS485總線接口與激光物位變送器的RS485總線相連。電氣原理簡圖如圖2。

2.2 伺服控制系統

電磁能發生器位置的精調調整是通過豎直位置精調機構上的激光傳感器探測到的熔體液面高度值來調整電磁能發生裝置的實際高度，設備運行前期使電磁能發生裝置距離熔體液面的距離保持恒定且與輸入值一致。控制系統采用臺達公司的ASDA-A2伺服控制器，配套伺服電機為ECMA-E11310SS。伺服電機配置了電磁剎車裝置，即系統停止或斷電狀態下，抱閘抱緊防止垂直方向“溜車”。系統電源采用單相220VAC供電。接線圖如圖3。

2.3 觸摸屏顯示系統

顯示是指控制系統可以顯示裝置的工作參數和狀態，其包含的顯示參數主要有脈沖電源的輸出電壓、輸出電流、占空比、頻率、輸出電流波形、負載電感和阻抗、磁感應強度、線圈溫度、鐵芯溫度、液面距離、熔體流速、熔體溫度、澆鑄速度等。

輸出是指控制系統可以存儲和打印輸出鑄錠澆鑄批次、裝置的工作時間、裝置工作參數和工藝參數、熔體流速變化曲線圖等，參數畫面如圖4所示。

2.4檢測傳感器

實現系統鋁液液位自動調整的傳感器是位于流槽邊沿上方安裝的激光液位傳感器。激光液位傳感器精度為±槽邊沿，最大量程標定為1000mm，響應時間為100ms，支持RS485（MODBUS通訊）。考慮到通訊傳輸的速率高，因此我們選用RS485通訊方式與配電柜內的PLC主機進行通訊，將數據傳送到PLC進行處理（也可以使用模擬量進行傳輸）。激光液位傳感器設置的參數包括量程、通訊波特率，此外需在伺服運動方向按放兩只接近開關，用于做伺服定位的原點及上下限位使用，其中上限位是用于機械保護使用，下限位除了機械保護，還有原點復歸功能。

3 程序調試及參數設置

3.1 PLC主要程序及說明

網路終端電阻在網絡連接方面的重要性：實驗初期遇到網絡連接問題，經各方面檢查后，究其原因在于網絡終端電阻的影響，待網絡終端電阻安裝后即可保證網絡連接的正常運行。因此網絡終端電阻在網絡連接方面具有重要作用。其中終端電阻安裝在伺服控制器CN6端子的1-2或9-10端，阻值為120值，0.25W。

以上程序為CANopen初始化、啟動、停止及原點復歸、伺服相對位置定位控制。其中SM1681為初始化完成后的標志位，SM1651為伺服啟動或停止完成后的標志位，SM1631則是伺服零點復歸完成后的標志位。其中伺服零點復歸需要在伺服控制器中設置零點復歸方式。DDRVIC為伺服相對位置定位控制，其中S1=1為伺服系統的站號，PLC系統支持1-8個站。S2變量D508為伺服電機行程（相對于零點），D508的符號代表伺服運行的方向。S3代表伺服電機的轉速，18000代表轉速為18000*0.1=1800rpm，如圖5所示。

為達到正確的通訊，需要在AS300軟件中的HWCONFIG中進行參數設置，設置頁面如圖6所示。

為了實現PLC與激光物位傳感器的數據快速交換，我們需要在設定界面中繼續設置COM口交換參數。PLC中的COM1或COM2通過MODBUS協議與激光位傳感器進行數據交換，因此需要將二者的波特率、奇偶校驗、數據位、MODBUS協議的方式（ASCII或RTU）選擇完全一致方可進行通訊。下面的設置即是將激光物位傳感器的測量值傳送到寄存器D500中。D500就是實際檢測的鋁液高度，其界面顯示如圖7所示。

3.2 伺服控制器參數設置：

伺服控制器主要參數設置如下：

P1-01=0B或0C（CANopen控制）;

P1-44=128（電子齒輪分子）;

P1-45=10（電子齒輪分母）;

P2-16=（端子DI7的輸入功能定義為0X24，是指在內部位置緩存器模式下，在搜尋原點時，此信號接通后伺服將此點位置設置為原點）。

P2-17=121（端子DI8設置為急停功能，接急停按鈕;如果參數設置為021，則必須接常開按鈕）;

P3-00=1（通訊站號）;

P3-01=00XX（波特率125K）;

驅動器的通訊站號與速率，用戶須先行手動設定之后，再將驅動器斷電并重新上電一次，此時驅動器才會以最新設定值運行。

P5-04=105（1代表極限動作時方向反轉;0代表返回找Z脈沖，5代表反轉直接尋找Z脈沖作為復歸原點）。

當PLC執行原點復歸指令時，伺服電機先正向旋轉;當運動一段距離后觸發ORG（原點），伺服電機停止運轉，馬上反向運轉尋找Z脈沖，找到后立即停車。原點的接通信號是通過接近開關（或其它限位開關）接通后送至DI8端子，其公共端為COM-。

電子齒輪的設置是伺服控制最為重要的參數，參數調整的主要依據如下：伺服系統的減速機是20：1，代表伺服電機旋轉20圈，絲杠轉動一圈。絲杠的導程為：10mm，代表伺服旋轉20圈，垂直方向運動的線圈運行10mm。則伺服電機運行一圈，線圈移動：10mm/20=0.5mm。伺服電機旋轉一圈所需的脈沖數是：N（一般設置為整數，比如10000，則代表一個脈沖的位移是0.5mm/10000=0.05微米），位置指令=N*電子齒輪/電子齒輪分母，也就是伺服系統編碼器的分辨率。ASDA-A2系統編碼器分辨率為128000，也就是伺服系統旋轉一圈最大脈沖數。電子齒輪比為128000/N。一般設置N為10000，所以128000/10000表示設置電子齒輪比分子為128，分母為10（不可以設置為小數）。

4 結語

將系統投入生產運行后，其控制精度達到±制精度，系統響應時間為100ms，生產過程中伺服控制系統運行平穩，因此完全能達到生產工藝要求。

收稿日期：2019-05-12

作者簡介：董海英（1971—），女，內蒙古巴盟人，本科，副教授，研究方向：電氣自動化。

Application Research of Delta Servo and PLC System in Electromagnetic Energy Equipment

DONG?Hai-ying

（Baotou Vocational and Technical College， Baotou， Inner Mongolia 014030）

Abstract：?This paper introduces the high-precision control of the AS300 series PLC system through the CANOPEN network to the servo controller， and realizes the precise position tracking control of the electromagnetic energy generating device. The article describes the hardware and software design of the system in detail， and the actual debugging operation proves that the system can meet the production process requirements.

Key words： Delta servo controller; PLC system; parameter setting