PLC對(duì)多臺(tái)伺服電機(jī)通信控制方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引言

伺服電機(jī)作為現(xiàn)代自動(dòng)化控制領(lǐng)域的核心組件，其發(fā)展歷程見(jiàn)證了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低效到高效的顯著進(jìn)步。自20世紀(jì)60年代直流伺服電機(jī)誕生，到70年代其在工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，伺服系統(tǒng)逐漸從開(kāi)環(huán)控制邁向閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了更為精確和穩(wěn)定的位置與速度控制。隨著電機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)逐漸嶄露頭角，其性能日益提升，市場(chǎng)應(yīng)用也日益多元化[2。伺服電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，常用于生產(chǎn)線上的自動(dòng)化設(shè)備，如機(jī)械手臂、傳送帶、裝配機(jī)等，以實(shí)現(xiàn)精確的位置和速度控制。它們提高了生產(chǎn)效率和準(zhǔn)確性，是現(xiàn)代智能制造的重要組成部分。對(duì)伺服電機(jī)的控制方式分為兩種：

1）I/O點(diǎn)控制。I/O點(diǎn)控制是指伺服電機(jī)和PLC通過(guò)輸入/輸出信號(hào)進(jìn)行通信的方式。這種方式穩(wěn)定性高，通過(guò)直連PLC的兩個(gè)輸出點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的控制，一些相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的控制系統(tǒng)常采用這種控制方式。但這種方式對(duì)PLC的輸出端Y要求較高，一個(gè)PLC中可以做高速脈沖發(fā)射的Y口數(shù)量有限，增加高速脈沖發(fā)射口數(shù)量會(huì)使成本大大提高3，因此一個(gè)PLC通過(guò)該方式可以控制的伺服電機(jī)有限。

2）通信控制。通信控制則是通過(guò)特定的通信協(xié)議和接口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的遠(yuǎn)程控制。這種方式通常用于一些控制要求復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，如多條工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線、多軸機(jī)器人的控制等。該方式更靈活且可以方便地增加新的伺服電機(jī)和控制設(shè)備，不用受限于高速脈沖發(fā)射口數(shù)量[4]。

近年來(lái)，中國(guó)工業(yè)產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程顯著加速，尤其是在工業(yè)軟件、自動(dòng)化設(shè)備等關(guān)鍵領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)勁勢(shì)頭。在此背景下，信捷電氣作為國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的佼佼者，其工業(yè)產(chǎn)品憑借高性能與高性價(jià)比，正逐漸占領(lǐng)工業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)。本文基于信捷PLC與信捷伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)多臺(tái)伺服電機(jī)的通信控制。

1 Modbus-485通信實(shí)現(xiàn)過(guò)程

信捷PLC與伺服電機(jī)通過(guò)Modbus-485通信方式實(shí)現(xiàn)。Modbus-485是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的一種通信方式，它結(jié)合了Modbus通信協(xié)議和RS-485物理層標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)[5]，以實(shí)現(xiàn)高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。信捷PLC與伺服電機(jī)的通信通過(guò)以下三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：物理層連接、串口配置和PLC程序編寫[]。

1.1 物理層連接

Modbus-485通信方式需要至少兩個(gè)連接端子。為了方便起見(jiàn)，將其記為A和B。兩個(gè)端子接線時(shí)必須將兩個(gè)設(shè)備所有“A\"端子連接在一起，所有“B\"端子連接在一起，不能出現(xiàn)反接。同時(shí)RS-485采用差分信號(hào)傳輸方式，對(duì)共模噪聲具有很強(qiáng)的抵抗力，在連線時(shí)需要將A、B線互相纏繞形成雙絞線結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)對(duì)共模噪聲的抗干擾能力。

1.1.1 伺服電機(jī)接口

信捷伺服電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器上的網(wǎng)口進(jìn)行物理層連接（圖1），雖然是網(wǎng)口的通信方式，但實(shí)際上只用網(wǎng)口中的4號(hào)和5號(hào)針腳（表1），實(shí)際走的還是串口的通信方式。在接線過(guò)程中，需要通過(guò)改造網(wǎng)線來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。

1.1.2 PLC接口

本次實(shí)驗(yàn)選用的信捷PLC型號(hào)為XD5E-24T-E，該型號(hào)的RS-485通信口在PLC上方。接線時(shí)需將網(wǎng)線另一端剪斷，用萬(wàn)用表找出4號(hào)和5號(hào)針腳對(duì)應(yīng)的電線，然后將4號(hào)和5號(hào)電線對(duì)應(yīng)接到PLC的A、B口上，如圖2所示。

1.2 串口通信配置

物理層連接好后，需要打開(kāi)信捷編程軟件做串口通信的配置[7]。伺服電機(jī)RS-485口的默認(rèn)通信參數(shù)為：波特率19200bit/s；數(shù)據(jù)位8位；停止位1位；偶校驗(yàn)。信捷PLC的A、B端子對(duì)應(yīng)的端口號(hào)為COM2，站號(hào)可以根據(jù)需要自已設(shè)置，如圖3所示。

1.3 控制伺服電機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)

信捷伺服電機(jī)的控制方式有五種，其中三種是走M(jìn)odbus通信方式，這三種方式分別是內(nèi)部轉(zhuǎn)矩模式、內(nèi)部速度模式和內(nèi)部位置模式，本文以內(nèi)部速度模式為例說(shuō)明整個(gè)控制過(guò)程。

對(duì)信捷伺服電機(jī)的通信控制方式需要了解伺服電機(jī)內(nèi)部的參數(shù)地址，通過(guò)對(duì)參數(shù)地址寫入數(shù)值實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)行控制，其中的關(guān)鍵參數(shù)如表2所示。

2 程序?qū)嵗?/p>

下面的程序設(shè)計(jì)以內(nèi)部速度模式為例，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的控制，信捷PLC通過(guò)指令REGW遠(yuǎn)程寫入?yún)?shù)。首先設(shè)定控制模式和使能模式，程序如圖4所示。

接著通過(guò)對(duì)F1-05賦值0或1控制伺服電機(jī)啟動(dòng)或停止，程序如圖5所示。

使能切換（使能：F1-05設(shè)1不使能：F1-05設(shè)0）

接下來(lái)是對(duì)伺服電機(jī)運(yùn)行速度的設(shè)定，可以設(shè)置三種不同的運(yùn)行速度，將速度寫入?yún)?shù)P3-05、P3-06和P3-07，程序如圖6所示。

通過(guò)給P5-27、P5-28和P5-29賦值，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)按照設(shè)定的速度運(yùn)行或停止，P5-27、P5-28和P5-29賦值依據(jù)表3進(jìn)行設(shè)定。

以讓電機(jī)按照SPEED1速度正向運(yùn)行為例，程序如圖7所示。

為保護(hù)電機(jī)和設(shè)備免受沖擊損壞，確保電機(jī)在高精度應(yīng)用場(chǎng)景中的控制精度，同時(shí)根據(jù)負(fù)載特性和應(yīng)用需求，需要對(duì)電機(jī)的加減速時(shí)間做相應(yīng)的設(shè)定，程序如圖8所示。

以上是對(duì)一臺(tái)電機(jī)的通信控制，當(dāng)有多臺(tái)電機(jī)時(shí)，需要對(duì)多臺(tái)電機(jī)的站號(hào)作區(qū)分，在對(duì)電機(jī)下達(dá)指令時(shí)，需要根據(jù)具體電機(jī)的站號(hào)寫入數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

PLC伺服電機(jī)以其高精度和穩(wěn)定性在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位。當(dāng)PLC需要控制多臺(tái)伺服電機(jī)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)I/O點(diǎn)發(fā)射脈沖的控制方式會(huì)受限于高速脈沖發(fā)射口。基于此，本文提出了一種利用通信控制的方案，通過(guò)Modbus-485通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)多臺(tái)伺服電機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

本文介紹了信捷PLC與伺服電機(jī)的Modbus-485通信實(shí)現(xiàn)方式，并從物理層連接、串口配置和PLC程序編寫等方面詳細(xì)展示了通信控制的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。該方案在精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩、提高生產(chǎn)效率、降低控制成本等方面具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

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