基于PLC和交流伺服的单轴控制系统

系统使用该通讯方式作为人机界面与主站57-300之间的通讯。

打开该组态软件，新建一项目，HMI设备选为TP177，接口选IFB口，控制器为5730014000按照触摸屏在系统中的使用要求，完成画面设计，画面主要有工作指示灯、工作模式选择、位移量输入等模块。画面编辑完成后配置连接参数，在HMI设备配置栏中，类型选为Sirnatic，波特率187500，地址设为1，勾选总线上的唯一主站项;网络配置栏中，将配置文选为MPI，主站数目为1;PLC设备中地址设为2，对应主站PLC地址。连接参数配置完成后，按照表1的分配地址新建变量。在起始画面中，将各操作模块与对应功能的变量进行连接。组态完成后利用一条标准交叉网线把PC与触摸屏连接，配置PGIPC口为PCAdapter(MPI），设CPC与触摸屏通过MPI方式进行项目下载。所设计人机界面如图1所示。

图1 触摸屏控制画面

4 主从站DP通讯设计

Profibus-DP作为一种开放式的现场总线协议，在工控系统中得到了广泛的应用。该协议仅使用了rsoiosi参考模型中的第1. 2层和用户接口，精简的结构保证了数据的高速传输，非常适用于FLC间的数据通信。在该系统中，主站S7-300主要用于通信服务。数据通信开始阶段，主站首先通过MPI通讯网络接收人机界面的控制指令，然后通过Profibus-DP总线将指令送到从站，同时接收来自从站的运行状态等反馈信息。硬件连接上，S7-200CPU通过EM277连接到总线网络上。作为DP从站模块，EM277接受来自主站的IIO配置，向主站发送和接收不同数t的数据。主从站DP通讯过程中，主站将其翰出区的信息发送到从站输出缓冲区，与从站交换数据;从站将其输入缓冲区数据返回给主站输入区，以响应从主站来的信息。

4.1组态设计

在SIMATIC Manager中创建一新项目，插入一个SIMATIC 300站点。打开HW config编辑器，按订货号依次插入机架、电源和CPU。在Profibus组态画面中，新建一个DP网络，将通讯地址设为2,传翰速率设为187.5Kb/s,配哭文件选为DP。主站PLC可自动识别人机界面，不需进行组态。S7-Z00通过EM277模块连接到Profibus-DP上，从站组态实际是对EM277进行组态。组态前先将EM277的描述文件siem089d.gsd添加到STEP7中，设置从站地址为3(与EM277拨码开关一致)。组态设置通讯接口为4字节输入14字节输出，V区偏移量设置为80，则主站发送区PQB20-PQB23对应从站接收区VB80-VB83，主站接收区PIB24-PIB27对应从站发送区VB84-VB87。系统硬件配置组态完成后，将硬件信息下载到57-300中。硬件组态如图2所示。

图2 硬件组态

4.2用户程序

在CPU315-2DP符号表中，定义数据块DB1用于存放接收和发送数据:功能调用FC1用于CPU300与200之间的数据通讯交换。OB 100用于初始化数据映射输入与愉出存储区。主程序在组织块OB1中执行，初始化组织块OB 100执行后，OB1被循环的进行处理。在循环的结尾，将过程映像输出表发送给轴出模块。通讯过程中，可通过变量表来查看通讯效果。主站程序插入了I/O访间故障诊断模块OB82、机架故障诊断模块OB86，用于对相应动作的操作说明。

5 运动控制设计

系统工作中，不同控制模式的切换应在电机停止状态下进行。为保证系统运行安全，在自动与点动、电机正反转等动作间应加入互锁功能。运动控制程序在57-200PLC中编写。编程时对不同动作，如自动模式、点动模式和回参考点(复位)等动作，分别编写了相应子程序，由主程序OB1调用。子程序的启动由57-200PLC翰入点或触摸屏辅助继电器信号进行选择。

5.1自动模式

系统硬件连接中，编码器反馈脉冲接到驱动器，构成一个半闭环定位控制系统。当偏差滞留脉冲(PLC输出脉冲与编码器反馈脉冲差值)小于参数设定值时，驱动器向PLC翰出脉冲定位完成信号，同时PLC中定位完成标志V 18.2置1。自动程序设计中，首先要将触摸屏端的运行参数转为相应脉冲数，然后由PLC输出该数目的脉冲到伺服驱动器。S7-200 PLC集成有两路20kHz高速轴出口，自动模式下，系统利用PLS指令，从Q0.0口输出PTO脉冲。PTO输出模式下对应控制字节单元为SMB67，程序中向该寄存器中写入16#85，对应功能为:选择PTO模式:允许脉冲输出:单段操作;微秒时墓;发脉冲周期与个数异步更新。为避免扫描周期对脉冲发送过程产生影响，每次脉冲发送完后，系统产生一次中断。当斋要系统紧急停止时，可通过向SMB67中写入控制字16#CB来停止脉冲愉入。考虑到S 7-200的脉冲发送频率限制，设计电机以800r/m速度运行，在驱动器电子齿轮比设置中，将输入脉冲倍频数设为10，分频数设为1，对应参数号分别为Pr34和Pr35。伺服电机自带编码器经4倍频后，分辨率可达