丹佛斯運動控制器在遠程伺服控制中的應用

　　引言：伺服位置控制是工業自動化領域經常遇到的控制需求，過去經典的解決方案是用運動控制模塊發送脈沖信號控制步進或伺服驅動系統。但是隨著生產和技術發展，伺服驅動功率越來越大，控制方法也逐步從脈沖控制變為高速通訊控制。丹佛斯運動控制器能與驅動器和各種現場總線通訊卡緊密結合，為用戶提供了可編程開放式的通訊控制接口，是目前市場上的通用遠程伺服控制工作站之一。
　　
　　一、EpsilonSWB發泡模機運動控制要求：
　　
　　圖為EpsilonSWB發泡模機的基本機械結構圖。
　　
　　該機有上模翻轉、下模翻轉、整體翻轉3個角度位置控制和上模升降一個垂直位置控制，定位精度要求都很高。其中上模滿載時重達半噸。　　
　　電驅動必須實現并滿足如下要求：
　　
　　1.發泡模機在機械上為對稱結構，上模升降、下模翻轉和整體翻轉這三個基本動作都是由兩邊兩臺電機同時驅動的，電機和減速機構型號規格*相同。這樣如何使兩臺剛性連接的電機輸出轉速輸出轉矩保持一致，是電氣驅動需要解決的難題之一。
　　
　　如果使用同步伺服電機，這將是一個非常困難的控制要求。可行的辦法為令其中一臺同步伺服電機作主機，工作于速度（位置）模式；另一臺同步伺服電機作輔機，工作于轉矩模式，其轉矩給定值為主伺服電機的輸出轉矩值。
　　
　　但是如果使用異步伺服電機，用一臺伺服驅動器同時驅動兩臺電機，利用異步電機的固有特性，可以方便地實現轉速同步，并且轉矩輸出一致。右圖為此種運行模式時兩臺電機的輸出轉矩，可見輸出轉矩的不平衡是由于電機的轉矩-轉差特性不同造成的，這個問題可以用選擇相同廠家相同型號電機的辦法解決，而且是選額定轉差比較大的異步電機。　　　　
　　丹佛斯FC302驅動器能夠同時帶兩臺異步伺服電機，作電機自適應時只要將電機功率、電機電流設為2臺異步伺服電機的總合就可以了。
　　
　　2.機械抱閘控制
　　
　　上模非常重，起動時如果驅動器和機械抱閘配合不好，很容易下溜或上沖。　　　　
　　丹佛斯FC302驅動器內置起重設備的機械抱閘控制輸出，上圖為其動作的時序圖，電機起動之初是工作于轉矩輸出方式的，在機械抱閘逐步松開的過程中，電機控制模式也平滑地從轉矩控制模式轉換為轉速控制模式。在過渡期間，還可以提升轉速控制的PID，有助于進一步提高驅動器的負載響應能力。
　　
　　3.下模翻轉和整體翻轉是通過曲柄機構實現的，因此實際機械角度與電機角位移是非線性關系　　　　
　　這要靠運動控制器內部運算或用查表插值運算的辦法解決。
　　
　　二、運動控制的高速總線通訊接口程序編制和定義：
　　
　　現場總線通訊控制在主站和從站之間傳遞預定字長的過程數據，丹佛斯運動控制器在現場總線網絡中作為遠程伺服控制工作站運行，控制命令的執行和實際位置、狀態的反饋全靠過程數據交互實現。為了方便與其他主機的銜接，在參考了西門子FM系列運動控制模塊的控制辦法，再結合現場總線的控制特點，定義了如下過程數據：
　　　

	PCD1	PCD2	PCD3	PCD4
寫入	控制字	速度給定	位置給定	轉矩給定
讀出	狀態字	當前實際速度	當前實際位置	當前實際轉矩

　　　
　　其中控制字定義如下：
　　　　　　
　　狀態字定義如下：
　　　　　　
　　三.丹佛斯運動控制器簡介：
　　
　　丹佛斯運動控制器是與丹佛斯的FC300系列驅動器緊密結合的，其接口如圖所示：　　
　　X55為編碼器2輸入接口，缺省用于連接從電機編碼器；
　　
　　X56為編碼器1輸入接口，缺省用于連接主電機編碼器；
　　
　　X57為10數字量輸入接口；
　　
　　X58為24VDC電源；
　　
　　X59為8數字量輸出接口。
　　
　　丹佛斯運動控制器的編程方式
　　
　　丹佛斯運動控制器使用丹佛斯公司開發的Aposs運動控制語言，其編程風格模仿C語言，并提供多種便利指令，其界面如下圖所示：　　
　　丹佛斯運動控制器能提供如下基本功能：
　　
　　1．輸入輸出邏輯控制功能；
　　
　　2．同步控制功能，電子凸輪；
　　
　　3．定位控制功能；
　　
　　4．中斷功能，如時間中斷，I/O中斷等；
　　
　　5．基本數學、邏輯運算功能；
　　
　　……
　　
　　丹佛斯運動控制器支持的高速通訊協議：
　　
　　Profibus、CANopen、DeviceNet、Interbus、LonWorks、工業以太網
　　
　　……
　　
　　丹佛斯運動控制器程序例（部分）：
　　
　　//HOMEMODE1
　　
　　IF（step==16）THEN
　　
　　homevel=GETHOME_VEL
　　
　　IF（home_done==0）THEN
　　
　　servo_on=1
　　
　　IF（svon_dlyt.2==1）THEN
　　
　　IF（homevel>0ANDls_fwd==0）OR（homevel<0ANDls_rev==0）THEN
　　
　　IF（home_dog==1）THEN
　　
　　CSTOP//CVEL0
　　
　　//CSTART
　　
　　step=17
　　
　　ELSE
　　
　　ACC50
　　
　　CVELhomevel
　　
　　CSTART
　　
　　ENDIF
　　
　　ELSE
　　
　　CSTOP//CVEL0
　　
　　//CSTART
　　
　　IF（home_dog==1）THEN
　　
　　step=17
　　
　　ELSE
　　
　　step=18
　　
　　ENDIF
　　
　　ENDIF
　　
　　ELSE
　　
　　CSTOP//CVEL0
　　
　　//CSTART
　　
　　ENDIF
　　
　　ELSE
　　
　　CSTOP//CVEL0
　　
　　//CSTART
　　
　　step=10
　　
　　ENDIF
　　
　　ENDIF
　　
　　四、主控PLC的編程辦法：
　　
　　主機中關于運動控制部分的子程序可以按如下邏輯框圖編程：　　
　　程序例：
　　
　　（略）
　　
　　使用效果：
　　
　　系統實際運行效果非常理想，響應速度快、速度平穩，*達到了控制技術要求。通用的丹佛斯遠程控制器達到了替代PLC運動控制模塊的作用。FC302的優異性能，保障了定位精度。由于自定義的通訊過程數據、控制字定義清晰簡潔，主機控制程序開發變得更容易了。
　　
　　結束語：使用西門子的PLC加西門子的位置控制模塊，編程會是一個艱巨而繁復的工作，但是利用Profibus現場通訊總線直接控制控制丹佛斯的運動控制器，將繁復的程序功能交給遠程伺服工作站以分布式方式處理，不但可以節省系統成本，還大大提高了整機開發速度，值得在自動化控制領域推廣。