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SIMATIC S7-1200的运动控制方式有哪些?

所谓“运动控制(Motion Control)”,是指利用伺服系统对机械传动的位置、速度等物理量进行控制的过程。比如,控制机床的传送带及刀具以完成准确的工件切割。运动控制系统主要包括:运动控制器、伺服驱动器、伺服电机及编码器等部件。运动控制器是具有运动控制功能的PLC的CPU或专门的运动控制模块;伺服驱动器用来接收运动控制器的命令,并完成对伺服电机的运动控制;伺服电机是执行机构,用来带动工艺轴进行运动;伺服电机内置编码器,可以将电机的位置反馈给伺服驱动器或运动控制器,从而形成闭环控制。

西门子SIMATIC S7-1200系列PLC的集成了运动控制功能,可以通过多种方式来控制伺服驱动器。今天这篇文章,我们来谈谈S7-1200都有哪些运动控制方式。

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对于固件版本大于等于V4.1的S7-1200的CPU,有三种控制伺服驱动器的方法:

(一)PROFIdrive:PROFIdrive是一种基于PROFIBUS或PROFINET总线的驱动技术标准,收录于国际标准IEC61800-7中。PROFIdrive定义了一个运动控制模型,其中包含多种设备。设备之间通过预设的接口及报文进行数据交换,这些报文被称为PROFIdrive消息帧。每一个消息帧都有标准结构,可以根据具体应用,选择不同的消息帧。通过PROFIdrive消息帧,可以传输控制字、状态字、设定值及实际值。S7-1200基于PROFIdrive的运动控制示意图如下:

s7-1200_PROFIdrive.PNG

上图中,伺服电机内置编码器的信号可以有四种反馈方式:

  1. 反馈给伺服驱动器;

  2. 通过总线的方式直接反馈给CPU;

  3. 连接到分布式工艺模块,CPU通过总线来读取数据;

  4. 直接连接到CPU的高速计数器通道;

无论使用哪种方式,PROFIdrive都可以形成闭环控制;

(二)PTO方式:PTO的全称是“Pulse Train Output”,也就是“脉冲串输出”。运动控制器通过发送占空比为50%的脉冲串给伺服驱动器来控制伺服电机的转速。以CPU1215C为例,它总共支持四路脉冲串输出(Pulse1~Pulse4),每一路脉冲信号支持四种PTO方式,分别是:

  1. PTO(Pulse A and direction B,脉冲A和方向B);

  2. PTO(Count up A and count down B,加计数A和减计数B);

  3. PTO(A/B phase-shifted,A/B相移);

  4. PTO(A/B phase-shifted- fourfold,A/B相移-四倍频);

如下图:

CPU1215C_PTO_Types.png

其中,PTO(Pulse A and direction B,脉冲A和方向B)是比较常用的方式。该PTO方式使用CPU的两路输出:一路(A)产生高速脉冲串,另一路(B)控制伺服电机的运动方向。通过控制脉冲串产生的频率,可以控制电机的转速。

PTO方式可以是开环控制,也可以将电机的编码器连接到CPU的高速计数器进行位置计数,从而形成闭环系统。S7-1200基于PTO的运动控制示意图如下:

s7-1200_PTO.PNG

(三)模拟量方式:该方式以模拟量信号作为伺服驱动器的给定信号,通过模拟量的信号变化来控制伺服电机的转速。以SINAMICS V90为例,它可以接受±10V的速度给定信号。我们可以使用S7-1200的信号板“AQ 1x12 BIT”来输出±10V的电压信号,通过将信号板输出与V90的信号给定相连接,可以用模拟量的方式来进行运动控制。

模拟量运动控制方式也必须形成闭环系统,可以使用高速计数器或者总线的方式将编码器的信号反馈给CPU。S7-1200基于模拟量的运动控制示意图如下:

s7-1200_analog.png

好了,关于S7-1200的运动控制的方式就先介绍到这里。以后的文章我们将深入介绍每一种控制方式的具体内容。欢迎扫描下方的二维码关注我们的微信公众号。

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