1前言

松下Minas A4系列是交流伺服電機中性價比比較高的產品。它采用獨特算法，具有速度頻率高，定位超調整定時間短，可實現高速定位的特點。在實際中與伺服驅動器配合使用，可接受外部脈沖指令和模擬信號的控制，同時返回編碼信號，滿足不同外部設備的需求。PLC是可編程邏輯控制器的英文縮寫．是目前邏輯控制系統中應用最廣泛的控制設備，本文選用西門子公司的S7-224，它以一個帶開關量輸入輸出的CPU為核心，通過擴展模塊增加開關量輸入輸出的信號數量和模擬量輸入輸出的能力。S7-200的用戶程序提供了位邏輯、定時器、計數器、以及通訊等大量指令，利用指令可方便快捷地生成各種控制程序。

2伺服電機控制系統的硬件組成

伺服電機控制系統的硬件組成如圖1所示。包括伺服電機、伺服驅動器、S7-224PLC和上位計算機等部分。圖中，伺服驅動器的主電源和控制電源為220VAC．輸入輸出接口電源選用24VDC，選用220VAC的伺服電機。上位計算機實現PLC編程和對伺服電機的監控，通過PC，PPI電纜與S7-224連接；S7-224根據要求發出高速脈沖和電機轉動的方向信號，經過驅動器控制伺服電機旋轉：電機旋轉編碼器的輸出信號通過驅動器
形成A相和B相正交信號，經信號轉換以后作為S7-224高速計數器的信號源，形成以S7-224為處理器的閉環控制系統。伺服電機、伺服驅動器和S7-200PLC之間采用屏蔽電纜連接。

3 I/O控制信號匹配

Minas A4系列伺服驅動器有很多參數。參數的設置值影響電機的轉速和旋轉編碼器的反饋信號，同時決定輸入輸出接口中脈沖和方向的類型。由于驅動器的輸入輸出接口與S7-224連接。而S7-224的I/O為24VDC的單端信號，必須實現驅動器和S7-224輸入輸出信號類型及電平的匹配。伺服驅動器中主要參數設置如表1所示。由于S7-224脈沖輸出和和計數器的最高頻率均為20KHz，所以Pr44和Pr4B的設定值必須確保在合適的范圍內。伺服驅動器中A相和B相反饋脈沖均為差分信號．而PLC不能直接輸入差分信號，必須對信號進行轉換，并放大至24VDC信號，信號轉換及放大處理如圖1中信號轉換部分所示。

4 PLC控制過程實現

在伺服電機PLC控制實現過程中，S7-224通過輸出高速脈沖和方向信號，控制電機的轉動，同時接收從伺服驅動器反饋的高速脈沖信號，形成閉環控制系統。整個PLC程序主要有高速脈沖控制和高速計數兩部分組成。

S7-224有兩臺PTO/PWM發生器，建立高速脈沖串或脈寬調節信號波形。一臺發生器指定給數字輸出點Q0.0，另一臺發生器指定給數字輸出點Q0.1。脈沖串(PTO)功能提供50%占空比的方彼輸出或指定的脈沖數及指定的周期。脈寬調制(PWM)功能提供帶變量占空比的固定周期輸出。每臺PTO/PWM發生器有一個8位的控制字節，一個不帶符號的16位的周期值、一個不帶符號的16位的脈寬值和一個不帶符號的32位脈沖個數值。這些值全部存儲在特殊內存區域SM的指定位置，一旦設置這些特殊的內存位，選擇所需的操作后，執行脈沖輸出指令(PLS)即啟動操作。圖3是PTO高速脈沖控制的PLC梯形圖程序，用于實現如圖2所示的頻率一時序圖，整個過程分成3段：1段加速200個脈沖，2段勻速3400個脈沖，3段減速400個脈沖。

S7-224支持6臺高速計數器((HSCO至HSCS)，可配置為十二種不同的操作模式。每臺計數器對支持此類功能的時鐘、方向控制、復原和起始均有專用輸人。對于雙相計數器，兩個時鐘均可按最高速度運行。在正交模式中，選擇一倍或四倍的最高計數速率。所有的計數器按最高速率運行，而不會相互干擾。

由于伺服電機返回A、B兩相正交編碼信號，在圖5所示的程序中，使用高速計數器HSCO，工作在模式9，使用內部啟動和清零功能，A相和B相計數脈沖通過I0.0、I0.1輸人，I0.2為外部復位。內存單元SMD38、SMD42分別為HSCO的初始值和預置值，SMB37為HSCO的控制字節，計數實時值使用地址HSCO,當計數實時值等于預置值時，產生12號中斷，可在對應的中斷程序中實現特定的功能。

5小結

利用S7-224為控制器，實現對Minas A4伺服電機的閉環控制，功能實現簡單，控制精度高，這種方式在打火槍性能測試儀器上使用成功。對其它伺服電機的控制方法也基本相同，通過適當的信號匹配可控制大功率的伺服電機。目前，機床、印刷設備、包裝設備、紡織設備、機器人、自動化生產線等行業逐步采用伺服電機取代傳統使用的步進電機等驅動設備，以滿足工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求，在這些領域大量使用電磁閥網" href="http://51spec.com/category.asp?categoryid=415" target="_blank">電磁閥和繼電器接觸器等設備，通過PLC可實現對伺服電機和其它設備的一體化控制，提高整體的自動化水平。