引言：伺服位置控制是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域經(jīng)常遇到的控制需求，過(guò)去經(jīng)典的解決方案是用運(yùn)動(dòng)控制模塊發(fā)送脈沖信號(hào)控制步進(jìn)或伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。但是隨著生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展，伺服驅(qū)動(dòng)功率越來(lái)越大，控制方法也逐步從脈沖控制變?yōu)楦咚偻ㄓ嵖刂啤５し鹚惯\(yùn)動(dòng)控制器能與驅(qū)動(dòng)器和各種現(xiàn)場(chǎng)總線通訊卡緊密結(jié)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(chǎng)上性價(jià)比比較高的通用遠(yuǎn)程伺服控制工作站之一。

 

摘 要：目前生產(chǎn)中用到的較先進(jìn)的伺服控制系統(tǒng)通常采用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，加上專用的高速通訊總線，再加上專用的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。但是如果以丹佛斯運(yùn)動(dòng)控制器作為遠(yuǎn)程伺服控制工作站，則往上能適配市場(chǎng)上幾乎全部主流高速現(xiàn)場(chǎng)總線，即適用于任意上位機(jī)；往下適配任意同步或異步伺服電機(jī)。本文謹(jǐn)以Epsilon SWB 發(fā)泡模機(jī)4軸位置伺服控制為例，介紹了丹佛斯運(yùn)動(dòng)控制器作為遠(yuǎn)程伺服控制工作站的應(yīng)用辦法和經(jīng)驗(yàn)。

 

 

Abstract:  The advanced servo control system used by now was usually consisted by special motion control unit, special high speed communication bus, and special servo drive system. But if used Danfoss motion control unit as a remote servo control workstation, it can link any master through any mainstream high speed field-bus as well as drive any synchronous or asynchronous servo motor. The thesis will discuss the resolution and experience of Danfoss Motion Controller used as remote servo control workstation in the Epsilon SWB epispastic molding machine’s 4 axes position control.

 

 

 

 

右圖為Epsilon SWB發(fā)泡模機(jī)的基本機(jī)械

結(jié)構(gòu)圖。

該機(jī)有上模翻轉(zhuǎn)、下模翻轉(zhuǎn)、整體翻轉(zhuǎn)3

個(gè)角度位置控制和上模升降一個(gè)垂直位置控制，

定位精度要求都很高。其中上模滿載時(shí)重達(dá)半噸。

 

 

電驅(qū)動(dòng)必須實(shí)現(xiàn)并滿足如下要求：

1.      發(fā)泡模機(jī)在機(jī)械上為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，上模升降、下模翻轉(zhuǎn)和整體翻轉(zhuǎn)這三個(gè)基本動(dòng)作都是由兩邊兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)的，電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)型號(hào)規(guī)格完全相同。這樣如何使兩臺(tái)剛性連接的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)矩保持一致，是電氣驅(qū)動(dòng)需要解決的難題之一。

如果使用同步伺服電機(jī)，這將是一個(gè)非常困難的控制要求。可行的辦法為令其中一臺(tái)同步伺服電機(jī)作主機(jī)，工作于速度（位置）模式；另一臺(tái)同步伺服電機(jī)作輔機(jī)，工作于轉(zhuǎn)矩模式，其轉(zhuǎn)矩給定值為主伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩值。

 

 

丹佛斯FC302驅(qū)動(dòng)器能夠同時(shí)帶兩臺(tái)異步伺服電機(jī)，作電機(jī)自適應(yīng)時(shí)只要將電機(jī)功率、電機(jī)電流設(shè)為2臺(tái)異步伺服電機(jī)的總合就可以了。

 

2.      機(jī)械抱閘控制

上模非常重，起動(dòng)時(shí)如果驅(qū)動(dòng)器和機(jī)械抱閘配合不好，很容易下溜或上沖。

丹佛斯FC302驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置起重設(shè)備專用的機(jī)械抱閘控制輸出，上圖為其動(dòng)作的時(shí)序圖，電機(jī)起動(dòng)之初是工作于轉(zhuǎn)矩輸出方式的，在機(jī)械抱閘逐步松開的過(guò)程中，電機(jī)控制模式也平滑地從轉(zhuǎn)矩控制模式轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速控制模式。在過(guò)渡期間，還可以提升轉(zhuǎn)速控制的PID，有助于進(jìn)一步提高驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載響應(yīng)能力。

 

3.      下模翻轉(zhuǎn)和整體翻轉(zhuǎn)是通過(guò)曲柄機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，因此實(shí)際機(jī)械角度與電機(jī)角位移是非線性關(guān)系

 

 

 

 

 

 

 

這要靠運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)部運(yùn)算或用查表插值運(yùn)算的辦法解決。

 

 

現(xiàn)場(chǎng)總線通訊控制在主站和從站之間傳遞預(yù)定字長(zhǎng)的過(guò)程數(shù)據(jù)，丹佛斯運(yùn)動(dòng)控制器在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中作為遠(yuǎn)程伺服控制工作站運(yùn)行，控制命令的執(zhí)行和實(shí)際位置、狀態(tài)的反饋全靠過(guò)程數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)。為了方便與其他主機(jī)的銜接，在參考了西門子FM系列運(yùn)動(dòng)控制模塊的控制辦法，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線的控制特點(diǎn)，定義了如下過(guò)程數(shù)據(jù)：

表一：過(guò)程數(shù)據(jù)PCD定義

 

 

其中控制字定義如下：

表二：控制字定義

 

狀態(tài)字定義如下：

表三：狀態(tài)字定義

 

 

 

 

丹佛斯運(yùn)動(dòng)控制器是與丹佛斯的FC300系列驅(qū)動(dòng)器緊密

結(jié)合的，其接口如右圖所示：

 

    X55為編碼器2輸入接口，缺省用于連接從電機(jī)編碼器；

X56為編碼器1輸入接口，缺省用于連接主電機(jī)編碼器；

X57為10數(shù)字量輸入接口；

X58為24VDC電源；

X59為8數(shù)字量輸出接口。

 

丹佛斯運(yùn)動(dòng)控制器的編程方式

    丹佛斯運(yùn)動(dòng)控制器使用丹佛斯公司開發(fā)的Aposs運(yùn)動(dòng)控制語(yǔ)言，其編程風(fēng)格模仿C語(yǔ)言，并提供多種便利指令，其界面如下圖所示：

 

 

 

 

 

 

 

1 普通剩余電流保護(hù)器工作原理

 

 

 

 

 

 

 

 

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(shí)間中斷，I/O中斷等；

5． 基本數(shù)學(xué)、邏輯運(yùn)算功能；

 

  Profibus、CANopen、DeviceNet、Interbus、LonWorks、工業(yè)以太網(wǎng)

 

 

主機(jī)中關(guān)于運(yùn)動(dòng)控制部分的子程序可以按如下邏輯框圖編程：

 

程序例：

（略）

 

    系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果非常理想，響應(yīng)速度快、速度平穩(wěn)，完全達(dá)到了控制技術(shù)要求。通用的丹佛斯遠(yuǎn)程控制器達(dá)到了替代專用PLC運(yùn)動(dòng)控制模塊的作用。FC302的優(yōu)異性能，保障了定位精度。由于自定義的通訊過(guò)程數(shù)據(jù)、控制字定義清晰簡(jiǎn)潔，主機(jī)控制程序開發(fā)變得更容易了。

 

結(jié)束語(yǔ)：使用西門子的PLC加西門子的位置控制模塊，編程會(huì)是一個(gè)艱巨而繁復(fù)的工作，但是利用Profibus現(xiàn)場(chǎng)通訊總線直接控制控制丹佛斯的運(yùn)動(dòng)控制器，將繁復(fù)的程序功能交給遠(yuǎn)程伺服工作站以分布式方式處理，不但可以節(jié)省系統(tǒng)成本，還大大提高了整機(jī)開發(fā)速度，值得在自動(dòng)化控制領(lǐng)域推廣。

 

[1]   FC300編程指南. MG.33.M4.41. Danfoss A/S. 2008

[2]   運(yùn)動(dòng)控制器MCO305使用說(shuō)明. MG.33.K2.02. Danfoss A/S. 2007

[3]   運(yùn)動(dòng)控制器MCO305設(shè)計(jì)指南. MG.33.L2.02. Danfoss A/S. 2007