伺服电机驱动中高速单脉冲隔离转换模块等效替换电路设计方案.docVIP

伺服电机驱动中高速单脉冲隔离转换模块等效替换电路的设计-机电论文 伺服电机驱动中高速单脉冲隔离转换模块等效替换电路的设计 伍水梅 （广东省国防科技技师学院，广东 广州 510510） 摘 要：目前大多院校里配置的都是三菱系列PLC系统，但进行西门子系列的学习时需重新进行配置，增加了成本.在本文根据三菱系列和西门子系列两种PLC系统的工作原理和特点，对两种系列PLC系统对电机驱动方面进行了分析研究，设计制作出了高速单脉冲隔离转换模块的等效替换电路，实现了使用三菱系列伺服控制器替代西门子系列伺服控制器驱动伺服电机.试验表明，该等效替换电路能够满足系统的控制要求，制作和使用简单，成本低.使用该替换电路，学习者可以只购买西门子S7-200PLC-CPU，与原有的三菱伺服驱动系统配套进行研究学习，能够使设备得到最大程度的应用. 关键词 ：伺服电机；西门子S7-200PLC-CPU；高速单脉冲隔离转换模块；三菱伺服控制器；等效替换电路 中图分类号：TP206 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2015）04-0051-03 PLC已在自动控制系统中广泛应用各种机械工业、汽车工业、钢铁工业电力工业等领域，其应用的深度和广度已经成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志，其对伺服电机的控制更是大家研究的一个热点[1-4].伺服电机无论是在转矩上还是速度上，都有很大的过载能力，其最大转矩可达到额定转矩的三倍，能有效克服负载的惯性力矩，是自动控制系统中的一个主要执行元件[5，6].伺服电机通过脉冲的转换进行定位，当脉冲信号为零时无自转现象，因为伺服电机拥有旋转编码器，使其本身具有脉冲产生功能，对应电机所转过的角度，它会产生对应数量的脉冲，与电机所接受到的脉冲形成一个闭环系统，从而对电机转动实现精确定位[1，6，7]，目前最先进的伺服电机精度可达0.001mm，所以伺服电机驱动在自动控制系统中应用广泛，特别是在传动领域中已占有领先地位. 伺服电机的驱动是用伺服控制器来控制的，所以要使伺服电机精确运转，必须有一个与之相匹配的伺服控制器[6，8].不同系列伺服控制器的PLC-CPU有所不同，主要是各自的输出控制电流流向不一样，不能使用S7-200PLC的CPU直接驱动三菱伺服控制器，通常需要在两者间加一个高速单脉冲隔离转换模块.但试验表明，即使采用高速单脉冲隔离转换模块，控制系统的精度也不高，而且该转换模块价格也高.因此，本文以三菱系列和西门子系列的伺服控制器PLC-CPU为研究对象，研究其驱动伺服电机时所用的高速脉冲隔离转换模块的等效替换电路，实现对伺服电机的精确控制. 1 以高速脉冲隔离转换模块组成的控制系统的分析 1.1 西门子S7-200PLC系列的CPU选型 西门子S7-200PLC系列属于小型PLC自动化系统，型号包括221、222CN、224CN、224XP、224 XPSI和226CN等系列.它有14个数字量输入，10个数字量输出，模拟电位器2个；电源电压DC24V/ AC 100-230V，输出最小电压DC20V；既可接漏型，也可接源型[8].这里说的漏型，是指输入信号由PLC内部提供，所有输入信号的一端汇总到输入公共连接端COM的输入方式，也称为“汇点输入”.而源型是指由外部提供输入信号电源或使用PLC内部给输入回路的电源，全部输入信号为“有源”信号，并独立输入PLC的输入连接形式.日系的PLC伺服控制器大多输出为NPN型，也就是低电平有效，而西门子的所有型号中除了S7-224XPSI外大都是PNP型的，即高电平有效[10].从拓展模块及输入/输出考虑，本文采用了224CN. 1.2 三菱伺服控制器选型 在本控制系统中选用三菱公司的MR-J2S- 10A1伺服控制器.该控制器主要有位置控制、速度控制、转矩控制三种模式[11].本文主要采用位置控制模式，也就是通过高速脉冲串控制电机的速度和方向，其位置控制的分辨率达到131072脉冲/转.电源采用AC200～230V，50/60Ｈz或单相AC110V，50/60Ｈz，提供的脉冲串形式可以是两路都为脉冲的形式，也可以是一路为脉冲，另一路为方向的形式，本控制系统以实现工作台的往返为主，因此选择第二种，一路为脉冲，另一路为方向的脉冲驱动方式. 1.3 高速单脉冲隔离转换模块的选型 由于S7-200PLC的224CN系列为源型输入，具PNP晶体管输出特性，而大部分的三菱PLC均属于漏型，两者在电流方向上是相反的，若直接驱动三菱伺服控制器，电机肯定不能正常运转.为解决这个问题，两者间必须加一个高速单脉冲隔离转换模块.该模块的主要功能是抗干扰，提高信号质量，保证信号正常输出；同时具有信号隔离、分配、转换功能.PLC控制设备加