伺服系統(tǒng)是用來控制被控對象的轉(zhuǎn)角（或位移），使其能自動地、精確地實現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律。直流（dc）伺服系統(tǒng)，在上世紀70、80年代的數(shù)控機床上占據(jù)主導地位。大慣量直流伺服電動機具有良好的調(diào)速性能，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，構成閉環(huán)易于調(diào)整。80年代后，交流調(diào)速有了飛速的發(fā)展，交流電動機的可變速驅(qū)動系統(tǒng)已發(fā)展為數(shù)字化，這使得交流電動機的大范圍平滑調(diào)速成為現(xiàn)實，克服了其原有的缺點－調(diào)速性能差，同時發(fā)揮了其結(jié)構簡單堅固、容易維護、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量可以設計的很小，可以經(jīng)受高速運轉(zhuǎn)等優(yōu)點。在現(xiàn)代數(shù)控機床、自動化系統(tǒng)中得到了廣泛應用[1]。 [align=center] 圖1 伺服系統(tǒng)結(jié)構示意[/align] 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)描述 由結(jié)構圖可知，該伺服控制系統(tǒng)主要由omron c200hx plc、nc211雙軸位置控制單元、伺服驅(qū)動器及伺服電機構成。伺服驅(qū)動器選用omron smartstep a系列，具體型號r7d-ap08h，單相ac 200v/750w。它是在傳統(tǒng)的步進電機簡單定位用途的基礎上開發(fā)出來的脈沖列輸入型位置控制產(chǎn)品，結(jié)合了步進電機簡單易用的特點，同時具備新的優(yōu)點:在高速/高轉(zhuǎn)矩的情況下短時間內(nèi)完成定位，在負荷急劇變化的情況下仍能保持穩(wěn)定，具有高度可靠性。指令脈沖的輸入方式可在cw/ccw（雙脈沖輸入方式）或sign/plus（單脈沖輸入方式）之間切換。采用全數(shù)字控制方式，速度反饋2000脈沖/轉(zhuǎn)，內(nèi)置增量型編碼器進行位置監(jiān)控。當起停頻率超出時，通過步數(shù)丟失可以檢測到位置錯誤。一旦檢測到位置誤差，就以較低頻率進行位置校正，從而構成一個高精度的運動控制系統(tǒng)。變頻采用igbt（絕緣柵雙極晶體管）脈寬調(diào)制方式，脈寬調(diào)制頻率11.7khz。伺服電機采用同一系列，具體型號r7m-a75030，額定輸出功率750w，額定轉(zhuǎn)數(shù)3000r/min。 電氣布線與硬件參數(shù)設置 在伺服驅(qū)動器的前面板上設置單元號（no.）為0，增益調(diào)整（gain，調(diào)整電機響應性）為4，功能設定開關全部打在off位置。按照技術手冊、電氣規(guī)范進行布線，圖2為電氣接線圖。全部檢查沒有問題后方可上電啟動系統(tǒng)。 [align=center] 圖2 電氣接線圖[/align] nc211位置控制單元 和其他特殊單元不同，nc211屬于雙軸位控單元，占用雙倍的dm區(qū)域和ir區(qū)域，因此機架上的其他模塊的單元號不得與其緊鄰，以免沖突。以下從幾個方面具體介紹該模塊的使用。 l 單元面板及設定開關 前面板上指示燈有7個，主要顯示x/y軸工作情況、電機運行模式以及錯誤報警等含義。兩個設定開關，分別是單元號和工作模式的設定。nc211的工作模式按照接線方式不同分為四種: 模式0:按步進方式驅(qū)動電機，z相脈沖接入原點信號線; 模式1:控制伺服電機，使用原點驅(qū)動輸入和偏差計數(shù)復位輸出信號線，未接定位完成輸入信號線; 模式2:與模式1相同，但使用了定位完成輸入信號線; 模式3:控制伺服電機，使用原點調(diào)節(jié)命令。 背板上有10個dip開關，具體功能和含義請參考相關手冊[2]。這里以工作模式0為例，除7號開關外，其余設置為off，表示使用擴展數(shù)據(jù)區(qū)域dm0100-dm0299。 l 接線c200h-nc211的接線是通過單元模板上一個34針的插座引出的，其引腳與信號關系詳見有關技術手冊。 l dm區(qū)與ir區(qū)的分配使用nc211必須明確幾個概念:i/o數(shù)據(jù)刷新區(qū)域，固定數(shù)據(jù)區(qū)域，擴展數(shù)據(jù)區(qū)域。根據(jù)單元號和ir區(qū)以及dm區(qū)通道號的對應關系，這里設定單元號為6，ir160 ～179為i/o數(shù)據(jù)刷新區(qū)域，在plc和nc211之間數(shù)據(jù)即時刷新。 dm1600～1799為固定數(shù)據(jù)區(qū)域，當plc上電或ar重新啟動位為on時傳遞數(shù)據(jù)到nc211中。dm0100～0899為擴展數(shù)據(jù)區(qū)域，該區(qū)域由背板的開關7～9設置，作為控制數(shù)據(jù)的擴展存儲區(qū)。各區(qū)域的具體分配與使用說明如附表所示。 使用前通過編程器將設置值寫入內(nèi)存dm區(qū)域，實例中需要設定固定數(shù)據(jù)區(qū)域dm1600～dm1799。其中dm1600～1601（dm 1700～dm1701）是對x軸（y軸）初始值及操作方式的設定，dm1682～dm1685（dm 1782～dm1785）設定速度值1～4;dm0100～0299是擴展數(shù)據(jù)區(qū)域的設置;ir區(qū)域則通過編程進行設定。 [align=center] 附表 數(shù)據(jù)區(qū)域分配[/align] 程序設計 以兩軸聯(lián)動為例，x軸首先動作，部分源程序如下。需要注意的是，在x軸動作期間，為防止y軸報警錯誤，需事先把位置數(shù)據(jù)送入擴展數(shù)據(jù)區(qū)域。部分程序指令如下: ld 50.04 //重啟動標志位 difu（13） ar1.06 ld 50.00 difu（13） 30.00 //啟動位 ld 30.00 or 30.02 andnot i:170.12 //x軸禁止傳輸位 andnot i:175.12 //y軸禁止傳輸位 out 30.02 ld 30.02 out q:160.08 //x軸當前位置重置 out q:165.08 //y軸當前位置重置 ldnot i:170.00 //定位完成 and i:170.02 //x軸初始標志位 and i:175.02 //y軸初始標志位 andnot i:170.12 andnot i:175.12 difu（13） 31.00 ld 31.00 ld 32.00 and 50.02 //設置觸摸屏動作位 orld out q:160.00 //插補開始 ld 50.01 out q:160.15 //停止位 ld 31.00 mov（21） #6003 dm102 mov（21） #7003 dm108 mov（21） #6003 dm114 mov（21） #7003 dm120 mov（21） #6003 dm126 mov（21） #7003 dm129 //傳輸數(shù)據(jù) ld 31.00 //開始動作位 mov（21） #2000 q:162 //定位動作序號 mov（21） #100 q:163 //定義傳輸開始字 mov（21） #1000 q:164 //定義傳輸數(shù)據(jù)長度 out q:160.10 ld i:170.00 //插補完成 and i:170.10 //x軸數(shù)據(jù)傳輸完成 andnot i:170.12 andnot i:175.12 out q:161.15 //（nc）緩沖區(qū)傳輸 ld i:170.00 andnot i: 170.10 andnot i:170.12 andnot i:175.12 difu（13） 32.00 end （01） 程序檢查無誤后通過編程電纜將下載到omron plc，系統(tǒng)上電運行，各指示燈工作正常。如果報警或錯誤燈亮，可讀取ir區(qū)錯誤代碼，根據(jù)具體情況進行修改，報警/錯誤代碼標志位及其含義請參考技術手冊。現(xiàn)場操作調(diào)節(jié)可通過nt31c觸摸屏進行 結(jié)語 在伺服控制系統(tǒng)的設計中，使用nc211特殊功能模塊可以實現(xiàn)雙軸精確定位控制，簡化了控制程序的設計復雜性。通過模塊化的編程，減少了編程工作量，同時也減小了c200hx cpu的負擔，并且提高了控制系統(tǒng)的可靠性，保證了定位精度。經(jīng)實踐檢驗，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，對生產(chǎn)科研過程中類似問題的解決具有一定的啟發(fā)和借鑒作用。