工控行業(yè)所說(shuō)的伺服,一般是交流伺服系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱,在工程現(xiàn)場(chǎng),我們所指的伺服是指伺服驅(qū)動(dòng)器。但是,伺服驅(qū)動(dòng)器,伺服電機(jī)是不可分割的一套系統(tǒng),聯(lián)系它們的是編碼器線纜和動(dòng)力線纜。通常,伺服驅(qū)動(dòng)器接受控制器的控制指令,然后通過(guò)動(dòng)力線纜驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī),而伺服電機(jī)的實(shí)時(shí)位置,通過(guò)編碼器線纜反饋至伺服驅(qū)動(dòng)器,形成閉環(huán)控制。很顯然,這種模式下,伺服驅(qū)動(dòng)器僅僅上充當(dāng)了放大器的角色,這是絕大部分伺服的工作模式,比如 安川,富士,松下,三菱,臺(tái)達(dá)等等。
還有部分伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置控制器功能,可以在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部進(jìn)行編程,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制,能實(shí)現(xiàn)電子凸輪,相位同步等等高級(jí)運(yùn)動(dòng)控制功能。主要以Copley伺服為代表,另外 施耐德等變頻器安裝運(yùn)動(dòng)控制卡件,也能實(shí)現(xiàn)此功能。
很顯然,本文討論的伺服電機(jī)上位控制,主要是第一種模式,也就是伺服驅(qū)動(dòng)器工作在放大器模式下,此時(shí),充當(dāng)上位機(jī)的就是PLC,運(yùn)動(dòng)控制器以及數(shù)控系統(tǒng)。如果把伺服驅(qū)動(dòng)器比喻成發(fā)動(dòng)機(jī),那么上位機(jī)就是一套高級(jí)的無(wú)人駕駛系統(tǒng)。無(wú)論采用哪種上位機(jī),上位機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器一般采用脈沖和通訊兩種方式。
1. 脈沖方式 上位機(jī)通過(guò)發(fā)送脈沖到伺服驅(qū)動(dòng)器,來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。在這種方式下,用脈沖頻率來(lái)控制速度,用脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制位置。同樣,伺服驅(qū)動(dòng)器也會(huì)發(fā)送脈沖數(shù),來(lái)告訴上位機(jī),伺服電機(jī)的位置和速度。
比如,我們約定伺服電機(jī)10000個(gè)脈沖旋轉(zhuǎn)一圈,那么,當(dāng)上位機(jī)發(fā)送10000個(gè)脈沖,伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈,實(shí)現(xiàn)位置控制。如果上位機(jī)在一分鐘內(nèi)發(fā)完這10000個(gè)脈沖,那么伺服電機(jī)的速度就是1r/min,如果實(shí)在一秒鐘內(nèi)發(fā)完,那么伺服電機(jī)的速度就是1r/s,也就是60r/min。
低端PLC,數(shù)控系統(tǒng),以及各種單片機(jī)系統(tǒng)一般都是采用這種模式,簡(jiǎn)單易行,成本低廉。很顯然,當(dāng)伺服軸數(shù)增加,這種控制方式的缺點(diǎn)就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái),上位機(jī)硬件成本會(huì)增加,配線會(huì)很復(fù)雜,而且現(xiàn)場(chǎng)EMC不好的話,脈沖極易丟失。所以,這種模式一般是在四軸一下,所以,大部分PLC的脈沖控制軸數(shù)都在兩軸或是三軸,極少部分PLC可以實(shí)現(xiàn)四軸。
2. 通訊方式
通訊方式就是專門為解決脈沖方式的不足而產(chǎn)生的,已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì),他把脈沖數(shù)和脈沖頻率通過(guò)通訊的方式,發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器,這種方式不但可以傳遞伺服電機(jī)的位置信息,還能傳遞各種狀態(tài)信息,比如伺服電機(jī)的電流,扭矩以及伺服驅(qū)動(dòng)器的故障代碼等等,很顯然,當(dāng)軸數(shù)多的時(shí)候,這種方式的優(yōu)勢(shì)不言而喻。
由于運(yùn)動(dòng)控制的特殊性,所以不同的廠家都推出自己的運(yùn)動(dòng)控制總線,既有開放的,也有封閉的,比如CANopen,以及在此基礎(chǔ)上開發(fā)的CANmotion和CANlink,MECHATROLINK-II,CCLink等等。隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,基于以太網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)控制總線也應(yīng)運(yùn)而生,比如安川MECHATROLINK-III,EtherCAT,ProfinetNet等等。還有基于光纖的SERCOS,SSCNETⅢ/H等等。 雖然 通訊的形式繁多,但他們解決的一般都是實(shí)時(shí)性問(wèn)題,因?yàn)閷?duì)于運(yùn)動(dòng)控制來(lái)說(shuō),實(shí)時(shí)性是非常重要的。從應(yīng)用開發(fā)的角度來(lái)說(shuō),脈沖和通訊是沒有區(qū)別的,只是信號(hào)傳遞的形式發(fā)生了變化。
審核編輯:郭婷
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原文標(biāo)題:伺服電機(jī)上位控制如何實(shí)現(xiàn)?
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