伺服系統(tǒng)是用來(lái)控制被控對(duì)象的轉(zhuǎn)角（或位移），使其能自動(dòng)地、精確地實(shí)現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律。直流（dc）伺服系統(tǒng)，在上世紀(jì)70、80年代的數(shù)控機(jī)床上占據(jù)主導(dǎo)地位。大慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速性能，輸出轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，構(gòu)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(dòng)機(jī)的可變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已發(fā)展為數(shù)字化，這使得交流電動(dòng)機(jī)的大范圍平滑調(diào)速成為現(xiàn)實(shí)，克服了其原有的缺點(diǎn)－調(diào)速性能差，同時(shí)發(fā)揮了其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、容易維護(hù)、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以設(shè)計(jì)的很小，可以經(jīng)受高速運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用[1]。

圖1 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意
系統(tǒng)組成
系統(tǒng)描述
由結(jié)構(gòu)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(dòng)器及伺服電機(jī)構(gòu)成。伺服驅(qū)動(dòng)器選用omron smartstep a系列，具體型號(hào)r7d-ap08h，單相ac 200v/750w。它是在傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)單定位用途的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的脈沖列輸入型位置控制產(chǎn)品，結(jié)合了步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，同時(shí)具備新的優(yōu)點(diǎn):在高速/高轉(zhuǎn)矩的情況下短時(shí)間內(nèi)完成定位，在負(fù)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(jìn)行位置監(jiān)控。當(dāng)起停頻率超出時(shí)，通過(guò)步數(shù)丟失可以檢測(cè)到位置錯(cuò)誤。一旦檢測(cè)到位置誤差，就以較低頻率進(jìn)行位置校正，從而構(gòu)成一個(gè)高精度的運(yùn)動(dòng)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(jī)采用同一系列，具體型號(hào)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(shè)置
在伺服驅(qū)動(dòng)器的前面板上設(shè)置單元號(hào)（no.）為0，增益調(diào)整（gain，調(diào)整電機(jī)響應(yīng)性）為4，功能設(shè)定開(kāi)關(guān)全部打在off位置。按照技術(shù)手冊(cè)、電氣規(guī)范進(jìn)行布線，圖2為電氣接線圖。全部檢查沒(méi)有問(wèn)題后方可上電啟動(dòng)系統(tǒng)。

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(jī)架上的其他模塊的單元號(hào)不得與其緊鄰，以免沖突。以下從幾個(gè)方面具體介紹該模塊的使用。
l 單元面板及設(shè)定開(kāi)關(guān)
前面板上指示燈有7個(gè)，主要顯示x/y軸工作情況、電機(jī)運(yùn)行模式以及錯(cuò)誤報(bào)警等含義。兩個(gè)設(shè)定開(kāi)關(guān)，分別是單元號(hào)和工作模式的設(shè)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(jìn)方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)，z相脈沖接入原點(diǎn)信號(hào)線;
模式1:控制伺服電機(jī)，使用原點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸入和偏差計(jì)數(shù)復(fù)位輸出信號(hào)線，未接定位完成輸入信號(hào)線;
模式2:與模式1相同，但使用了定位完成輸入信號(hào)線;
模式3:控制伺服電機(jī)，使用原點(diǎn)調(diào)節(jié)命令。
背板上有10個(gè)dip開(kāi)關(guān)，具體功能和含義請(qǐng)參考相關(guān)手冊(cè)[2]。這里以工作模式0為例，除7號(hào)開(kāi)關(guān)外，其余設(shè)置為off，表示使用擴(kuò)展數(shù)據(jù)區(qū)域dm0100-dm0299。
l 接線c200h-nc211的接線是通過(guò)單元模板上一個(gè)34針的插座引出的，其引腳與信號(hào)關(guān)系詳見(jiàn)有關(guān)技術(shù)手冊(cè)。
l dm區(qū)與ir區(qū)的分配使用nc211必須明確幾個(gè)概念:i/o數(shù)據(jù)刷新區(qū)域，固定數(shù)據(jù)區(qū)域，擴(kuò)展數(shù)據(jù)區(qū)域。根據(jù)單元號(hào)和ir區(qū)以及dm區(qū)通道號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這里設(shè)定單元號(hào)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(shí)刷新。
dm1600～1799為固定數(shù)據(jù)區(qū)域，當(dāng)plc上電或ar重新啟動(dòng)位為on時(shí)傳遞數(shù)據(jù)到nc211中。dm0100～0899為擴(kuò)展數(shù)據(jù)區(qū)域，該區(qū)域由背板的開(kāi)關(guān)7～9設(shè)置，作為控制數(shù)據(jù)的擴(kuò)展存儲(chǔ)區(qū)。各區(qū)域的具體分配與使用說(shuō)明如附表所示。
使用前通過(guò)編程器將設(shè)置值寫(xiě)入內(nèi)存dm區(qū)域，實(shí)例中需要設(shè)定固定數(shù)據(jù)區(qū)域dm1600～dm1799。其中dm1600～1601（dm 1700～dm1701）是對(duì)x軸（y軸）初始值及操作方式的設(shè)定，dm1682～dm1685（dm 1782～dm1785）設(shè)定速度值1～4;dm0100～0299是擴(kuò)展數(shù)據(jù)區(qū)域的設(shè)置;ir區(qū)域則通過(guò)編程進(jìn)行設(shè)定。

附表 數(shù)據(jù)區(qū)域分配
程序設(shè)計(jì)
以兩軸聯(lián)動(dòng)為例，x軸首先動(dòng)作，部分源程序如下。需要注意的是，在x軸動(dòng)作期間，為防止y軸報(bào)警錯(cuò)誤，需事先把位置數(shù)據(jù)送入擴(kuò)展數(shù)據(jù)區(qū)域。部分程序指令如下:
ld 50.04 //重啟動(dòng)標(biāo)志位
difu（13） ar1.06
ld 50.00
difu（13） 30.00 //啟動(dòng)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(dāng)前位置重置
out q:165.08 //y軸當(dāng)前位置重置
ldnot i:170.00 //定位完成
and i:170.02 //x軸初始標(biāo)志位
and i:175.02 //y軸初始標(biāo)志位
andnot i:170.12
andnot i:175.12
difu（13） 31.00
ld 31.00
ld 32.00
and 50.02 //設(shè)置觸摸屏動(dòng)作位
orld
out q:160.00 //插補(bǔ)開(kāi)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(kāi)始動(dòng)作位
mov（21） #2000
q:162 //定位動(dòng)作序號(hào)
mov（21） #100
q:163 //定義傳輸開(kāi)始字
mov（21） #1000
q:164 //定義傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
out q:160.10
ld i:170.00 //插補(bǔ)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(wú)誤后通過(guò)編程電纜將下載到omron plc，系統(tǒng)上電運(yùn)行，各指示燈工作正常。如果報(bào)警或錯(cuò)誤燈亮，可讀取ir區(qū)錯(cuò)誤代碼，根據(jù)具體情況進(jìn)行修改，報(bào)警/錯(cuò)誤代碼標(biāo)志位及其含義請(qǐng)參考技術(shù)手冊(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)操作調(diào)節(jié)可通過(guò)nt31c觸摸屏進(jìn)行
結(jié)語(yǔ)
在伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，使用nc211特殊功能模塊可以實(shí)現(xiàn)雙軸精確定位控制，簡(jiǎn)化了控制程序的設(shè)計(jì)復(fù)雜性。通過(guò)模塊化的編程，減少了編程工作量，同時(shí)也減小了c200hx cpu的負(fù)擔(dān)，并且提高了控制系統(tǒng)的可靠性，保證了定位精度。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)生產(chǎn)科研過(guò)程中類似問(wèn)題的解決具有一定的啟發(fā)和借鑒作用。