位置控制單元NC211在伺服控制系統中的應用

伺服系統是用來控制被控對象的轉角（或位移），使其能自動地、精確地實現輸入指令的變化規律。直流（dc）伺服系統，在上世紀70、80年代的數控機床上占據主導地位。大慣量直流伺服電動機具有良好的調速性能，輸出轉矩大，過載能力強，構成閉環易于調整。80年代后，交流調速有了飛速的發展，交流電動機的可變速驅動系統已發展為數字化，這使得交流電動機的大范圍平滑調速成為現實，克服了其原有的缺點－調速性能差，同時發揮了其結構簡單堅固、容易維護、轉子的轉動慣量可以設計的很小，可以經受高速運轉等優點。在現代數控機床、自動化系統中得到了廣泛應用[1]。

系統組成

系統描述

由結構圖可知，該伺服控制系統主要由omron c200hx plc、nc211雙軸位置控制單元、伺服驅動器及伺服電機構成。伺服驅動器選用omron smartstep a系列，具體型號r7d-ap08h，單相ac 200v/750w。它是在傳統的步進電機簡單定位用途的基礎上開發出來的脈沖列輸入型位置控制產品，結合了步進電機簡單易用的特點，同時具備新的優點:在高速/高轉矩的情況下短時間內完成定位，在負荷急劇變化的情況下仍能保持穩定，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。采用全數字控制方式，速度反饋2000脈沖/轉，內置增量型編碼器進行位置監控。當起停頻率超出時，通過步數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。變頻采用igbt（絕緣柵雙極晶體管）脈寬調制方式，脈寬調制頻率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，額定轉數3000r/min。

電氣布線與硬件參數設置

在伺服驅動器的前面板上設置單元號（no.）為0，增益調整（gain，調整電機響應性）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。

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區域和ir區域，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，使用原點驅動輸入和偏差計數復位輸出信號線，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，使用原點調節命令。
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，表示使用擴展數據區域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區與ir區的分配使用nc211必須明確幾個概念:i/o數據刷新區域，固定數據區域，擴展數據區域。根據單元號和ir區以及dm區通道號的對應關系，這里設定單元號為6，ir160 ～179為i/o數據刷新區域，在plc和nc211之間數據即時刷新。

dm1600～1799為固定數據區域，當plc上電或ar重新啟動位為on時傳遞數據到nc211中。dm0100～0899為擴展數據區域，該區域由背板的開關7～9設置，作為控制數據的擴展存儲區。各區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存dm區域，實例中需要設定固定數據區域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是擴展數據區域的設置;ir區域則通過編程進行設定。

程序設計

以兩軸聯動為例，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，需事先把位置數據送入擴展數據區域。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 //傳輸數據
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 //定義傳輸數據長度
out q:160.10
ld i:170.00 //插補完成
and i:170.10 //x軸數據傳輸完成
andnot i:170.12
andnot i:175.12
out q:161.15 //（nc）緩沖區傳輸
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區錯誤代碼，根據具體情況進行修改，報警/錯誤代碼標志位及其含義請參考技術手冊。現場操作調節可通過nt31c觸摸屏進行

結語

在伺服控制系統的設計中，使用nc211特殊功能模塊可以實現雙軸精確定位控制，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的可靠性，保證了定位精度。經實踐檢驗，系統運行穩定，對生產科研過程中類似問題的解決具有一定的啟發和借鑒作用。