台达伺服及PLC系统在电磁能设备中的应用研究

摘  要：文章介绍了AS300系列的PLC系统通过CANOPEN网络对伺服控制器的高精度控制，实现了电磁能发生装置的精密位置跟踪控制。文章对系统软硬件设计进行了详细描述，经实际调试运行，证明该系统可满足生产工艺要求。

关键词：台达伺服控制器;PLC系统;参数设置

中图分类号：TS103   文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）05-0000-00

0 引言

在实际生产中，电磁能设备中电磁能发生器位置需要精准调整。控制系统采用台达公司AS300系列中的AS228R控制器。伺服控制器采用ASDA-A2控制器，编码器精度为128000线;配套伺服电机ECMA-E11310SS。该系统配置了电磁刹车装置，可以避免在系统停止的时候发生“溜车”现象。

1设备

1.1 设备结构（图1）

1.2设备工作原理

该系统主要控制功能是通过安装于流槽端部的激光液位传感器，检测出铝液的实时高度，并将数据传送至安装于控制柜内的PLC系统。PLC系统通过CONopen网络控制精调机构的伺服电机的垂直运动，使电磁线圈的下部和铝液保证在设定的数值范围内，其精度要求达到±度要求，这样线圈产生固定的磁场就可以对铝液进行净化。

2 装置电气原理及组成

2.1 PLC控制系统

采用台达新型PLC-AS228R作为控制核心，配套扩展模块AS04AD-A4通道模拟量输入，采集温度检测、熔体流速等4路模拟信号。AS228R通过CANopen总线与ASDA-A2伺服控制器的CANopen总线相连接，PLC的RS485总线接口与激光物位变送器的RS485总线相连。电气原理简图如图2。

2.2 伺服控制系统

电磁能发生器位置的精调调整是通过竖直位置精调机构上的激光传感器探测到的熔体液面高度值来调整电磁能发生装置的实际高度，设备运行前期使电磁能发生装置距离熔体液面的距离保持恒定且与输入值一致。控制系统采用台达公司的ASDA-A2伺服控制器，配套伺服电机为ECMA-E11310SS。伺服电机配置了电磁刹车装置，即系统停止或断电状态下，抱闸抱紧防止垂直方向“溜车”。系统电源采用单相220VAC供电。接线图如图3。

2.3 触摸屏显示系统

显示是指控制系统可以显示装置的工作参数和状态，其包含的显示参数主要有脉冲电源的输出电压、输出电流、占空比、频率、输出电流波形、负载电感和阻抗、磁感应强度、线圈温度、铁芯温度、液面距离、熔体流速、熔体温度、浇铸速度等。

输出是指控制系统可以存储和打印输出铸锭浇铸批次、装置的工作时间、装置工作参数和工艺参数、熔体流速变化曲线图等，参数画面如图4所示。

2.4检测传感器

实现系统铝液液位自动调整的传感器是位于流槽边沿上方安装的激光液位传感器。激光液位传感器精度为±槽边沿，最大量程标定为1000mm，响应时间为100ms，支持RS485（MODBUS通讯）。考虑到通讯传输的速率高，因此我们选用RS485通讯方式与配电柜内的PLC主机进行通讯，将数据传送到PLC进行处理（也可以使用模拟量进行传输）。激光液位传感器设置的参数包括量程、通讯波特率，此外需在伺服运动方向按放两只接近开关，用于做伺服定位的原点及上下限位使用，其中上限位是用于机械保护使用，下限位除了机械保护，还有原点复归功能。

3 程序调试及参数设置

3.1 PLC主要程序及说明

网路终端电阻在网络连接方面的重要性：实验初期遇到网络连接问题，经各方面检查后，究其原因在于网络终端电阻的影响，待网络终端电阻安装后即可保证网络连接的正常运行。因此网络终端电阻在网络连接方面具有重要作用。其中终端电阻安装在伺服控制器CN6端子的1-2或9-10端，阻值为120值，0.25W。

以上程序为CANopen初始化、启动、停止及原点复归、伺服相对位置定位控制。其中SM1681为初始化完成后的标志位，SM1651为伺服启动或停止完成后的标志位，SM1631则是伺服零点复归完成后的标志位。其中伺服零点复归需要在伺服控制器中设置零点复归方式。DDRVIC为伺服相对位置定位控制，其中S1=1为伺服系统的站号，PLC系统支持1-8个站。S2变量D508为伺服电机行程（相对于零点），D508的符号代表伺服运行的方向。S3代表伺服电机的转速，18000代表转速为18000*0.1=1800rpm，如图5所示。

为达到正确的通讯，需要在AS300软件中的HWCONFIG中进行参数设置，设置页面如图6所示。

为了实现PLC与激光物位传感器的数据快速交换，我们需要在设定界面中继续设置COM口交换参数。PLC中的COM1或COM2通过MODBUS协议与激光位传感器进行数据交换，因此需要将二者的波特率、奇偶校验、数据位、MODBUS协议的方式（ASCII或RTU）选择完全一致方可进行通讯。下面的設置即是将激光物位传感器的测量值传送到寄存器D500中。D500就是实际检测的铝液高度，其界面显示如图7所示。

3.2 伺服控制器参数设置：

伺服控制器主要参数设置如下：

P1-01=0B或0C（CANopen控制）;

P1-44=128（电子齿轮分子）;

P1-45=10（电子齿轮分母）;

P2-16=（端子DI7的输入功能定义为0X24，是指在内部位置缓存器模式下，在搜寻原点时，此信号接通后伺服将此点位置设置为原点）。

P2-17=121（端子DI8设置为急停功能，接急停按钮;如果参数设置为021，则必须接常开按钮）;

P3-00=1（通訊站号）;

P3-01=00XX（波特率125K）;

驱动器的通讯站号与速率，用户须先行手动设定之后，再将驱动器断电并重新上电一次，此时驱动器才会以最新设定值运行。

P5-04=105（1代表极限动作时方向反转;0代表返回找Z脉冲，5代表反转直接寻找Z脉冲作为复归原点）。

当PLC执行原点复归指令时，伺服电机先正向旋转;当运动一段距离后触发ORG（原点），伺服电机停止运转，马上反向运转寻找Z脉冲，找到后立即停车。原点的接通信号是通过接近开关（或其它限位开关）接通后送至DI8端子，其公共端为COM-。

电子齿轮的设置是伺服控制最为重要的参数，参数调整的主要依据如下：伺服系统的减速机是20：1，代表伺服电机旋转20圈，丝杠转动一圈。丝杠的导程为：10mm，代表伺服旋转20圈，垂直方向运动的线圈运行10mm。则伺服电机运行一圈，线圈移动：10mm/20=0.5mm。伺服电机旋转一圈所需的脉冲数是：N（一般设置为整数，比如10000，则代表一个脉冲的位移是0.5mm/10000=0.05微米），位置指令=N*电子齿轮/电子齿轮分母，也就是伺服系统编码器的分辨率。ASDA-A2系统编码器分辨率为128000，也就是伺服系统旋转一圈最大脉冲数。电子齿轮比为128000/N。一般设置N为10000，所以128000/10000表示设置电子齿轮比分子为128，分母为10（不可以设置为小数）。

4 结语

将系统投入生产运行后，其控制精度达到±制精度，系统响应时间为100ms，生产过程中伺服控制系统运行平稳，因此完全能达到生产工艺要求。

收稿日期：2019-05-12

作者简介：董海英（1971—），女，内蒙古巴盟人，本科，副教授，研究方向：电气自动化。

Application Research of Delta Servo and PLC System in Electromagnetic Energy Equipment

DONG Hai-ying

（Baotou Vocational and Technical College， Baotou， Inner Mongolia 014030）

Abstract： This paper introduces the high-precision control of the AS300 series PLC system through the CANOPEN network to the servo controller， and realizes the precise position tracking control of the electromagnetic energy generating device. The article describes the hardware and software design of the system in detail， and the actual debugging operation proves that the system can meet the production process requirements.

Key words： Delta servo controller; PLC system; parameter setting