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(dǎo)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(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(gòu)簡單堅固、容易維護,、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量可以設(shè)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(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)動器及伺服電機構(gòu)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(chǔ)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(dāng)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(gòu)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(shè)置
在伺服驅(qū)動器的前面板上設(shè)置單元號（no.）為0，增益調(diào)整（gain,，調(diào)整電機響應(yīng)性）為4,，功能設(shè)定開關(guān)全部打在off位置。按照技術(shù)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),。

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(shè)定開關(guān)
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(shè)定開關(guān),，分別是單元號和工作模式的設(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(fù)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(guān),，具體功能和含義請參考相關(guān)手冊[2],。這里以工作模式0為例，除7號開關(guān)外，其余設(shè)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(guān)系詳見有關(guān)技術(shù)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(yīng)關(guān)系,，這里設(shè)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(dāng)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(guān)7～9設(shè)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(shè)置值寫入內(nèi)存dm區(qū)域，實例中需要設(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是擴展數(shù)據(jù)區(qū)域的設(shè)置;ir區(qū)域則通過編程進行設(shè)定。

附表 數(shù)據(jù)區(qū)域分配
程序設(shè)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(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(shè)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(shù)手冊?，F(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(shè)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(shè)計復(fù)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(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。