PLC和伺服驱动技术是现代控制技术中的两项关键技术。PLC又称可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计。它采用一类编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟量的输人和输出控制各种类型的机械或生产过程。伺服驱动技术是伺服电机利用自带的旋转编码器反馈信号给伺服驱动器，伺服驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子的角度，从而达到精确控制旋转角度的技术。文中项目正是在这两项技术相结合的基础上开发出来的。
1 伺服驱动填充系统的组成和工作过程
该系统由螺杆泵(NM021 BO02S12B)、电气控制系统、托盘驱动系统、空气压缩机、可移动柜体和三路启动填充阀组成。
工作过程如下:在非填充时间段，减速电机带动螺杆泵旋转，物料通过回流管道返回料斗;在填充时间段，首先通过安装在盘子下面的接近开关找到旋转盘转动的起始位置(即零点位置)，PLC控制的伺服控制器驱动伺服电机(放在柜子里面)旋转，从而带动旋转盘转动到合适位置时停止，等待填充。此刻空气压缩机(放在柜子里面)压缩空气打开填充阀，物料通过填充阀进人量杯(3只等角度放置)，填充完毕后，旋转到下一个工位等待填充。通过触摸屏设定填充量和泵的旋转速度。
2 伺服驱动填充系统的电气原理及其控制原理
伺服驱动填充系统的电气控制图，5个空气开关QF0，QF1，QF2， QF3，QF4分别控制总电源、泵电机、伺服电机、触摸屏和空气压缩机的电源。接触器KM1和KM2分别控制变频器，空气开关和伺服驱动器的得失电。此外，电路中还加了4个继电器KA1，KA2，KA3和KA4。其中KAI控制接触器KMI即变频器得失电，KA2控制接触器KM2即伺服驱动器的得失电，KA3控制填充阀门的开闭，KA4控制变频器的起停即泵电机的运转和停止。变频器的端口AL+和AL-接PLC的M和I端口，负责变频器的频率给定;变频器端口AFM和AL-接PLC的M和A+端口，负责变频器的频率反馈。此外，电路中还设计了220 V交流电转24 V直流电的转换器，以给零位开关、旋转编码器和触摸屏供电。
3 PLC程序设计
3.1 PLC的硬件连接图和输出输入点分配
PLC的输人、输出点各有11个，其中有数字量输出点9个，模拟量输出点2个。现选择西门子公司的S7-200 CN型PLC (16点输人/16点输出)，其I/O端口接线。
其中旋转编码器、零点接近开关、伺服备妥、伺服报警、定位完成、Z相脉冲以及变频故障和紧急停车作为PLC的数字量输人;数字量输出有脉冲输出、方向给定、伺服使能、脉冲清零、变频得电、变频启动、伺服上电、阀门开关等。模拟量输出为变频给定和变频反馈。
3.2 PLC程序设计
在程序设计中，关键是如何控制由伺服驱动器控制的伺服电机精确旋转和控制填充量的问题。伺服电机精确旋转是通过西门子S7-200的程序模块PTO设定运动包络线来控制。通过调用程序模块PTO，将伺服电机旋转一周分成1 024个脉冲，这样每一个脉冲伺服电机旋转0.350，通过计数器，当脉冲累计个数达到3 333 , 6 666和10 000时，伺服电机停止转动，填充阀打开开始填充，虽然有一个脉冲的误差，但可以忽略不计。为了防止累计误差的出现，每次旋转盘回零点时计数器都会清零。通过在电机上安装旋转编码器，利用PLC的高速计数脉冲读出电动机的旋转圈数，再利用泵的排量计算出脉冲当量，通过与上位机设定的值进行比较来控制填充阀的开闭，即可精确控制填充量。根据要求，减速电机每转一圈需要1 024个脉冲，每圈的排量是27.5mL，电机和泵的减速比是8.91，通过给减速电机加装旋转编码器，利用西门子S7-200的高速计数器读出脉冲数量，算出脉冲当量(即一个脉冲泵所排出的量)，当通过上位机给出要填充的量时，通过程序设计用这个量除以脉冲当量，和高速计数器读出的实际脉冲数量进行比较，以此作为控制填充阀开启关闭的条件，就可以精确控制填充量了，而不受变频器频率(减速电机转速)的影响。
伺服电机旋转定位程序图、脉冲计数程序图和脉冲当量计算程序图、填充量控制。
3.3 伺服驱动填充系统的界面设计
自动工作界面和参数设置界面，在参数界面分别设定填充量、填充数量和填充速度等参数。在自动工作模式下，点击自动启动按钮，填充自动运行;点击自动停止按钮，则填充停止。电机停止按钮和电机启动按钮分别控制减速电机的停止和启动。
4 实际调试中所要注意的问题
第一个要注意的问题是由于旋转盘和伺服电机的转动惯量不匹配导致旋转盘工作过程中出现抖动。解决的办法有两种:(r>在何服电机和旋转盘之间加上减速器，这种方式成本高，而且要有一定的安装空间;(2)配合调节伺服驱动器的参数，如位置控制比例增益P2-00(初始值为35)、速度控制增益P2-04(初始值为500)和伺服电机的负载惯量比P1-37，以及在旋转盘下加装塑料垫圈增加阻力的方法能很好地解决上述问题。
第二个要注意的问题是系统调试中的干扰问题。由于柜体操作空间比较小，各个电气元件比较集中，特别是变频器和伺服驱动器对信号的干扰比较大，严重干扰电脑和PLC的通信，使调试程序出现困难。将所有的通信线都换成屏蔽线，然后接地，是一种很好的解决办法。
5 结束语
整个设备的硬件和软件调试完毕后，试运行，填充量误差都在允许的范围之内，取得了圆满成功。
(审核编辑: 智汇张瑜)
