一種基于S7-200 PLC的位置控制器研究設計

　　對于由伺服電機帶動(dòng)的旋轉物體進(jìn)行位置控制，通常采用套軸式的電磁旋轉變壓器加復雜的處理電路來(lái)實(shí)現角度的編碼，再由角度編碼進(jìn)行位置的閉環(huán)控制。上述的位置控制多用于測角精度要求高的場(chǎng)合中，設備構成復雜、成本較高。在某些實(shí)際應用中，需要進(jìn)行較為簡(jiǎn)單的位置定位。比如在一個(gè)由伺服電機帶動(dòng)的機械機構需要在360°的旋轉范圍內進(jìn)行4個(gè)或多個(gè)檔位的定位，實(shí)際應用中像建筑行業(yè)中控制閥門(mén)的大小來(lái)對給水量、水泥量、沙石量進(jìn)行控制或軍工工程控制，這樣的定位控制精度要求不高，采用上述的方法進(jìn)行位置控制顯然不夠經(jīng)濟，成本過(guò)高。

　　PLC(Programmable Logic Controller)在工業(yè)控制中應用廣泛。其高可靠性、高穩定性、友好的編程環(huán)境以及輔以觸摸式人機界面，使得各種工業(yè)控制更方便直觀(guān)、經(jīng)濟可靠。這里主要闡述了基于S7-200PLC實(shí)現位置控制方法。

　　1 系統硬件設計

　　該系統是以PLC控制器為核心的位置控制系統，包含伺服電機、光電編碼器、操作及顯示屏、上位計算機、伺服電機控制電路和狀態(tài)返回電路。其硬件總體結構框圖如圖1所示。

　　1．1 S7-200 PLC

　　該系統設計核心部件采用西門(mén)子S7-200系列的PLC，該系列PLC功能豐富，具有多種功能模塊，可方便通過(guò)人機界面對設備進(jìn)行操作和監視其狀態(tài)，高版本的PLC主機擁有2個(gè)通訊端口，在使用人機界面對設備進(jìn)行操作的同時(shí)還可通過(guò)RS-485接口和計算機實(shí)現邏輯運算及狀態(tài)管理，對設備進(jìn)行遠程控制和監視。該系統使用S7-200 PLC的一個(gè)重要的功能：高速可逆計數。光電編碼器和伺服電機同軸連接，伺服電機旋轉帶動(dòng)光電編碼器產(chǎn)生連續的脈沖串，PLC通過(guò)輸入點(diǎn)讀取光電編碼器產(chǎn)生的脈沖，實(shí)現高速可逆計數。例如設置高、中、低3個(gè)給水量檔位并進(jìn)行控制。在調試階段應先驅動(dòng)伺服電機進(jìn)行3個(gè)給水量的位置標定，也就是說(shuō)，高、中、低3個(gè)檔位分別對應唯一的脈沖數。應該注意的是，由于采用的是增量式光電編碼器，也就是說(shuō)，當編碼器掉電后并不能將當前的脈沖數保存。所以在旋轉機構上還要設置2個(gè)限位開(kāi)關(guān)，一來(lái)保護機械結構；二來(lái)把逆向的限位開(kāi)關(guān)的位置定為零位，這樣相對于這個(gè)零位的高、中、低3個(gè)給水檔位從光電編碼器讀到的脈沖數即為這3個(gè)檔位的位置。這3個(gè)位置可通過(guò)PLC編程對其控制。圖2給出S7-200 PLC高速可逆計數器的時(shí)序圖。