SIMATIC S7-1200的運(yùn)動(dòng)控制方式有哪些？
所謂“運(yùn)動(dòng)控制（Motion Control）”，是指利用伺服系統(tǒng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的位置、速度等物理量進(jìn)行控制的過程。比如，控制機(jī)床的傳送帶及刀具以完成準(zhǔn)確的工件切割。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括：運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及編碼器等部件。運(yùn)動(dòng)控制器是具有運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC的CPU或?qū)ｉT的運(yùn)動(dòng)控制模塊；伺服驅(qū)動(dòng)器用來接收運(yùn)動(dòng)控制器的命令，并完成對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制；伺服電機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用來帶動(dòng)工藝軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；伺服電機(jī)內(nèi)置編碼器，可以將電機(jī)的位置反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器或運(yùn)動(dòng)控制器，從而形成閉環(huán)控制。
西門子SIMATIC S7-1200系列PLC的集成了運(yùn)動(dòng)控制功能，可以通過多種方式來控制伺服驅(qū)動(dòng)器。今天這篇文章，我們來談?wù)凷7-1200都有哪些運(yùn)動(dòng)控制方式。
對(duì)于固件版本大于等于V4.1的S7-1200的CPU，有三種控制伺服驅(qū)動(dòng)器的方法：
（一）PROFIdrive：PROFIdrive是一種基于PROFIBUS或PROFINET總線的驅(qū)動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，收錄于國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61800-7中。PROFIdrive定義了一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制模型，其中包含多種設(shè)備。設(shè)備之間通過預(yù)設(shè)的接口及報(bào)文進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這些報(bào)文被稱為PROFIdrive消息幀。每一個(gè)消息幀都有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)具體應(yīng)用，選擇不同的消息幀。通過PROFIdrive消息幀，可以傳輸控制字、狀態(tài)字、設(shè)定值及實(shí)際值。S7-1200基于PROFIdrive的運(yùn)動(dòng)控制示意圖如下：
上圖中，伺服電機(jī)內(nèi)置編碼器的信號(hào)可以有四種反饋方式：
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反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器；
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通過總線的方式直接反饋給CPU；
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連接到分布式工藝模塊，CPU通過總線來讀取數(shù)據(jù)；
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直接連接到CPU的高速計(jì)數(shù)器通道；
無論使用哪種方式，PROFIdrive都可以形成閉環(huán)控制；
（二）PTO方式：PTO的全稱是“Pulse Train Output”，也就是“脈沖串輸出”。運(yùn)動(dòng)控制器通過發(fā)送占空比為50%的脈沖串給伺服驅(qū)動(dòng)器來控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。以CPU1215C為例，它總共支持四路脈沖串輸出（Pulse1~Pulse4），每一路脈沖信號(hào)支持四種PTO方式，分別是：
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PTO（Pulse A and direction B，脈沖A和方向B）；
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PTO（Count up A and count down B，加計(jì)數(shù)A和減計(jì)數(shù)B）；
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PTO（A/B phase-shifted，A/B相移）；
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PTO（A/B phase-shifted- fourfold，A/B相移-四倍頻）；
如下圖：
其中，PTO（Pulse A and direction B，脈沖A和方向B）是比較常用的方式。該P(yáng)TO方式使用CPU的兩路輸出：一路（A）產(chǎn)生高速脈沖串，另一路（B）控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。通過控制脈沖串產(chǎn)生的頻率，可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
PTO方式可以是開環(huán)控制，也可以將電機(jī)的編碼器連接到CPU的高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行位置計(jì)數(shù)，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。S7-1200基于PTO的運(yùn)動(dòng)控制示意圖如下：
（三）模擬量方式：該方式以模擬量信號(hào)作為伺服驅(qū)動(dòng)器的給定信號(hào)，通過模擬量的信號(hào)變化來控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。以SINAMICS V90為例，它可以接受±10V的速度給定信號(hào)。我們可以使用S7-1200的信號(hào)板“AQ 1x12 BIT”來輸出±10V的電壓信號(hào)，通過將信號(hào)板輸出與V90的信號(hào)給定相連接，可以用模擬量的方式來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。
模擬量運(yùn)動(dòng)控制方式也必須形成閉環(huán)系統(tǒng)，可以使用高速計(jì)數(shù)器或者總線的方式將編碼器的信號(hào)反饋給CPU。S7-1200基于模擬量的運(yùn)動(dòng)控制示意圖如下：
好了，關(guān)于S7-1200的運(yùn)動(dòng)控制的方式就先介紹到這里。以后的文章我們將深入介紹每一種控制方式的具體內(nèi)容。