基于S7-1500 的升降平台伺服控制系统设计
时间：2023-08-16 04:24:00
基于S7-1500 的升降平台伺服控制系统设计一文创作于：2023-08-16 04:24:00，全文字数：12784。
基于S7-1500 的升降平台伺服控制系统设计也是必不可少的，其主要就是AC-DC-AC 的过程，以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路来实现。而在控制设计上，设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置三闭环控制算法，该算法中速度闭环设计至关重要，对于整个伺服控制系统的各项控制性能的发挥起到了重要作用。选择西门子的6SL3210-5FВ11-0U 型伺服驱动器，供电电源电压为200～240VAC，额定功率1KW，输出 6.3 A，0-330 Hz，防护等级：IP20 尺寸 D，95×170×195（宽×高×深）。
2 系统软件设计
■2.1 系统软件框架
PLC 的软件系统的控制方式属于存储程序控制，其对运动控制功能的实现是通过预先根据要求编辑好并存放在存储器内的程序来实现的。在现代工业生产现场的控制大多数为顺序控制任务，在这里的基于PLC 的升降平台的控制，也可以通过顺序和步进控制来实现。西门子有专门编程软件，与很多操作系统能够兼容，可进行远程编程、诊断或数据传输等，还可以利用网页等进行便捷的监控等。
根据设计需求，搭建了如图3 所示的系统软件框架包括三个部分：触摸屏为上位机软件载体，在触摸屏中可设置控制高度、最低高度、最大高度、查看系统工装状态等；S7-1500 型PLC 用于产生伺服驱动器脉冲，检测开关状态、计算控制高度，以产生相应频率与时间的PWM 波；伺服驱动器用于接收PLC 产生的PWM 波形，并将波形进行细分，以实现伺服电机的微细步进。
图3 系统软件框架
■2.2 基于WINCC 的界面设计
如图4 所示，选择西门子6AV2 124-0MC01-0AX0 精智面板触摸屏，显示屏尺寸为12.1寸，像素为1280×800，16M 色；支持MRP 和RT/IRT 的PROFINET/工业以太网接口（2 个）；2个多媒体卡插槽；3 个USВ 插槽。设计的WINCC 界面中，“打开系统”按钮用于启动上位机，其右侧指示灯为蓝色，否则为红色；通信状态指示等用于指示上位机与PLC 的通信状态是否正常，若正常则为蓝色，否则为红色；运行情况指示灯用于检测系统的运行状态，正常运行时为蓝色，否则为红色；驱动器状态指示灯用于检测驱动器状态，驱动器正常为蓝色，否则为红色；最低高度、控制高度和最大高度可编辑文本框用于编辑高度控制信息；最低速度、控制速度和最大速度可编辑文本框用于编辑伺服电机控制速度信息；通过“发送信息”按钮将高度和速度设置参数传递给控制器，若发送成功，则发送成功指示灯显示为3s 的红色后转为蓝色显示，否则一直显示红色；位置监控绘图框用于绘制控制高度和机构当前运行高度曲线，便于用户查看伺服电机升降情况；速度监控绘图框用于绘制伺服电机运行速度曲线，便于用户查看伺服电机运行速度变化。
图4 基于WINCC 的界面设计
3 试验调试分析
设置系统从当前500mm 高度上升至1500mm 高度，伺服电机最低速为0mm/s，最大速度为150mm/s，控制速度为100mm/s，得到12s 时间范围内位置跟踪情况如图5 所示。可知在1500mm 的阶跃信号激励下，伺服电机带动货物托架逐渐上升至控制高度，从曲线变化上看，电机在上升过程中有轻微震颤，但总体控制效果良好，跟踪精度较高。系统在8.5s左右时达到控制高度1500mm，并趋于稳定，稳态误差很小，满足生产需要。
图5 高度变化曲线
图6 速度变化曲线
得到12s 内的速度变化情况如图 6 所示，可知在0～4s时间内，伺服电机的运行速度逐渐加快至最大值，与高度变化曲线在该时间段内的变化率逐渐增大相对应，在4～8s时间内伺服电机的速度逐渐减小至0，与高度变化曲线在该段时间内的变化率逐渐减小相对应。在8s 后伺服电机的速度逐渐稳态于0m/s 至设计最小速度值。
4 结束语
研制了一种基于S7-1500的升降平台伺服控制系统，系统以S7-1500 型PLC 为控制核心，PLC 连接伺服驱动器驱动伺服电机运行，伺服电机上安装圆柱形斜齿轮与齿条柱组成齿轮齿条传动，从而实现了装置的自动升降功能。基于西门子WINCC 界面设计系统，设计了系统控制上位机，可设置伺服电机的控制高度和控制速度等参数，并发送至PLC，在伺服电机运行过程中可实时观测伺服电机的高度和速度变化曲线。经试验调试结果表明系统运行稳定，实现了传送装置自动升降伺服控制。
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