本文來源于:施家邦 工控邦
本文通過LXM28多圈電機位置溢出補償功能塊在M262和LMC078兩個伺服控制系統中不同的編程應用,展示了施耐德ESME和SoMachine全集成自動化編程軟件平臺的高性能,這兩款軟件在完美的支持了OEM PLC和Motion等設備的同時,還是一款能夠提供最佳解決方案的軟件,可用于開發、配置和調試機器控制器。
01.LXM28多圈電機的優勢
LXM28伺服電機的編碼器按圈數類型分為單圈和多圈兩種,其中,28S多圈電機通過電池可以在伺服斷電再上電后,保持住斷電前的位置,在一些不方便安裝原點開關的復雜的機械設備上,使用多圈伺服電機可以避免必須通過原點開關進行尋原點。另外,在一些因為特殊機械結構而導致尋一次原點需要很長時間的應用場合,多圈電機因為不用上電每次都尋原在從而提高了效率。
02.LXM28多圈位置溢出的分析
多圈伺服電機只向一個方向旋轉時,因為伺服位置的值是32位的,范圍為-2,147,483,648到2,147,483,647,電機旋轉的圈數經過一定時間的累積,伺服電機的編碼器位置值就會發生溢出。
03.多圈伺服電機位置發生溢出后再次上電電機位置不能保持的原因
LXM28S多圈伺服電機位置發生溢出后,PLC的程序會自動處理這種溢出,這樣,在不斷電源的情況下,PLC內部的浮點數形式的位置值在伺服電機的編碼器位置值發生溢出時也一直是正確的,但是如果將設備停機后斷電再次上電,就有可能發生斷電前的伺服電機的位置值和上電后位置值對應不起來的情況。
也就是說再次上電電機位置不能保持的原因是因為PLC斷電再重新上電后沒有對LXM28S的軸位置的溢出進行補償導致的。
當電機往一個方向轉動的圈數足夠大時,編碼器反饋的位置值將超過 DINT 的限制。溢出是發生在位置 2,147,483,647跳變到-2,147,483,648(正向),或者-2,147,483,648到2,147,483,647(反向)。
對于模數軸來說,伺服的位置值有一個變化周期 ,變化范圍:0~模值設定值。
例如:LXM28S的模值設置為120,軸配置的齒輪比后對應的每圈位置的是340用戶單位,齒輪箱的減速比分子GearIn為10,分母GearOut為1 ,如圖1所示。
圖 1 28S軸的配置
在伺服電機的位置溢出一次后,斷電前的軸位置(軸名稱.lrPosition)為43.6,如果不做補償,上電后的位置將在83.6左右,這樣,PLC上電后的位置值和斷電前的位置產生偏差,上電后PLC的浮點數的位置值和機械位置直接發生了移動,如果不做修正,機器的生產將因此而中斷。
04.LXM28S多圈位置溢出時補償值公式
我們需要根據多圈編碼器的溢出次數和軸機械相關的參數設置,包括減速機的減速比、電機每圈旋轉時對應的用戶單位,將補償值計算出來,在伺服斷電再上電后,從而實現在伺服電機沒有移動的情況下,斷電前后PLC的位置相同。
例:電機每圈旋轉時對應的用戶單位PositionResolution等于340,減速機的GearIn等于 1,減速機的GearOut等于10,則LXM28S伺服電機每圈走過的距離是340.0*10/1,而28伺服電機每圈的脈沖數在PLC中固定為131072,伺服位置變動范圍是:-2,147,483,648到2,147,483,647,即-16384圈*131072~16384圈*131072-1,也就是每次發生一次溢出需要補償32768圈對應的用戶單位,考慮溢出次數,我們得到補償值的計算公式如下:
其中:
GearIn 和GearOut:是齒輪箱的減速比的分子和分母;
PositionResolution:為伺服電機旋轉一圈對應位置值 ;
ModuloValue:模值;
MOD:將補償值轉換為模數軸位置值的示意符號。
05.多圈位置移動溢出位置補償的三種方法
通過選擇固定的減速比和模數值解決溢出問題
由補償值的計算公式可知,在一些特殊的條件下,可以不需要做補償,例如,恰當的選擇減速比,即減速機選型時,將減速比固定為2的n 次方,即4,8,16..,這樣32768除減速比就可以除盡,同時選擇合適的模數值,使每圈對應位置工程量PositionResolution是模值ModuloValued 整數倍,例如將每圈對應位置工程量和模數值都設為360,這樣補償值就始終為零。
這種方法可靠性最好,不需要在PLC中對溢出編寫程序進行修正,但是在實際工程項目中選擇減速箱的減速比為2的n次方往往因為機械速度、解決方案替換等的限制而變的不可行,模數值的選擇如果加上限制,在設計凸輪曲線時也會有很多不便之處。
通過驅動器的內部功能進行補償
通過伺服驅動器的內部功能,功能類似LXM32系列的Modulo功能,是將伺服本身32位變動范圍的位置值生成一個新的坐標系和新的位置值),使得新的回授位置不會產生溢出,而是保持一個范圍內的數據變化。Modulo軸的工作示意圖如圖2所示。當設置Modulo的設置值后,驅動器的位置變動范圍將變成0~3600.
圖2 Modulo參數功能示意圖
伺服位置值變動范圍修改為模數值乘以減速比的整數倍,每圈對應的工程量單位,一般也采用固定值360,這樣在程序中也不需要做補償,但是目前LXM28不支持此功能。
通過功能塊在PLC內部進行補償
如果機械不允許發生變化,或者根據工藝的變化需要使用不同的模數值,這時,可以通過創建功能塊并編寫程序來完成位置溢出的補償。
06.M262PLC系統中的LXM28S多圈位置溢出功能塊
在M262伺服控制系統中,采用的是第三種位置補償的方法,即:通過創建新的FB功能塊在PLC內部進行補償的方式。
(1)M262伺服控制系統中的工作過程
SERCOS通信工作正常后,根據配置的軸的機械參數(減速比、每圈對應的用戶單位等等機械參數),PLC會把讀取的伺服電機編碼器的位置值翻譯成以浮點數形式的軸的位置值。
無溢出時,FB功能塊的補償值為0。
有溢出時,FB功能塊計算出補償值,使設備斷電再上電后的PLC內部位置值與外部機械的位置值保持正確的對應關系。
(2)創建FB多圈位置溢出補償功能塊
打開EcoStruxure軟件,單擊【應用程序樹】→【Application】,選擇程序組織單元,如圖3所示。
圖 3 創建程序組織單元
創建名稱為【overflow_compensate】的FB多圈位置溢出補償功能塊,ST編程語言,如圖4所示。
圖 4 FB功能塊的創建