PLC和伺服驅動技術是現代控制技術中的兩項關鍵技術。PLC又稱可編程邏輯控制器，是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境應用而設計。它采用一類編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬量的輸人和輸出控制各種類型的機械或生產過程。伺服驅動技術是伺服電機利用自帶的旋轉編碼器反饋信號給伺服驅動器，伺服驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子的角度，從而達到精確控制旋轉角度的技術。文中項目正是在這兩項技術相結合的基礎上開發出來的。

1 伺服驅動填充系統的組成和工作過程

　　該系統由螺桿泵(NM021 BO02S12B)、電氣控制系統、托盤驅動系統、空氣壓縮機、可移動柜體和三路啟動填充閥組成。

　　工作過程如下:在非填充時間段，減速電機帶動螺桿泵旋轉，物料通過回流管道返回料斗;在填充時間段，首先通過安裝在盤子下面的接近開關找到旋轉盤轉動的起始位置(即零點位置)，PLC控制的伺服控制器驅動伺服電機(放在柜子里面)旋轉，從而帶動旋轉盤轉動到合適位置時停止，等待填充。此刻空氣壓縮機(放在柜子里面)壓縮空氣打開填充閥，物料通過填充閥進人量杯(3只等角度放置)，填充完畢后，旋轉到下一個工位等待填充。通過觸摸屏設定填充量和泵的旋轉速度。

2 伺服驅動填充系統的電氣原理及其控制原理

　　伺服驅動填充系統的電氣控制圖，5個空氣開關QF0，QF1，QF2， QF3，QF4分別控制總電源、泵電機、伺服電機、觸摸屏和空氣壓縮機的電源。接觸器KM1和KM2分別控制變頻器，空氣開關和伺服驅動器的得失電。此外，電路中還加了4個繼電器KA1，KA2，KA3和KA4。其中KAI控制接觸器KMI即變頻器得失電，KA2控制接觸器KM2即伺服驅動器的得失電，KA3控制填充閥門的開閉，KA4控制變頻器的起停即泵電機的運轉和停止。變頻器的端口AL+和AL-接PLC的M和I端口，負責變頻器的頻率給定;變頻器端口AFM和AL-接PLC的M和A+端口，負責變頻器的頻率反饋。此外，電路中還設計了220 V交流電轉24 V直流電的轉換器，以給零位開關、旋轉編碼器和觸摸屏供電。

3 PLC程序設計

　　3.1 PLC的硬件連接圖和輸出輸入點分配

　　PLC的輸人、輸出點各有11個，其中有數字量輸出點9個，模擬量輸出點2個。現選擇西門子公司的S7-200 CN型PLC (16點輸人/16點輸出)，其I/O端口接線。

　　其中旋轉編碼器、零點接近開關、伺服備妥、伺服報警、定位完成、Z相脈沖以及變頻故障和緊急停車作為PLC的數字量輸人;數字量輸出有脈沖輸出、方向給定、伺服使能、脈沖清零、變頻得電、變頻啟動、伺服上電、閥門開關等。模擬量輸出為變頻給定和變頻反饋。

　　3.2 PLC程序設計

　　在程序設計中，關鍵是如何控制由伺服驅動器控制的伺服電機精確旋轉和控制填充量的問題。伺服電機精確旋轉是通過西門子S7-200的程序模塊PTO設定運動包絡線來控制。通過調用程序模塊PTO，將伺服電機旋轉一周分成1 024個脈沖，這樣每一個脈沖伺服電機旋轉0.350，通過計數器，當脈沖累計個數達到3 333 , 6 666和10 000時，伺服電機停止轉動，填充閥打開開始填充，雖然有一個脈沖的誤差，但可以忽略不計。為了防止累計誤差的出現，每次旋轉盤回零點時計數器都會清零。通過在電機上安裝旋轉編碼器，利用PLC的高速計數脈沖讀出電動機的旋轉圈數，再利用泵的排量計算出脈沖當量，通過與上位機設定的值進行比較來控制填充閥的開閉，即可精確控制填充量。根據要求，減速電機每轉一圈需要1 024個脈沖，每圈的排量是27.5mL，電機和泵的減速比是8.91，通過給減速電機加裝旋轉編碼器，利用西門子S7-200的高速計數器讀出脈沖數量，算出脈沖當量(即一個脈沖泵所排出的量)，當通過上位機給出要填充的量時，通過程序設計用這個量除以脈沖當量，和高速計數器讀出的實際脈沖數量進行比較，以此作為控制填充閥開啟關閉的條件，就可以精確控制填充量了，而不受變頻器頻率(減速電機轉速)的影響。

　　伺服電機旋轉定位程序圖、脈沖計數程序圖和脈沖當量計算程序圖、填充量控制。

　　3.3 伺服驅動填充系統的界面設計

　　自動工作界面和參數設置界面，在參數界面分別設定填充量、填充數量和填充速度等參數。在自動工作模式下，點擊自動啟動按鈕，填充自動運行;點擊自動停止按鈕，則填充停止。電機停止按鈕和電機啟動按鈕分別控制減速電機的停止和啟動。

4 實際調試中所要注意的問題

　　第一個要注意的問題是由于旋轉盤和伺服電機的轉動慣量不匹配導致旋轉盤工作過程中出現抖動。解決的辦法有兩種:(r>在何服電機和旋轉盤之間加上減速器，這種方式成本高，而且要有一定的安裝空間;(2)配合調節伺服驅動器的參數，如位置控制比例增益P2-00(初始值為35)、速度控制增益P2-04(初始值為500)和伺服電機的負載慣量比P1-37，以及在旋轉盤下加裝塑料墊圈增加阻力的方法能很好地解決上述問題。

　　第二個要注意的問題是系統調試中的干擾問題。由于柜體操作空間比較小，各個電氣元件比較集中，特別是變頻器和伺服驅動器對信號的干擾比較大，嚴重干擾電腦和PLC的通信，使調試程序出現困難。將所有的通信線都換成屏蔽線，然后接地，是一種很好的解決辦法。

5 結束語

　　整個設備的硬件和軟件調試完畢后，試運行，填充量誤差都在允許的范圍之內，取得了圓滿成功。