如何實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)上位控制？

工控行業(yè)所說的伺服，一般是交流伺服系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，在工程現(xiàn)場(chǎng)，我們所指的伺服是指伺服驅(qū)動(dòng)器。但是，伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服電機(jī)是不可分割的一套系統(tǒng)，聯(lián)系它們的是編碼器線纜和我動(dòng)力線纜。通常，伺服驅(qū)動(dòng)器接受控制器的控制指令，然后通過動(dòng)力線纜驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，而伺服電機(jī)的實(shí)時(shí)位置，通過編碼器線纜反饋至伺服驅(qū)動(dòng)器，形成閉環(huán)控制。很顯然，這種模式下，伺服驅(qū)動(dòng)器僅僅上充當(dāng)了放大器的角色，這是絕大部分伺服的工作模式，比如安川，富士，松下，三菱，臺(tái)達(dá)等等。

還有部分伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置控制器功能，可以在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，能實(shí)現(xiàn)電子凸輪，相位同步等等高級(jí)運(yùn)動(dòng)控制功能。主要以倫茨伺服為代表，另外丹佛斯，CT等等變頻器安裝運(yùn)動(dòng)控制卡件，也能實(shí)現(xiàn)此功能。

很顯然，本文討論的伺服電機(jī)上位控制，主要是第一種模式，也就是伺服驅(qū)動(dòng)器工作在放大器模式下，此時(shí)，充當(dāng)上位機(jī)的就是PLC,運(yùn)動(dòng)控制器以及數(shù)控系統(tǒng)。如果把伺服驅(qū)動(dòng)器比喻成發(fā)動(dòng)機(jī)，那么上位機(jī)就是一套高級(jí)的無人駕駛系統(tǒng)。無論采用哪種上位機(jī)，上位機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器一般采用脈沖和通訊兩種方式。

1脈沖方式

上位機(jī)通過發(fā)送脈沖到伺服驅(qū)動(dòng)器，來實(shí)現(xiàn)控制。在這種方式下，用脈沖頻率來控制速度，用脈沖個(gè)數(shù)來控制位置。同樣，伺服驅(qū)動(dòng)器也會(huì)發(fā)送脈沖數(shù)，來告訴上位機(jī)，伺服電機(jī)的位置和速度。

比如，我們約定伺服電機(jī)10000個(gè)脈沖旋轉(zhuǎn)一圈，那么，當(dāng)上位機(jī)發(fā)送10000個(gè)脈沖，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈，實(shí)現(xiàn)位置控制。如果上位機(jī)在一分鐘內(nèi)發(fā)完這10000個(gè)脈沖，那么伺服電機(jī)的速度就是1r/min,如果實(shí)在一秒鐘內(nèi)發(fā)完，那么伺服電機(jī)的速度就是1r/s，也就是60r/min。

低端PLC，數(shù)控系統(tǒng)，以及各種單片機(jī)系統(tǒng)一般都是采用這種模式，簡(jiǎn)單易行，成本低廉。很顯然，當(dāng)伺服軸數(shù)增加，這種控制方式的缺點(diǎn)就會(huì)顯現(xiàn)出來，上位機(jī)硬件成本會(huì)增加，配線會(huì)很復(fù)雜，而且現(xiàn)場(chǎng)EMC不好的話，脈沖極易丟失。所以，這種模式一般是在四軸一下，所以，大部分PLC的脈沖控制軸數(shù)都在兩軸或是三軸，極少部分PLC可以實(shí)現(xiàn)四軸。

2通訊方式

通訊方式就是專門為解決脈沖方式的不足而產(chǎn)生的，已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)，他把脈沖數(shù)和脈沖頻率通過通訊的方式，發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器，這種方式不但可以傳遞伺服電機(jī)的位置信息，還能傳遞各種狀態(tài)信息，比如伺服電機(jī)的電流，扭矩以及伺服驅(qū)動(dòng)器的故障代碼等等，很顯然，當(dāng)軸數(shù)多的時(shí)候，這種方式的優(yōu)勢(shì)不言而喻。

由于運(yùn)動(dòng)控制的特殊性，所以不同的廠家都推出自己的運(yùn)動(dòng)控制總線，既有開放的，也有封閉的，比如CANopen，以及在此基礎(chǔ)上開發(fā)的CANmotion和CANlink，MECHATROLINK-II，CCLink等等。隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于以太網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)控制總線也應(yīng)運(yùn)而生，比如EtherCAT,ProfinetNet，MECHATROLINK-III等等。還有基于光纖的SERCOS，SSCNETⅢ/H等等。

雖然通訊的形式繁多，但他們解決的一般都是實(shí)時(shí)性問題，因?yàn)閷?duì)于運(yùn)動(dòng)控制來說，實(shí)時(shí)性是非常重要的。從應(yīng)用開發(fā)的角度來說，脈沖和通訊是沒有區(qū)別的，只是信號(hào)傳遞的形式發(fā)生了變化。