伺服电机驱动中高速单脉冲隔离转换模块等效替换电路的设计

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1、伺服电机驱动中高速单脉冲隔离转换模块等效替换电路的设计伍水梅（广东省国防科技技师学院，广东广州510510）摘要：目前大多院校里配置的都是三菱系列PLC系统，但进行西门子系列的学习时需重新进行配置，增加了成本.在本文根据三菱系列和西门子系列两种PLC系统的工作原理和特点，对两种系列PLC系统对电机驱动方面进行了分析研究，设计制作出了高速单脉冲隔离转换模块的等效替换电路，实现了使用三菱系列伺服控制器替代西门子系列伺服控制器驱动伺服电机.试验表明，该等效替换电路能够满足系统的控制要求，制作和使用简单，成本低

2、.使用该替换电路，学习者可以只购买西门子S7-200PLC-CPU，与原有的三菱伺服驱动系统配套进行研究学习，能够使设备得到最大程度的应用..jyqkm，所以伺服电机驱动在自动控制系统中应用广泛，特别是在传动领域中已占有领先地位.伺服电机的驱动是用伺服控制器来控制的，所以要使伺服电机精确运转，必须有一个与之相匹配的伺服控制器[6，8].不同系列伺服控制器的PLC-CPU有所不同，主要是各自的输出控制电流流向不一样，不能使用S7-200PLC的CPU直接驱动三菱伺服控制器，通常需要在两者间加一个高速单脉冲

3、隔离转换模块.但试验表明，即使采用高速单脉冲隔离转换模块，控制系统的精度也不高，而且该转换模块价格也高.因此，本文以三菱系列和西门子系列的伺服控制器PLC-CPU为研究对象，研究其驱动伺服电机时所用的高速脉冲隔离转换模块的等效替换电路，实现对伺服电机的精确控制.1以高速脉冲隔离转换模块组成的控制系统的分析1.1西门子S7-200PLC系列的CPU选型西门子S7-200PLC系列属于小型PLC自动化系统，型号包括221、222、224、224XP、224XPSI和226等系列.它有14个数字量输入，10个

4、数字量输出，模拟电位器2个；电源电压DC24V/AC100-230V，输出最小电压DC20V；既可接漏型，也可接源型[8].这里说的漏型，是指输入信号由PLC内部提供，所有输入信号的一端汇总到输入公共连接端的输入方式，也称为“汇点输入”.而源型是指由外部提供输入信号电源或使用PLC内部给输入回路的电源，全部输入信号为“有源”信号，并独立输入PLC的输入连接形式.日系的PLC伺服控制器大多输出为NPN型，也就是低电平有效，而西门子的所有型号中除了S7-224XPSI外大都是PNP型的，即高电平有效[10]

5、.从拓展模块及输入/输出考虑，本文采用了224.1.2三菱伺服控制器选型在本控制系统中选用三菱公司的MR-J2S-10A1伺服控制器.该控制器主要有位置控制、速度控制、转矩控制三种模式[11].本文主要采用位置控制模式，也就是通过高速脉冲串控制电机的速度和方向，其位置控制的分辨率达到131072脉冲/转.电源采用AC200～230V，50/60Ｈz或单相AC110V，50/60Ｈz，提供的脉冲串形式可以是两路都为脉冲的形式，也可以是一路为脉冲，另一路为方向的形式，本控制系统以实现工作台的往返为主，因此选

6、择第二种，一路为脉冲，另一路为方向的脉冲驱动方式.1.3高速单脉冲隔离转换模块的选型由于S7-200PLC的224系列为源型输入，具PNP晶体管输出特性，而大部分的三菱PLC均属于漏型，两者在电流方向上是相反的，若直接驱动三菱伺服控制器，电机肯定不能正常运转.为解决这个问题，两者间必须加一个高速单脉冲隔离转换模块.该模块的主要功能是抗干扰，提高信号质量，保证信号正常输出；同时具有信号隔离、分配、转换功能.PLC控制设备加装该设备后，两种设备的信号得以匹配，使西门子的CPU输出信号正常传到三菱伺服控制器，

7、对伺服电机进行准确控制.通过参数核定，最后选取高速单脉冲隔离转换模块HSZ04H，如图1所示.1.4控制系统的试验情况将S7-200PLC224、三菱公司的MR-J2S-10A1伺服控制器和高速单脉冲隔离转换模块HSZ04H组成伺服控制系统，并进行伺服电机的控制试验.当将编写好的程序输入S7-200PLC-CPU，正确安装CPU224、高速单脉冲隔离转换模块、三菱伺服控制器和伺服电机间的接线，实际运行时发现高速单脉冲隔离转换模块对CPU224的输出频率有一定影响，伺服电机转速不稳定，有失真现象.当频率过

8、高时，CPU224输出大量脉冲，伺服控制器出错，提示错误参数16，手动时伺服电机可正常运行，自动时卡死；将CPU清空，重新下载，现象不变，检查电机接线，参数重新设置均不能妥善解决.考虑该故障可能与高速单脉冲隔离转换模块有关，且该模块在本控制系统中安装不便，使用过程中经常松动，造成系统运行不顺.因此，需研制一个能替换高速单脉冲隔离转换模块并且能解决以上问题的等效电路.2等效电路的研制2.1电压、电流的取决要实现高速单脉冲隔离转换模块的电流替换