基于Beckhoff嵌入式PC控制器的步進電機群控系統(tǒng)設(shè)計

摘 要： 根據(jù)工業(yè)控制現(xiàn)場需要，提出了采用德國Beckhoff公司生產(chǎn)的嵌入式PC控制器及驅(qū)動模塊實現(xiàn)步進電機群控的設(shè)計方案。通過與PLC控制方案的對比，實踐表明，此控制系統(tǒng)具有硬件配置簡單、可靠性高、在線診斷維護更加方便的特點，對實現(xiàn)大量電機的控制有參考價值。

　　德國倍福(Beckhoff)公司作為專業(yè)的自動化設(shè)計和制造公司，生產(chǎn)一種基于工業(yè)PC機和PLC之間的嵌入式PC機。主要是針對需要帶有工業(yè)PC機特性和計算機的功能但又不打算購買整臺PC機的客戶而設(shè)計的。它很好地結(jié)合了工業(yè)PC機和硬件PLC的功能，并具有強大的運動控制功能和完善的人機界面（HMI），是一種導(dǎo)軌式的三位一體的多功能的控制器。由于它采用導(dǎo)軌式安裝、模塊化設(shè)計、多種現(xiàn)場總線通信方式以及多種功能模塊的搭配，使其在大量電機的控制系統(tǒng)應(yīng)用中，有著PLC無法具備的許多優(yōu)勢，如連接線路少、占用空間小等，再加上電機專用控制模塊和其具備的運動控制功能，使得整個控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單，運行可靠、高效。

　　本文在仔細(xì)研究Beckhoff嵌入式PC機及相關(guān)模塊性能的基礎(chǔ)上，通過大量的實驗，提出并驗證了步進電機群控的設(shè)計方案。

　　1 、控制系統(tǒng)硬件組成

　　1.1 控制系統(tǒng)概述

　　本控制系統(tǒng)作為一個分系統(tǒng)，受主控系統(tǒng)的指令調(diào)度，其控制對象為大量的步進電機。控制要求在指定時間段內(nèi)驅(qū)動若干電機將其不同的負(fù)載設(shè)備可靠地送到指定位置，完成不同的任務(wù)。由于整個系統(tǒng)龐大，電機數(shù)量眾多且分散，數(shù)據(jù)傳輸量巨大，要求該控制系統(tǒng)與主控系統(tǒng)之間采用工業(yè)以太網(wǎng)分層設(shè)計，使其具有極高的可靠性、開放性，并具有運行效率高維護方便的特點。

　　1.2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

　　整個控制系統(tǒng)分為6組，每組分為幾個電機數(shù)目不等的控制區(qū)域，圖1表明其中某一控制區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)控制拓?fù)洹？刂葡到y(tǒng)采用FCS（Fieldbus CONTROL System）控制架構(gòu)設(shè)計，控制器CX1020向下通過電機控制模塊KL2531/KL2541實現(xiàn)對底層電機的控制，向上則通過自身所帶的以太網(wǎng)模塊以及以太網(wǎng)交換機接入控制系統(tǒng)，現(xiàn)場控制中心通過控制服務(wù)器實現(xiàn)對被控設(shè)備的操作控制，完成系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備調(diào)度管理,通過網(wǎng)絡(luò)按照控制流程對設(shè)備進行控制。