西门子6ES7231-7PC22-0XA0规格说明
交流伺服的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，运转平稳，被广泛采用。
调试方法：
1、接线
将控制卡断电，连接控制卡与伺服之间的信号线。以下的线是必须要接的：控制卡的模拟量输出线、使能信号线、伺服输出的编码器信号线。复查接线没有错误后，电机和控制卡（以及pc）上电。此时电机应该不动，可以用外力轻松转动，如果不是这样，检查使能信号的设置与接线。用外力转动电机，检查控制卡是否可以正确检测到电机位置的变化，否则检查编码器信号的接线和设置
2、试方向
对于一个闭环控制系统，如果反馈信号的方向不正确，后果肯定是灾难性的。通过控制卡打开伺服的使能信号。这是伺服应该以一个较低的速度转动，这就是传说中的“零漂”。一般控制卡上都会有抑制零漂的指令或参数。使用这个指令或参数，看电机的转速和方向是否可以通过这个指令（参数）控制。如果不能控制，检查模拟量接线及控制方式的参数设置。确认给出正数，电机正转，编码器计数增加；给出负数，电机反转转，编码器计数减小。如果电机带有负载，行程有限，不要采用这种方式。测试不要给过大的电压，建议在1v以下。如果方向不一致，可以修改控制卡或电机上的参数，使其一致。
3、抑制零漂
在闭环控制过程中，零漂的存在会对控制效果有一定的影响，好将其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飘的参数，仔细调整，使电机的转速趋近于零。由于零漂本身也有一定的随机性，不必要求电机转速为零。
伺服电机本身具备发出脉冲的功能，伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，又收了多少脉冲回来，这样，就能够很jingque的控制电机的转动，从而实现jingque的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
电机产品种类繁多，根据型号、规格、功率、轴伸、绝缘、编码器、转速开关、热敏元件、加热带等参数的不同可划分出各种各样电机。为了简单的划分电机产品，一方面，按照行业惯例，将电机分为大型电机、中小型电机和微型电机；另一方面，按照电机专用性将电机分为普通标准电机和特殊专用电机。
这两种负载都要正确地计算，其值应满足下列条件:
为生产行业提供了一个佳平台，可以说电机是整个机械控制系统的总指挥，传统的控制系统以反应灵敏度差，运转速度慢等众多的缺点而渐渐的被电机市场所淘汰，新一代伺服电机的问世为电机行业给电机行业带来了巨大的革新，伺服电机将电脉冲信号转变为角位移或者线位移控制步件，在运行的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当伺服驱动器接收到一个脉冲信号，控制系统简单、转速幅度均匀。
高速伺服电机的一端，一般有一个散热风痢，在另一端也许会有一个测转速用的磁钢或测速环在拆卸散热风扇叶与磁钢或测速环时一定要小心翼翼，不能把风扇的崩叶、测速磁钢碰坏。要在风扇轴套或在磁钢轴套与轴之间也傲一个记号，以便修理完毕后可以按原来的标记位置安装因为高速电机的动平衡试验是带着扇叶或测速环(测速磁钢)作的，组装时，必须按拆卸时的记号组装这一点在一般电机修理中是无关紧要的小事，在高速电机的修理中可事关大局。因为一旦损坏测速环或风扇片.或段有按记号组装，其它部分修理得很好.组装之后，在高速运行时也可能会引起整机的不平衡振动。
伺服电机的应用范围非常广泛，覆盖生产生活的各个方面，不同的电机应着不同的功能要求而出现。机床、轧钢机、鼓风机、印刷机、水泵、抽油机、起重机、传送带、生产线等设备上大量使用；高层建筑的、滚梯由电动机牵引，宾馆自动门、旋转门也靠电动机驱动；电动汽车由电机驱动；医疗设备中的心电机、x光机、ct、牙科手术工具、渗析机、呼吸机、电动轮椅等等，也都离不开电动机作为动力。
1 引言
传统的供水系统采用节流阀控制水liuliang来满足现场的水量要求，这种方式容易造成管路压力波动过大，维护费用增高，十分浪费电能。以51单片机为CPU的智能型变频调速恒压供水控制器受到了人们的广泛关注，以单片机为CPU的恒压供水控制器的可靠性和抗干扰能力仍有待tigao。现代自来水厂中先进仪表和设备的大量应用对其控制系统的稳定性和可靠性提出了越来越高的要求，大多数制水厂均采用集散控制系统方案来实现。特别是随着近年来半导体技术、网络技术、软件技术等高新技术的发展，使得PLC技术和现场总线技术都得到迅速tigao，向着更开放化、标准化、集成化的方向发展[2][3]。本文采用RockwellAutomation的ControlLogix系列PLC、SLC系列PLC、变频器及相应软件设计了一个恒压供水模型监控系统。文中详细介绍了系统架构、设计思路及PID闭环控制，并用软件给出了优PID整定参数。
2 系统组成及控制原理
恒压供水模型监控系统组成如图1所示。
图1 系统框图
所谓恒压供水，就是采用电机调速装置控制泵组调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网压力变化时达到稳定供水压力和节能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统任意设定供水压力值，与总管反馈的实际压力，进行PID调节后控制调速装置，以调节水泵机组的运行速度，从而调节系统的供水压力，即所谓的“变量恒压”概念。恒压供水技术采用的调速装置，基本上都是变频调速器。用变频器控制水泵向管路供水，由水压传感器反馈信号与水压设定值在变频器中构成闭环，以保水泵供水压力恒定，是目前好的方法。
系统采用两台160SSC变频器分别控制两台电动机，以供水管的压力作为反馈信号，根据压力值进行PID调节及闭环控制(见图2)，实现恒压供水。具体过程如下:压力传感器将水的压力信号转换为4～20mA的电流信号，SLC5/05的模拟量输入模块获得这个电流信号后，将其转换为数字量交给处理器，由处理器交给PID程序处理。程序将PID调节的输出通过DeviceNet传给160SSC的控制端口，改变变频器的输出，从而改变电机转速。此时水循环回路中的水压随之发生变化，压力传感器采集到这些变化，交给处理器，由此实现闭环控制，使水压稳定在设定值附近，实现恒压供水。
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图2 闭环控制系统框图
系统通过EtherNet、DeviceNet及RS232连接计算机、ControlLogix5550、SLC5/05、160SSC变频器等设备，运用RSLinx、RSNetWorxforDeviceNet及RSView32等软件组态系统人机界面，实现远程监控。系统以压力传感器测量水压，将测量值反馈给SLC5/05模拟量输入模块，在两个水箱中各有一个浮球继电器，用于判断水位是否高出预设位置，并由此建立系统报警记录。
3 系统硬件设计
系统硬件主要包括:ControlLogix5550、SLC5/05、DeviceNet、160SSC等。系统原理如图1所示。
PC1通过EtherNet访问到ControlLogix5550(由其1756ENET/A模块接入EtherNet)，通过其1756DNB/A扫描模块接入DeviceNet，进而访问SLC5/05，实现远程监控;PC2通过设备网RS-232-C个人计算机接口1770KFD直接接入DeviceNet，实现就地控制。
3.1 ControlLogix5550控制器
ControlLogix是A-B公司新一代PLC产品，其强大的网络组态功能为EtherNet/DeviceNet/DH+/RemoteI/O/DF1等多种网络的互连提供了极大的方便，它把这些网络的扫描模块集中到同一架构的不同插槽上，由一台控制器来统一管理，不同网络中的节点地址由不同网络的扫描模块决定。
系统中CotrolLogix用作网关。ControlLogix的1756DNB/A模块和SLC5/05的1747SDN模块是不同控制器对应的设备网扫描模块，它们工作原理近似。它们通过网络与DeviceNet的现场设备进行通信，即从设备读入数据、输出数据到设备、下载组态数据和监视设备运行状态等。
现以1756DNB/A模块为例介绍它们的工作原理:工作时，1756DNB/A以一定的方式依次扫描各个设备，对其参数进行采样，并将采集到的数据映射到扫描器中与扫描方式相对应的数据缓冲区，再转换成ControlLogix能接受的数据格式供控制器读取，这样就可以将现场总线中各设备的实时信息反馈到控制器，以便根据程序做出相应的反应。数据经ControlLogix处理之后，送到扫描器的与扫描方式相对应的输出数据缓冲区，转换为各设备可以接受的数据格式，输出到各设备，从而对其工作进行控制。控制器只需要读入、输出规定格式的数据，专门负责数据处理;而数据的采集、发送、缓冲和格式转换则交给扫描器来负责。ControlLogix和扫描器1756DNB/A并行工作也使得控制器的输出对输入的响应时间缩短，有利于实现实时闭环控制。这样即便是像PID指令这种对实时性要求较高的操作也可以收到良好的效果[7]。
3.2 SLC5/05控制器
SLC5/05是A-B公司的小型PLC产品，模块式硬件结构使得用户在组态系统时具有更高的灵活性，它本身具有更强的数据处理能力和更多的I/O容量，提供丰富的网络接口。
SLC5/05的设备网扫描模块1747SDN工作原理与ControlLogix的1756DNB/A模块类似，这里不再赘述。本系统中利用DI输入模块1746IB16，将两个浮球的状态位分别返回到数字量输入模块中。模拟量输入模块1746NIO4V有2点输入和2点输出输入可以是电压信号(±10V)也可以是电流信号(±20mA)，可通过模块上的DIP开关选择，本系统中采用的是电流信号。
3.3 160SSC变频器
变频控制的基本原理是根据电机转速与输入频率的关系特性，通过改变供给电机三相电源的频率值来达到改变电机转速的目的。变频控制器为变频调速系统的核心部件。
本系统采用A-B公司的Bulletin 160SSC变频器，其性能可靠，组态灵活，使用时需要正确配置控制字。
3.4 DeviceNet总线
DeviceNet是A-B公司自动化技术研究发展起来的一种基于CAN技术的开放型、低成本、高性能的通信网络，目前已成为底层现场总线标准之一。DeviceNet现场总线体系属于设备级的总线协议，在协议的分层结构中，它只包括ISO开放系统七层模型结构中的三层，即物理层、数据链路层和应用层。
DeviceNet为简单设备网络提供了一个高性能价格比的解决方案。它们从各种销售商的智能传感器/调节装置中获取数据;提供主控/从属和对等通信能力。设备网以控制器局域网络技术为基础，定义了一个介质访问控制方法(MAC)以及物理信号，还提供了冗余循环检验(CRC)、错帧检验、几种其它错误检查方法和保护机制。
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DeviceNet是基于生产者/客户端的网络模式。
4 系统软件设计
系统软件设计主要包括两个方面:一是基于SLC5/05实现的闭环控制程序;二是由RSView32组态实现的监控程序。
在进行系统组态、编程及调试过程中，主要用到的软件有RSLinx、RSLogix500、RSTune、RSNetWorxfor DeviceNet及RSView32等，都是A-B公司的软件产品。
4.1 系统控制流程图
基于SLC5/05实现的闭环控制程序主要有三大模块组成:一是初始化，包括将两台电机转速值赋0，预设PID指令偏移量，RSView监控界面按钮初始化等;二是供水调度控制模块，除了可以在监控界面中人为控制电机起停外，浮球中的继电器返回值也可以控制电机停止及报警信息，程序中还利用两个固定间隔时间内计数的计数器来模拟水位值以便在监控界面中模拟显示当前水位的高低;三是压力控制模块，采用PID指令，利用RSTune在线整定实现闭环控制，实际控制中发现打开一个出水阀和打开两个或三个出水阀各有一组优整定参数，程序中采用两组PID控制指令。系统控制流程如图3所示。
图3 系统控制流程图
4.2 系统监控
系统采用A-B公司的RSView32组态包实现系统监控。RSView32是一种易用的，可集成的，基于组件的人机界面系统，它提供了建立一个有效的监视以及管理系统所需的全套工具。
在利用RSView32组态实现系统监控时，要进行通道和节点的配置;是创建标签，只有通过标签才能将设备中的信号和RSView32可视界面中的参数连接起来，真正达到对程序过程进行可视化监控的目的;后是对界面创建、编辑及对事件的处理。
系统监控界面示意图及状态趋势图如图4所示。
图4 恒压供水模型监控系统示意图及状态趋势图
5 系统调试及PID参数整定
如上所述，系统采用PID指令及RSTune软件结合RSLogix500控制程序在线整定优化PID参数，RSTune是A-B公司的一个回路整定软件，可以方便、迅速、准确地整定PID控制回路，而不必额外的程序代码。使用RSTune软件整定参数时，需要配合RSLinx以及RSLogix的控制程序。
本项目采用的PID算法为具有相关增益的标准方程: [1]。式中:Output为控制输出;Kc为比例增益;1/Ti为复位增益(重复次数/分钟);Td为比率增益(分钟);E为偏差(压力设定值与当前值之差);PV为过程变量(已定标);Bias为输出补偿或前馈(0～4095)。
PID指令的输出是由比例、积分、微分三部分参数组成的。系统中采用凑试法对PID参数进行整定，基于的原则是:增大比例系数将加快系统响应，过大的比例系数会使系统超调，产生振荡;增大积分时间有利于减小超调，减小振荡，使系统更稳定，但系统静差的消除也随之减慢;增大微分时间有利于加快响应，使超调量减小，稳定性增强，但系统对扰动的抑制能力随之减弱。
调试及整定结果表明:打开一个出水阀和打开两个或三个出水阀时各有一组优PID参数，分别为Bias=620、Kc=0.2、Ti=0.1、Td=0.02及Bias=1000、Kc=0.4、Ti=0.1、Td=0.02。压力控制指标:打开一个阀时压力值3400±20，打开两个或三个阀时压力值3400±30，误差在允许的范围内。
整定过程中压力曲线及电机转速曲线如图5所示。
图5 整定过程中的压力曲线有电机转速曲线
图5(a)表示打开一个出水阀Bias=620、Kc=0.2、Ti=0.1、Td=0.02时的压力曲线及电机转速曲线，图5(b)表示打开两个或三个出水阀而Bias=620、Kc=0.2、Ti=0.1、Td=0.02时的压力曲线及电机转速曲线;图5(c)表示打开两个或三个出水阀Bias=1000、Kc=0.4、Ti=0.1、Td=0.02时的压力曲线及电机转速曲线。
图中上面曲线表示压力曲线，下面曲线表示电机转速曲线。
6 结束语
采用A-B公司的ControlLogix、SLC、变频器、DeviceNet等软硬件搭建了恒压供水模型的监控系统，实现了远程监控与就地监控相结合，并通过编程组态实现了闭环控制，获得了满足要求的控制参数。系统具有良好的可扩展性、可维护性及一定的稳定性。
由于种种原因，系统中未考虑到CPU热备冗余(或总线冗余)问题，使系统的安全稳定性受到一定的影响[4];采用凑试法的PID整定方法简单实用，但周期较长，已有文献提出并应用模糊控制原理进行PID控制
按照常理来说，接线要根据线的颜色来区分接线。不同公司生产的步进电机，线的颜色不一样。特别是国外的步进电机。接线应该用打表。
通过上图可知，a，~a 是联通的，b 和~b 是联通。那么，a 和~a 是一组a，b 和~b 是一组b。
不管是两相四相，四相五线，四相六线步进电机。内部构造都是如此。至于究竟是四线，五线，还是六线。就要看a 和~a 之间，b和b~之间有没有公共端com抽线。如果a 组和b 组各自有一个com 端，则该步进电机六线，如果a 和b组的公共端连在一起，则是5线的。
要弄清步进电机如何接线，只需把a 组和b 组分开。用万用表打。
四线：由于四线没有com 公共抽线，a 和b 组是绝缘的，不连通的。
用万用表测，不连通的是一组。
五线：由于五线中，a 和b 组的公共端是连接在一起的。用万用表测，当发现有一根线和其他几根线的电阻是相当的，那么，这根线就是公共com端。对于驱动五线步进电机，公共com 端不连接也是可以驱动步进电机的。
六线：a 和b 组的公共抽线com 端是不连通的。同样，用万用表测电阻，发现其中一根线和其他两根线阻止是一样的，那么这根线是com端，另2 根线就属于一组。对于驱动四相六线步进电机，两根公共com 端不接先也可以驱动该步进电机的。
步进电机驱动器驱动码：
从图中可以看出来,要实现步进电机的转动,可以用以下两种方式:
(1)8 拍的方式
八个状态：1、在a 与a-正电压，b 与b-不给电悬空；2、在a 与a-正电压，b与b-也给正电压；3、a 与a-不给电压悬空，b与b-正电压；4、a 与a-给负电压，b 与b-给正电压；5、a 与a-给负电压，b 与b-不给悬空；6、a 与a-给负电压，b与b-给负电压；7、a 与a-不给电悬空，b 与b-给负电压；8、a 与给正电压，b与b-给负电压；按以上八个状态轮流供电，控制一下脉宽应该就可以了。
四个引脚各一根控制线：a~h表示各线时序
ab c d e f g h
a1 1 0 0 0 0 0 1
a- 0 0 0 1 1 1 0 0
b0 1 1 1 0 0 0 0
b- 0 0 0 0 0 1 1 1
.........
(2)4 拍的方式
我的方法一般是电流驱动的。我下面的a~ 和b~ 表示反向电流。
两相双二拍：
ab － a~b － a~b~ － ab~ 为一个转向。
ab － ab~ － a~b~ － a~b 为反向。
自己的一点体会:偶觉得两相4 线电机和四相4 线电机差不多.(这从上面
我画的图)也可以看出来,只物理上绕线的方式不同(这也导致编程上脉冲表的不同),在功能上是一样的
交流伺服的结构主要可分为两部分，即定子部分和转子部分。其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同，在定子铁心中也安放着空间互成90度电角度的两相绕组。其中一组为激磁绕组，另一组为控制绕组，交流伺服电动机一种两相的交流电动机。
交流伺服电动机使用时，激磁绕组两端施加恒定的激磁电压uf，控制绕组两端施加控制电压uk。当定子绕组加上电压后，伺服电动机很快就会转动起来。
通入励磁绕组及控制绕组的电流在电机内产生一个旋转磁场，旋转磁场的转向决定了电机的转向，当任意一个绕组上所加的电压反相时，旋转磁场的方向就发生改变，电机的方向也发生改变。
为了在电机内形成一个圆形旋转磁场，要求激磁电压uf和控制电压uk之间应有90度的相位差，常用的方法有：
（1）利用三相的相电压和线电压构成90度的移相
（2）利用三相电源的任意线电压
（3）采用移相网络
（4）在激磁相中串联器