基于+plc+的兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、.基于PLC的兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：張坤森學(xué)號(hào)：2014062038指導(dǎo)教師;彭寬棟專業(yè)：機(jī)電一體化杭州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院摘要：以可編程控制器PLC作為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，步進(jìn)電機(jī)作為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了基于PLC的兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；通過PLC高速脈沖口輸出高速脈沖，實(shí)現(xiàn)了單軸運(yùn)動(dòng)或者兩軸運(yùn)動(dòng)；采用觸摸屏作為操作面板，建立了友好的人機(jī)交互界面。關(guān)鍵詞：機(jī)械制造自動(dòng)化；PLC；步進(jìn)電機(jī)；運(yùn)動(dòng)控制0前言步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，價(jià)格低。但當(dāng)起動(dòng)頻率太高或者負(fù)載太大，步進(jìn)電機(jī)極易失步。而

2、步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制可以克服以上缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，采用增量式編碼器作為反饋裝置。而PLC作為一種工業(yè)計(jì)算機(jī)，具有邏輯控制、步進(jìn)控制、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，而且具有較高的可靠性、較強(qiáng)的抗干擾性、較好的通用性等優(yōu)點(diǎn)。所以，使用PLC控制步進(jìn)電機(jī)，構(gòu)建兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，具有重要意義。1系統(tǒng)組成本文所實(shí)現(xiàn)的示教與再現(xiàn)功能系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。...采用西門子S7-200系列的CPU226DC/DC/DCPLC作為主控制器。該CPU具有4個(gè)最高20kHz的正交高速脈沖計(jì)數(shù)器,能夠?qū)斎氲恼痪幋a脈沖信號(hào)進(jìn)行4分

3、頻[5];2個(gè)最高20kHz的高速脈沖輸出;24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn);其布爾型指令執(zhí)行時(shí)間只有0.22μs[6]。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由觸摸屏、PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、限位開關(guān)、急停開關(guān)、編碼器等組成。操作者通過觸摸屏端操作，向PLC發(fā)出控制指令，PLC根據(jù)控制指令和內(nèi)部梯形圖控制相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，步進(jìn)電機(jī)將帶動(dòng)相應(yīng)的進(jìn)給軸動(dòng)作，同時(shí)，PLC將采集與步進(jìn)電機(jī)相連的編碼器產(chǎn)生的反饋信號(hào)，并將反饋信號(hào)返回給觸摸屏，以完成整個(gè)系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)。此外，外部限位開關(guān)用于限定運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的極限位置，急停開關(guān)用于發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)，立即停止機(jī)器，防止傷害或

4、者損失擴(kuò)大。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1...3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用“脈沖+方向”方式控制步進(jìn)電機(jī)，即PLC輸出高速脈沖和方向信號(hào)，完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。同時(shí)，PLC輸入端的高速計(jì)數(shù)口對(duì)編碼器信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。此外，外部限位開關(guān)、急停開關(guān)、功能按鈕也需分配PLC相應(yīng)的輸入端口。因此，選擇了三菱FX3U-64MT，該P(yáng)LC是第三代微型可編程控制器，內(nèi)置獨(dú)立3軸100kHz定位功能，具有高速計(jì)數(shù)功能，完全滿足系統(tǒng)要求。PLC端口分配如表1所示。...4系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要解決兩方面的問題：一是兩軸運(yùn)動(dòng)的插補(bǔ)算法問題，因?yàn)镻LC...本身不具有

5、插補(bǔ)計(jì)算功能，因此需要設(shè)計(jì)合適的插補(bǔ)算法，通過編程方法來實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)；二是區(qū)分單軸運(yùn)動(dòng)和兩軸運(yùn)動(dòng)，單軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，判斷是哪根軸運(yùn)動(dòng)以及怎樣運(yùn)動(dòng)，兩軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩根軸是怎樣運(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)的逐點(diǎn)比較法盡管算法簡(jiǎn)單，但是不能實(shí)現(xiàn)兩軸同動(dòng)；數(shù)字積分法雖然作了一定的改進(jìn)，但是該算法兩軸速度比恒定，算法不易掌握，并且不能保證連續(xù)實(shí)現(xiàn)兩軸同動(dòng)。針對(duì)以上插補(bǔ)算法的不足，提出了另一種插補(bǔ)算法：兩軸同動(dòng)法，其原理是每次向兩個(gè)坐標(biāo)軸分別輸出各自的進(jìn)給脈沖，在同一時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)坐標(biāo)軸分別獨(dú)立地完成規(guī)定的進(jìn)給量，根據(jù)直線合成原理，兩軸同動(dòng)的結(jié)果是得到一條直線，原給距離為Ly，則在兩軸同動(dòng)情況下

6、，各分量如表2所示。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖數(shù)成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸入脈沖數(shù)（即脈沖頻率）成正比，此時(shí)，PLC只需向X軸和Y軸步進(jìn)電機(jī)同時(shí)輸出各自脈沖總數(shù)和脈沖頻率，同時(shí)，輸出步進(jìn)電機(jī)方向控制信號(hào)，就可以完成直線運(yùn)動(dòng)軌跡。...兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況主要有2種，即單軸運(yùn)動(dòng)和兩軸運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)采用如下指令來實(shí)現(xiàn)單軸運(yùn)動(dòng)或兩軸運(yùn)動(dòng)。LDX023MOVD0K2Y004LDY010DDRVAD1D2Y000Y004LDY011DDRVAD3D4Y001Y005LDM8000DHSCRD1C235Y010DHSCRD3C236Y011當(dāng)按下啟動(dòng)

7、按鈕后，PLC執(zhí)行內(nèi)部梯形圖程序，用D0的每個(gè)位來控制Y004到Y(jié)013輸出口的動(dòng)作。其中選擇Y004作為X軸電機(jī)方向控制信號(hào)，Y010作為判斷X軸電機(jī)是否運(yùn)行的條件，即當(dāng)Y010為高電平時(shí)，X軸電機(jī)動(dòng)作，同時(shí)選擇Y005作為Y軸電機(jī)方向控制信號(hào)，Y011作為判斷Y軸電機(jī)是否運(yùn)行的條件，即當(dāng)Y011為高電平時(shí)，Y軸電機(jī)動(dòng)作。電機(jī)狀態(tài)控制表如表3所示。當(dāng)PLC高速計(jì)數(shù)口對(duì)編碼器的計(jì)數(shù)值與預(yù)設(shè)值相等時(shí)，Y010或者Y011將會(huì)被復(fù)位，電機(jī)停止。...5觸摸屏界面設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用三菱GS2107觸摸屏作為操作面板，操作者通過觸摸屏端操作，實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。手

8、動(dòng)模式下，操作者可以進(jìn)行X軸點(diǎn)動(dòng)、Y軸點(diǎn)動(dòng)操作。自動(dòng)模式下，操作者通過輸入起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)，