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

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1、文章編號(hào)：1672—0121(2015)01—0062—03基于PLC的兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)陸幸駿，包曄峰。楊可(河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇常州213022)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(guò)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)控制中圖分類(lèi)號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10．16316／j．issn．1672—0121．2015．01．0200前言步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位

2、移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)開(kāi)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1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖機(jī)，具有邏輯控制、步進(jìn)控制、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)功能、進(jìn)電機(jī)，即PLC輸出高速脈沖和方向信號(hào)，完成對(duì)自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，而且具有較高的可靠步進(jìn)電機(jī)的控制。同時(shí)，PLC輸入端的高速計(jì)數(shù)口對(duì)性、較強(qiáng)的抗干擾性、較好的通用性等優(yōu)點(diǎn)。所以，使編碼器信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。此外，外部限位開(kāi)關(guān)、急停開(kāi)用PLC控制步進(jìn)電機(jī)，構(gòu)建兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，具關(guān)、功能按鈕也需

3、分配PLC相應(yīng)的輸入端口。因此，有重要意義。選擇了三菱FX3U一64MT，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1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)高速計(jì)數(shù)功能，完全滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。PLC端口分配如該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由觸摸屏、PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)表1所示。器、步進(jìn)電機(jī)、限位開(kāi)關(guān)、急停開(kāi)關(guān)、編碼器等組成。操作者通過(guò)觸摸屏端操作，向PLC發(fā)出控制指令，3系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)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)該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要解決兩方面的問(wèn)題：一是動(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)，兩軸運(yùn)動(dòng)的插補(bǔ)算法問(wèn)題，因?yàn)镻LC本身不具有插PLC將采集與步進(jìn)電機(jī)相連的編碼器產(chǎn)生的反饋信補(bǔ)

4、計(jì)算功能，因此需要設(shè)計(jì)合適的插補(bǔ)算法，通過(guò)編號(hào)，并將反饋信號(hào)返回給觸摸屏，以完成整個(gè)系統(tǒng)的程方法來(lái)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)，反饋環(huán)節(jié)。此外，外部限位開(kāi)關(guān)用于限定運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的單軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，判斷是哪根軸運(yùn)動(dòng)以及怎樣運(yùn)動(dòng)，兩軸極限位置，急停開(kāi)關(guān)用于發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)，立即停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩根軸是怎樣運(yùn)動(dòng)。機(jī)器，防止傷害或者損失擴(kuò)大。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如傳統(tǒng)的逐點(diǎn)比較法盡管算法簡(jiǎn)單，但是不能實(shí)所示?，F(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，并且不能保系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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，提該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用“脈沖+方向”方式控制步了另一種插補(bǔ)算

5、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)日期：2014—06—09簡(jiǎn)介：陸幸駿(1991一)，男，碩士在讀，主攻機(jī)械工程直線(xiàn)合成原理，兩軸同動(dòng)的結(jié)果是得到一條直線(xiàn)，原給距離為，J，則在兩軸同動(dòng)情況下，各分量如表2所表1PLC端口分配表示。輸入輸出編號(hào)信號(hào)名稱(chēng)●表2項(xiàng)目分量表軸l，軸數(shù)據(jù)內(nèi)容直線(xiàn)分量軸分量y軸分量脈沖Y000Y001終點(diǎn)位置(，y)Xhl，方向Y004Y005起點(diǎn)位置(，y)。y電機(jī)運(yùn)行YO1OY011移動(dòng)距離E=、／(6—)0(Y一Y)LXl_X，JFl，6一王，編碼器X000X001零點(diǎn)限位X0

6、03X004初始速度一正轉(zhuǎn)限位X006X007工作速度一J反轉(zhuǎn)限位XO11XO12加、減速時(shí)間l，2￡ltl，t~=tztiv=￡l，tzy=tz點(diǎn)動(dòng)(正向)XO15X016點(diǎn)動(dòng)(反向)X020X021由于步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖數(shù)成正急停XO14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只需向軸和Y軸步進(jìn)電機(jī)同啟動(dòng)X023時(shí)輸出各自脈沖總數(shù)和脈沖頻率，同時(shí)，輸出步進(jìn)電停止X024機(jī)方向控制信號(hào)，就可以完成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡。回零X025兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況主要有2種，即理如圖2所示。單軸運(yùn)動(dòng)和兩軸運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)采用如下指令來(lái)實(shí)現(xiàn)單軸運(yùn)動(dòng)或兩軸運(yùn)動(dòng)。LDX023M

7、0VD0K2Y004LDY010DDRVAD1D2Y000Y004LDY011DDRVAD3D4Y001Y005LDM8000O圖2兩軸同動(dòng)原理圖DHSCRD1C235Y010DHSCRD3C236Y011三菱PLC自帶梯形脈沖輸出，過(guò)程如圖3所當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，PLC執(zhí)行內(nèi)部梯形圖程序，示，從初始速度經(jīng)時(shí)間t加速到工作速度輸出一定脈沖后，經(jīng)時(shí)間t減速到初始速度，同時(shí)達(dá)到用DO的每個(gè)位來(lái)控制Y004到Y(jié)013