PLC在準(zhǔn)確定位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：為了在一定場合取代高成本的定位控制，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位控制系統(tǒng)最優(yōu)的性價(jià)比，采用SIEMENS公司S7-200系列PLC作為控制器，控制三相交流異步電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。通過對貨物倉儲(chǔ)系統(tǒng)中傳輸帶的定位控制，及對直線送料導(dǎo)軌的定位控制的實(shí)驗(yàn)，得出了準(zhǔn)確定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)，并給出了兩種實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的控制方案及PLC程序。這種使用PLC實(shí)現(xiàn)的定位方法具有快速、準(zhǔn)確、成本低、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中十分實(shí)用。
關(guān)鍵詞：PLC；交流異步電機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)編碼器；準(zhǔn)確定位

0 引言
在自動(dòng)化生產(chǎn)、加工和控制過程中，經(jīng)常要對加工工件的尺寸或機(jī)械設(shè)備移動(dòng)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確定位控制。這種定位控制僅僅要求控制對象按指令進(jìn)入指定的位置，對運(yùn)動(dòng)的速度無特殊要求，例如生產(chǎn)過程中的點(diǎn)位控制(比較典型的如臥式鏜床、坐標(biāo)鏜床、數(shù)控機(jī)床等在切削加工前刀具的定位)，倉儲(chǔ)系統(tǒng)中對傳送帶的定位控制，機(jī)械手的軸定位控制等等。在定位控制系統(tǒng)中常使用交流異步電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)等伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)或控制元件。實(shí)現(xiàn)定位控制的關(guān)鍵則是對伺服電機(jī)的控制。由于可編程控制器(PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性極高、體積小等顯著優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制裝置。本文旨在闡述利用PLC控制伺服電機(jī)
實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的方法，介紹控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與實(shí)施中需要認(rèn)識(shí)與解決的若干問題，給出了控制系統(tǒng)參考方案及軟硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，對于工業(yè)生產(chǎn)中定位控制的實(shí)現(xiàn)具有較高的實(shí)用與參考價(jià)值。

1 利用PLC的高速計(jì)數(shù)器指令和旋轉(zhuǎn)編碼器控制三相交流異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確定位
1．1 系統(tǒng)工作原理
PLC的高速計(jì)數(shù)器指令和編碼器的配合使用，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制中可實(shí)現(xiàn)精確定位和測量長度。目前，大多數(shù)PLC都具有高速計(jì)數(shù)器功能，例如西門子S7-200系列CPU226型PLC有6個(gè)高速計(jì)數(shù)器。高速計(jì)數(shù)器可以對脈寬小于PLC主機(jī)掃描周期的高速脈沖準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，不需要增加特殊功能單元就可以處理頻率高達(dá)幾十或上百kHz的脈沖信號(hào)。旋轉(zhuǎn)編碼器則可以將電動(dòng)機(jī)軸上的角位移轉(zhuǎn)換成脈沖值。
利用PLC的高速計(jì)數(shù)器指令和編碼器控制三相交流異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確定位控制系統(tǒng)，其原理是通過與電動(dòng)機(jī)同軸相連的光電旋轉(zhuǎn)編碼器將電機(jī)角位移轉(zhuǎn)換成脈沖值，經(jīng)由PLC的高速計(jì)數(shù)器來統(tǒng)計(jì)編碼器發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)定位控制。
1．2 設(shè)計(jì)與實(shí)施
以對傳輸帶的定位控制設(shè)計(jì)為例加以說明?，F(xiàn)需要用傳輸帶運(yùn)送貨物，從貨物運(yùn)送起點(diǎn)到指定位置(終點(diǎn))的距離為10 cm?，F(xiàn)要求當(dāng)傳輸帶上的貨物運(yùn)行10 cm后，傳輸帶電機(jī)停止運(yùn)行。該系統(tǒng)硬件設(shè)置主要包括西門子S7-200CPU226型PLC、傳輸帶電機(jī)(三相交流異步電機(jī))、OMRON的E6A2-CW5W光電旋轉(zhuǎn)編碼器、松下VFO系列BFV00042GK變頻器等。該系統(tǒng)的工作原理是將光電編碼器的機(jī)械軸和傳動(dòng)輥(由三相交流異步電機(jī)拖動(dòng))同軸相連，通過傳動(dòng)輥帶動(dòng)光電編碼器機(jī)械軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出脈沖信號(hào)，利用PLC的高速計(jì)數(shù)器指令對編碼器產(chǎn)生的脈沖(采用A相脈沖)個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值等于預(yù)置值時(shí)產(chǎn)生中斷，經(jīng)變頻器控制電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)傳輸帶運(yùn)行距離的準(zhǔn)確定位控制。很顯然，該控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位控制的關(guān)鍵是對PLC的高速計(jì)數(shù)器的預(yù)置值進(jìn)行設(shè)置，高速計(jì)數(shù)器的預(yù)置值即為傳輸帶運(yùn)行10 cm時(shí)光電編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)。該脈沖數(shù)值與傳輸帶運(yùn)行距離、光電編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)以及傳動(dòng)輥直徑等參數(shù)有關(guān)。該脈沖數(shù)可以通過實(shí)驗(yàn)測量也可通過計(jì)算得出。計(jì)算得出傳輸帶運(yùn)行10 cm對應(yīng)的脈沖數(shù)為：
脈沖數(shù)=[(傳動(dòng)輥直徑(mm)×π÷(脈沖數(shù)／轉(zhuǎn))]×傳送帶運(yùn)行距離(mm)
該系統(tǒng)通過計(jì)算得出脈沖數(shù)為100，則高速計(jì)數(shù)器的預(yù)置值即為100。參考程序如圖1所示。

在子程序中，將高速計(jì)數(shù)器HSC0設(shè)置為模式1，即單路脈沖輸入內(nèi)部方向控制的增／減計(jì)數(shù)器。無啟動(dòng)輸入，使用復(fù)位輸入。系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，調(diào)用子程序HSC_INIT，其目的是初始化HSC0，將其控制字節(jié)SMB37數(shù)據(jù)設(shè)置為16#F8，對高速計(jì)數(shù)器寫入當(dāng)前值和預(yù)置值，同時(shí)通過中斷連接指令A(yù)TCH將中斷事件12(即高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值等于預(yù)置值中斷)和中斷服務(wù)程序COUNT_EQ連接起來，并執(zhí)行ENI指令，全局開中斷。當(dāng)高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值等于預(yù)置值時(shí)，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，將SMD42的值清零，再次執(zhí)行HSC指令重新對高速計(jì)數(shù)器寫入當(dāng)前值和預(yù)置值，同時(shí)使M0．0置位，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。