基于臺達PLC和變頻器的位置控制系統(tǒng)實現(xiàn)

1 引言

　　當今自動化控制產(chǎn)品日新月異，相同功能的實現(xiàn)有各種各樣不同的方式。比如很多設備上都要使用的定位控制的實現(xiàn)就有很多種方法。有的利用單片機結(jié)合伺服系統(tǒng)實現(xiàn)定位控制；有的使用plc高速脈沖輸出功能或配定位單元結(jié)合伺服系統(tǒng)實現(xiàn)；還有的利用變頻器的多段速控制來實現(xiàn)定位控制。但不同的定位控制系統(tǒng)有不同的特點，成本也有很大的差異，于是針對不同的設備對精度和響應速度的要求，選用合適的定位控制系統(tǒng)以實現(xiàn)最優(yōu)的性價比就非常必要。本文介紹一個高性價比的，應用臺達plc的高速計數(shù)器和與變頻器通訊的功能來實現(xiàn)的定位控制的例子。

2 控制實例

　　切紙機械是印刷和包裝行業(yè)最常用的設備。其完成的最基本動作是:把待裁切的材料送到指定位置，然后進行裁切。其控制的核心就是一個單軸的位置控制。我們已經(jīng)成功的利用plc對變頻器的端子進行控制，實現(xiàn)多段速調(diào)速，從而完成這個單軸控制。因為考慮到控制成本和操作的方便性，我們又應用臺達的esplc和vfd-b變頻器通過通訊來實現(xiàn)這個位置控制。

3 系統(tǒng)的構(gòu)成

　　plc作為控制的核心，主要用來接收編碼器的反饋信號實現(xiàn)對當前位置的檢測，通過和設定值的比較用通訊功能來控制變頻器的輸出頻率從而實現(xiàn)精確定位。同時通過hmi可以方便的設定plc的一些內(nèi)部寄存器值進行人機交互，并且變頻器的工作頻率可以在hmi上方便修改和直觀顯示。臺達的dvp系列plc都具有兩個通訊口，com1是rs232，com2是rs485，支持modbus ascii/rtu通訊格式，通訊速率最高可達115200bps，兩通訊口可以同時使用。所以無需用任何擴展模塊就可以實現(xiàn)既可連接用于參數(shù)設置的人機界面又可用通訊的方式控制變頻器等其它設備。并且dvp系列plc提供了針對modbus ascii/rtu模式的專用通訊指令，這樣在編寫通訊程序時就可以大大簡化，無需像用串行數(shù)據(jù)傳送指令rs那樣要進行復雜的校驗碼計算和遵循復雜的指令格式。臺達的vfd系列變頻器內(nèi)建有單獨的rs-485串聯(lián)通訊界面，并且也遵循modbus ascii/rtu通訊格式(vfd-a系列除外)?；c這些特點選用了性價比優(yōu)異的dvp es plc和vfd-b變頻器。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

圖2 實現(xiàn)顯示當前位置的高速計數(shù)程序段

4 plc的i/o分配

　　由于使用了通訊控制，可以省去用于控制變頻器的五個輸出點，plc輸出點的使用減少了。因此選用了dvp14es00r2和一個擴展模塊dvp08xm11n。i/o點的分配見表1。需要注意的是dvp14es plc的擴展模塊地址輸入點是從x20開始，輸出點是從y20開始。

表1 plc i/o分配表

5 es系列plc高速計數(shù)器應用

　　此工程中所選編碼器分辨率為500p/r，機器原系統(tǒng)配置編碼器分辨率為200p/r，理論精度比過去提高兩倍以上。電機為1450r/min，傳動系統(tǒng)減速比為2.4。由此可計算出額定轉(zhuǎn)速下編碼器輸出的最高脈沖頻率為：1450r/min÷60s/min÷2.4×500p/r≈5khz。

　　盡管臺達es系列的高速計數(shù)器功能不算強大，其x0和x1可以接受的最高頻率為20khz的脈沖，但在這個系統(tǒng)中還是足以勝任的。為了簡化程序中的計算，采用了兩個高速計數(shù)器c235和c236。c235通過計算所有前進后退的脈沖數(shù)，再進行換算后用于顯示進給機構(gòu)的當前位置，此功能實現(xiàn)的程序段見圖2所示。其程序中的m45和m47用于濾除定位完成后裁切過程中或其它震動造成的編碼器輸出的誤脈沖，以實現(xiàn)位置的精確性。

　　c236用于進行精確定位。定位過程是這樣的，每次進給機構(gòu)需要定位工作時，通過計算把需要的脈沖數(shù)送到c236，不論進給機構(gòu)前進還是后退，c236進行減計數(shù)，同時對c236中的數(shù)值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)接近設定值時進給速度變慢的三段速度控制，從而達到精確定位。精確定位時的高速計數(shù)器程序如圖3所示。其中m83、m84用來觸發(fā)寫變頻器運轉(zhuǎn)方向的數(shù)據(jù)，m85、m86，m87都用來觸發(fā)寫變頻器運轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)。