【摘 要】本項(xiàng)目采用OMRON公司新型PLC及臺(tái)達(dá)伺服控制系統(tǒng)，對(duì)搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行定位控制，提高了設(shè)備的控制精度同時(shí)又降低了設(shè)備的投資成本，方便了工序的操作。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器 HMI 伺服放大器

一、引言

隨著伺服控制技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于過(guò)去由液壓馬達(dá)或者變頻器進(jìn)行定位的設(shè)備，逐步被控制精度更高的伺服控制系統(tǒng)所取代，其定位精度高等優(yōu)點(diǎn)極大的提升工廠技術(shù)裝備的水平，為工廠的質(zhì)量控制及效益的最大化創(chuàng)造了有力的條件。隨著工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，伺服控制也將成為傳動(dòng)和控制的主要方向之一。

二、方案確定

（一）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型。步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格要比交流伺服電機(jī)便宜，缺點(diǎn)是它高速力矩特性較軟，會(huì)限制運(yùn)行速度的提高，從而影響機(jī)器的工作效率的提高。而交流伺服電機(jī)則能夠勝任高速運(yùn)行，我們的生產(chǎn)線對(duì)搬運(yùn)中的要求是定位準(zhǔn)確精而且運(yùn)動(dòng)頻繁故障率低，所以我們選擇伺服系統(tǒng)作為控制部件。本系統(tǒng)采用2臺(tái)伺服電機(jī)控制，一臺(tái)控制水平運(yùn)動(dòng)，一臺(tái)控制上下運(yùn)動(dòng)。選用臺(tái)達(dá)的ASDA系列伺服系統(tǒng)。

（二）控制系統(tǒng)的選型。專(zhuān)門(mén)的數(shù)控系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是功能很全面，適用于復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制，價(jià)格比較高，微型計(jì)算機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡這種方案，硬件成本比前者要低一些，但是控制軟件的穩(wěn)定性對(duì)操作系統(tǒng)依賴(lài)性很強(qiáng)，操作系統(tǒng)一旦癱瘓，將直接影響生產(chǎn)的進(jìn)行。HMI和PLC 本來(lái)就是面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的高穩(wěn)定性產(chǎn)品，物理尺寸非常適合安裝在小型設(shè)備上，價(jià)格上也比較便宜?？刂栖浖_(kāi)發(fā)采用簡(jiǎn)單易學(xué)的梯形圖語(yǔ)言，控制系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)，調(diào)試很容易，PLC運(yùn)行非常穩(wěn)定，幾乎不需要程序維護(hù)。比較而言： HMI+PLC的方案應(yīng)該是最好的選擇。

三、硬件系統(tǒng)

硬件方案圖：

（一）控制回路。包括按鈕，指示燈等。二次回路采用DC24V，串入急停按鈕控制動(dòng)力回路接觸器，直接控制供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

（二）HMI系統(tǒng)。HMI是整個(gè)機(jī)器與操作人員進(jìn)行交流的界面，要考慮方便操作，外形美觀大方。這里選用威綸通的MT6070IH真彩觸摸屏，熒屏寬大，文字清晰，顏色豐富。數(shù)據(jù)的設(shè)定、存儲(chǔ)、記錄、機(jī)器的運(yùn)行都很方便。HMI與PLC采用RS232串行通信連接。

（三）PLC系統(tǒng)。PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它聯(lián)系著HMI和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行，要求性能可靠，功能上要能夠方便的實(shí)現(xiàn)與HMI和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接。本系統(tǒng)選用歐姆龍的CP1H系列PLC。CPU內(nèi)置2路100KHz高速脈沖輸出，實(shí)現(xiàn)X軸，Z軸的運(yùn)動(dòng)控制。開(kāi)關(guān)量輸入/輸出各選用一個(gè)16路輸入/輸出模塊。設(shè)備的整個(gè)工藝流程的控制主要采用梯形圖語(yǔ)言編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)?？赏ㄟ^(guò)指令，從CPU 單元的內(nèi)置輸出對(duì)脈沖輸出信號(hào)進(jìn)行輸出，并通過(guò)接收脈沖輸入的伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，執(zhí)行定位或速度控制。在梯形圖程序中，從已連接到通用輸入的CW 限位傳感器和CCW 限位傳感器接收信號(hào)，通過(guò)OUT 指令寫(xiě)入輔助區(qū)位。必須從已連接到通用輸入的外部傳感器接收信號(hào)，并通過(guò)用戶(hù)程序?qū)懭胼o助區(qū)。可通過(guò)PULS 或PLS2 指令中的操作數(shù)指定脈沖輸出類(lèi)型。預(yù)先設(shè)定目標(biāo)頻率、起始頻率、加/ 減速率、方向，執(zhí)行定位控制。當(dāng)通過(guò)ORG 指令執(zhí)行原點(diǎn)搜索時(shí)，輸出脈沖以實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，并通過(guò)表示原點(diǎn)接近和原點(diǎn)位置的輸入信號(hào)來(lái)定義原點(diǎn)位置?？蓮乃欧姍C(jī)的內(nèi)置Z 相信號(hào)或外部傳感器接收表示原點(diǎn)位置的輸入信號(hào)。

（四）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)器和交流伺服電機(jī)，X軸、Z軸各一套。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用臺(tái)達(dá)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這里采用“脈沖+方向”控制模式，接線從PLC的高速脈沖輸出口引出，接入伺服驅(qū)動(dòng)器的脈沖輸入口，以及方向信號(hào)。ASDA-B2 系列為一開(kāi)放型伺服驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器利用精密的反饋控制及結(jié)合高速運(yùn)算能力的數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor，DSP），控制IGBT 產(chǎn)生精確的電流輸出，用來(lái)驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)（PMSM）達(dá)到精準(zhǔn)定位。

（五）傳感器。為了保證各個(gè)軸的正常和安全的運(yùn)行，需要在每個(gè)軸的兩端分別安裝一個(gè)接近開(kāi)關(guān)，作為軸的極限位置傳感器，防止運(yùn)行范圍超出，造成設(shè)備損壞。本設(shè)備所有的伺服控制系統(tǒng)均采用絕對(duì)坐標(biāo)，在每個(gè)軸上還要單獨(dú)設(shè)置一個(gè)零點(diǎn)開(kāi)關(guān)，作為坐標(biāo)軸的零點(diǎn)位置。

四、PLC軟件系統(tǒng)

軟件采用梯形圖語(yǔ)言編寫(xiě)，并且按照功能做出以下分段，以便于以后的程序維護(hù)：

信號(hào)輸入段：負(fù)責(zé)輸入信號(hào)的采集和管理。

數(shù)據(jù)管理段：負(fù)責(zé)HMI與PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸，存儲(chǔ)和調(diào)用管理，還包括傳遞從HMI上發(fā)出的操作指令。

脈沖輸出段：負(fù)責(zé)PLC對(duì)伺服系統(tǒng)發(fā)出正確的脈沖指令，確保交流伺服電機(jī)按照規(guī)定的方向和位置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

邏輯控制段：負(fù)責(zé)整個(gè)工藝流程的邏輯控制，對(duì)絲杠等機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，保證動(dòng)作按程序正常執(zhí)行。

信號(hào)輸出段：負(fù)責(zé)所有需要輸出的信號(hào)進(jìn)行管理和邏輯轉(zhuǎn)換。

五、注意事項(xiàng)

交流伺服系統(tǒng)是強(qiáng)電系統(tǒng)而且是高電磁輻射源，而PLC，HMI以及它們之間的通信連接是典型的弱電系統(tǒng)，很容易受到強(qiáng)電磁輻射的干擾，因此在硬件布置上要盡量增加強(qiáng)電系統(tǒng)與弱電系統(tǒng)之間的安裝距離，減少電磁干擾帶來(lái)的不利影響。同時(shí)考慮通信電纜與動(dòng)力電纜之間的安裝方式，一般遵循這樣的原則：通信電纜采用屏蔽電纜，并且要單點(diǎn)屏蔽層接地；交流伺服的動(dòng)力電纜最好也要屏蔽，并且在伺服驅(qū)動(dòng)器的這一端進(jìn)行屏蔽層接地，電纜長(zhǎng)度盡量的短；通信電纜與動(dòng)力電纜盡量避免近距離平行布線。

六、結(jié)語(yǔ)

HMI+PLC+伺服系統(tǒng)是一個(gè)典型的小型的數(shù)控系統(tǒng)。它價(jià)格比常規(guī)的數(shù)控系統(tǒng)相比較，價(jià)格低廉，界面友好，功能強(qiáng)大，精度高，特別適合于小型機(jī)床上使用。

經(jīng)實(shí)際使用驗(yàn)證表明：這種系統(tǒng)性能非常穩(wěn)定可靠，工況良好，加工出的產(chǎn)品質(zhì)量合格穩(wěn)定。