江凌云

（無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機電技術(shù)學院　江蘇無錫　214153）

基于XC型PLC控制的運動控制系統(tǒng)設(shè)計與制作

江凌云

（無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機電技術(shù)學院江蘇無錫214153）

文章使用XC型PLC、觸摸屏、變頻器、接近開關(guān)等，構(gòu)建運動控制系統(tǒng)，編制PLC控制程序和HMI畫面程序，實現(xiàn)低成本的位置反饋控制和速度控制。對于運動控制系統(tǒng)的研制，有一定的參考價值。

運動控制系統(tǒng)；PLC；多段速；高速計數(shù)；變頻器；觸摸屏

運動控制是工業(yè)控制中關(guān)鍵的單元技術(shù)，是實現(xiàn)FA（工廠自動化）的核心要件。使用控制電機（步進、交流伺服、直流伺服電機）配合伺服驅(qū)動器實現(xiàn)較精密運動控制，和使用異步電機、變頻器、HMI等實現(xiàn)低成本運動控制是目前兩種主流的運動控制系統(tǒng)解決方案。目前國內(nèi)外都有基于主流PLC的運動控制系統(tǒng)，但價格昂貴。信捷公司是無錫較大的一家能提供自動化產(chǎn)品的企業(yè)，產(chǎn)品性價比高。利用國產(chǎn)設(shè)備實現(xiàn)運動控制，既能降低實訓(xùn)裝備成本，又能提高師生的實踐動手能力，進一步推進開放實驗室建設(shè)和校企合作。

一、總體設(shè)計

本項目使用XC型PLC控制變頻器對普通電機實現(xiàn)調(diào)速控制，通過對旋轉(zhuǎn)編碼器、接近開關(guān)的信號反饋實現(xiàn)低精度的位置控制，通過觸摸屏提高控制的自動化程度。本項目的結(jié)構(gòu)原理框圖如圖1：

圖1　運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖

二、硬件選型及安裝

本系統(tǒng)通過信捷TH系列觸摸屏（型號TH765-M）實現(xiàn)運動控制，因此需要很少的輸入點數(shù)，使用信捷XC系列可編程控制器（型號XC3-24RT-E）就可以滿足要求；本系統(tǒng)中使用的是小型異步電機，功率不大，因此使用信捷V5變頻器就能拖動負載；因為系統(tǒng)中需要實現(xiàn)高速測量距離的功能，要對異步電機進行實時高速計數(shù)，故使用了旋轉(zhuǎn)編碼器；因為本系統(tǒng)同時可以使用模擬電壓信號對變頻器進行控制，故使用了信捷XC系列擴展模塊（型號XC-E4AD2DA）進行模擬量的輸出控制。為了實現(xiàn)基本的限位、保護功能，選用了4只接近開關(guān)、2只行程開關(guān)。具體詳見運動控制系統(tǒng)的接線原理圖。

本系統(tǒng)中使用變頻器進行調(diào)速。變頻器的接線邏輯如圖2所示：

圖2　變頻器的接線邏輯

本設(shè)備用到了X1，X2，X3端子控制頻率，F(xiàn)WD，REV端子控制正反轉(zhuǎn)，CI，GND模擬量給定頻率及帶動異步電機。在本實驗裝置中，可以演示以下幾種變頻器操作方式：通過模擬電位計調(diào)整變頻器頻率；通過PLC控制變頻器實現(xiàn)多段速調(diào)速；通過觸摸屏設(shè)定頻率，實現(xiàn)調(diào)速。

在本設(shè)計中，變頻器參數(shù)P0.01設(shè)為6，即CI模擬給定，P0.03設(shè)為1，即端子給定運行命令，其他都為默認值。Y0，Y1，Y2對應(yīng)X1，X2，X3控制七段頻率給定。Y3，Y4控制FWD，REV正反轉(zhuǎn)。

三、軟件編程與調(diào)試

（一）高速計數(shù)。旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的高速脈沖信號由PLC進行計數(shù)，XC系列PLC具有與可編程控制器掃描周期無關(guān)的高速計數(shù)功能，通過選擇不同計數(shù)器來實現(xiàn)針對測量傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器等高速輸入信號的測定，其最高測量頻率可達80KHz。在本項目中使用了AB相模式，高速計數(shù)值依照兩種差分信號（A相和B相）進行遞增或遞減計數(shù)，根據(jù)倍頻數(shù)，又可分為一倍頻和四倍頻兩種模式，但其默認模式為四倍頻模式。按圖3進行高速計數(shù)輸入端口分配：

圖3　高速計數(shù)輸入端口分配圖

本例中使用X0、X1作為A、B相輸入，用C630進行高速計數(shù)，程序邏輯如圖4所示：

圖4　高速計數(shù)實現(xiàn)邏輯

由于單字帶符號寄存器計數(shù)范圍為-32768～32767，故當計數(shù)值較大時，需采用雙字寄存器。本試驗中用于記錄位置的寄存器均為雙字。

（二）HMI的畫面程序設(shè)計（見圖5）。

圖5　畫面設(shè)計

（三）PLC程序設(shè)計與調(diào)試。本運動控制系統(tǒng)的命令語程序（相當于其他型號PLC的指令表語言）如圖6所示：

圖6　命令語（指令表）

四、運動控制系統(tǒng)的使用

通過觸摸屏畫面中下端兩個指示燈按鈕，可以選擇頻率給定方式。當選定模擬量給定頻率時，可進一步選擇屏幕輸入數(shù)據(jù)或電位器給定。當屏幕給定時，可輸入一個0-50HZ的頻率，PLC程序?qū)⑵涮幚頌閷?yīng)0-4095的數(shù)字量，從模塊的VO通道輸入給變頻器。當選擇電位器給定時，可通過試驗臺上的電位器旋鈕，增大或減小電壓量的大小，再將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量以同樣原理傳送給變頻器頻率通道。當選擇為端子給定頻率時，模擬量給定頻率通道即失去作用。雖然變頻器參數(shù)設(shè)置時，頻率給定通道為CI模擬量給定，但當有端子給定頻率時，端子給定優(yōu)先，所以在一種設(shè)置下，就可實現(xiàn)端子及模擬量兩種頻率給定方式。

按下正轉(zhuǎn)按鈕或反轉(zhuǎn)按鈕時，小車就會相應(yīng)動作。當正轉(zhuǎn)時，會互鎖反轉(zhuǎn)按鈕，反轉(zhuǎn)按鈕不起作用；反轉(zhuǎn)時亦如此。當小車運動時，旋轉(zhuǎn)編碼器隨時記錄其運動數(shù)值。當經(jīng)過3個接近開關(guān)時，會將當時的記數(shù)值，放入對應(yīng)的寄存器中并顯示出來，通過計數(shù)清除按鍵可以清除計數(shù)。當?shù)竭_左右兩極限位置時，小車會自動停止。當出現(xiàn)特殊情況，小車碰到極限位置的行程開關(guān)時，行程開關(guān)由常閉變?yōu)槌ｉ_，使得交流接觸器線圈斷電，停止整個試驗臺的供電，達到保護功能。

五、結(jié)語

本項目使用國產(chǎn)新型PLC作為控制器，實現(xiàn)低成本的運動控制方案，推進了工學結(jié)合、校企合作，提高了學生的PLC編程和觸摸屏畫面設(shè)計等實踐操作技能。另外，該實訓(xùn)裝置涉及到變頻器的基本功能，可以使學習者初步了解變頻器的作用及使用方法。另外還涉及到旋轉(zhuǎn)編碼器的高速計數(shù)，這在工業(yè)控制中也很實用。

［1］葉軍，于霞.基于GE Fanuc PLC和DSM324i的運動控制系統(tǒng)［J］.煤炭機械，2011（8）.

［2］陳衛(wèi)東，韓兵.運動控制系統(tǒng)課程體系改進與創(chuàng)新［J］.實驗室研究與探索，2013（9）.

［3］孫嵐，李洪群.信捷PLC在鍵盤剪刀腳整理臺控制系統(tǒng)上的應(yīng)用［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2012（12）.

［4］郭慶云.仿真軟件在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用［J］.北京印刷學院學報，2010（6）.

［5］石佳福.MCGS組態(tài)軟件在粗紗機遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.紡織機械，2011（3）.

［責任編輯鄭麗娟］

Motion Control System Designand Implementation Basedon Control of XCPLC

Jiang Lingyun
（Wuxi Vocational Institute of Commercial Technology，Wuxi 214153）

In this project， using the equipments with XC PLC， touch screen， frequency converter， proximity switch， we constructed a motion control system. PLC control program and HMI screen program was developed to realize the systemwhich can achieve low cost control targets on position feedback control and speed control

motion control system；PLC；multi-speed；high-speed counting；frequency transformer；touch screen

TP393

A

2095-0438（2016）09-0155-03

2016-05-07

江凌云（1976－），男，安徽桐城人，無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機電技術(shù)學院講師，碩士，研究方向：機電一體化技術(shù)及工控技術(shù)。