潘云忠 蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院

PLC下的兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

潘云忠 蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院

現(xiàn)階段，隨著科技的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)已不能滿足當(dāng)前發(fā)展的需求，相關(guān)技術(shù)人員必須及時(shí)地對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新，提高其綜合性能，降低其出現(xiàn)故障的概率，進(jìn)而保證其工作效率，本文主要針對(duì)PLC下的兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究進(jìn)行探討分析，從四個(gè)方面對(duì)其系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

PLC 兩軸運(yùn)動(dòng) 控制系統(tǒng) 研究

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技也在不斷地進(jìn)步，傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)的工作原理基本都是把電脈沖轉(zhuǎn)化為角的位移，主要具備以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，如開(kāi)環(huán)的控制結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可靠性高，價(jià)格低等。但同時(shí)由于其起動(dòng)的負(fù)載過(guò)大，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象。PLC工業(yè)計(jì)算機(jī)中的一種，其具有邏輯控制、步進(jìn)控制、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，且其可靠性也較高，通用性以及抗干擾性都比較好。因此為了順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，應(yīng)多運(yùn)用PLC控制步進(jìn)電機(jī)，淘汰傳統(tǒng)的點(diǎn)擊，構(gòu)建兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

PLC下的兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由幾個(gè)部分組成：觸摸屏；PLC；驅(qū)動(dòng)器；步進(jìn)電機(jī)；限位開(kāi)關(guān)；急停開(kāi)關(guān)；編碼器等。其大致工作流程如下：首先相關(guān)工作人員對(duì)觸摸屏端進(jìn)行操作，發(fā)出一定的控制指令，PLC受到控制指令之后，控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的指令，然后其將會(huì)帶動(dòng)相應(yīng)的進(jìn)給軸動(dòng)作，最后PLC產(chǎn)生相應(yīng)的反饋信號(hào)，并將反饋給觸摸屏。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

PLC下的兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)一般都是采用“脈沖+方向”方式，通過(guò)PLC傳遞的一些信號(hào)來(lái)完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。此外，PLC還會(huì)對(duì)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)數(shù)。而且由于其外部的一些開(kāi)關(guān)和功能按鈕也需分配輸入端口，因此就需要選擇了三菱FX3U-64MT，該P(yáng)LC端口分配如下表所示。信號(hào)名稱 輸入輸出編號(hào)A 輸入輸出編號(hào)B

脈沖 A000 B001方向 A004 B005電機(jī)運(yùn)行 A009 B010編碼器 A000 B001零點(diǎn)限位 A003 B004正轉(zhuǎn)限位 A006 B007反轉(zhuǎn)限位 A011 B012點(diǎn)動(dòng)（正向） A015 B016點(diǎn)動(dòng)（反向） A021 B022

急停 A014啟動(dòng) A023停止 A024回零 A025

3 系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)

PLC下的兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)也存在一定的不足之處。首先由于PLC本身并不具有插補(bǔ)計(jì)算功能，因此在進(jìn)行相關(guān)計(jì)算時(shí)存在一定的難度，必須對(duì)插補(bǔ)算法進(jìn)行一些科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的計(jì)算方法雖然很簡(jiǎn)單，但是存在一定的缺陷，不能實(shí)現(xiàn)兩軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的計(jì)算。兩軸同動(dòng)法則可以解決其存在的不足，其計(jì)算原理是每次分別輸出兩個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)給脈沖，同時(shí)對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，進(jìn)而確定兩個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)給量，根據(jù)直線合成原理可以得到一條直線。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖數(shù)成正比，因此其速度與脈沖頻率也成正比，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)。

LDX023

MOVD0K2Y004

LDY010

DDRVAD1D2Y000Y004

LDY011

DDRVAD3D4Y001Y005

LDM8000

DHSCRD1C235Y010

DHSCRD3C236Y011

當(dāng)運(yùn)算開(kāi)始時(shí)，PLC執(zhí)行其內(nèi)部的程序，同時(shí)使用D0的每個(gè)位來(lái)控制B004到B013輸出口的動(dòng)作。其中選擇B005作為A軸電機(jī)方向的控制信號(hào)，B011作為判斷B軸電機(jī)是否運(yùn)行的信號(hào)，即當(dāng)B010為高電平時(shí)，A軸電機(jī)會(huì)運(yùn)行，同時(shí)選擇B006作為B軸電機(jī)方向控制信號(hào)，B012作為判斷B軸電機(jī)是否運(yùn)行的信號(hào)，即當(dāng)B012為高電平時(shí)，B軸電機(jī)動(dòng)作。當(dāng)PLC高速計(jì)數(shù)口對(duì)編碼器的計(jì)數(shù)值與預(yù)設(shè)值相等時(shí)，B012或者B012將會(huì)被復(fù)位，電機(jī)就停止運(yùn)行。其數(shù)據(jù)結(jié)果如下:

4 觸摸屏界面的設(shè)計(jì)

PLC下的兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由于其操作存在一定的難度，需要采用三菱GS2107觸摸屏來(lái)進(jìn)行操作控制，相關(guān)工作人員可以通過(guò)觸摸屏端進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)其相關(guān)控制功能。手動(dòng)模式下其操作基本如下，即進(jìn)行A軸點(diǎn)動(dòng)、B軸點(diǎn)動(dòng)的操作。自動(dòng)模式下的操作流程則大不一樣，工作人員需要輸入起點(diǎn)坐標(biāo)以及終點(diǎn)坐標(biāo)，并選擇相應(yīng)的電機(jī)工作模式，按下啟動(dòng)按鈕，然后其將會(huì)根據(jù)內(nèi)部梯形圖，控制電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)行。其觸摸屏界面設(shè)計(jì)如下圖所示。

該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以PLC為核心，步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能良好；設(shè)計(jì)的插補(bǔ)算法和應(yīng)用指令，可以實(shí)現(xiàn)單軸運(yùn)動(dòng)或兩軸運(yùn)動(dòng)；采用觸摸屏作為人機(jī)交互界面，操作簡(jiǎn)單，易于掌握。

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