（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，廣州 510800）

0 引言

運(yùn)動(dòng)控制是指對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，使其按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。目前，運(yùn)動(dòng)控制器在工業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越多，主要涉及到的應(yīng)用領(lǐng)域有產(chǎn)品的加工、裝配、以及后期組裝等。

QD75P4定位模塊是三菱公司4軸開(kāi)路集電極系統(tǒng)脈沖輸出定位控制器，具有定位范圍廣，定位精度高（微米級(jí)）、速度快（200kHz）、啟動(dòng)時(shí)間短（0.2毫秒）等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)位置、速度控制與PLC、驅(qū)動(dòng)裝置組合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制要求。

1 系統(tǒng)控制要求

系統(tǒng)將由前工序運(yùn)送來(lái)的物品從某固定初始位移動(dòng)到指定位進(jìn)行碼垛擺放整齊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和物品碼放示意圖如圖1所示。

系統(tǒng)由三個(gè)互相垂直的絲杠組成，采用三臺(tái)伺服電機(jī)負(fù)責(zé)帶動(dòng)三個(gè)方向的絲杠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。分別實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，其中X、Y兩軸負(fù)責(zé)平面運(yùn)動(dòng)，Z軸負(fù)責(zé)上下運(yùn)動(dòng)。

系統(tǒng)控制要求：1）系統(tǒng)精度達(dá)到毫米級(jí)；2）系統(tǒng)具有良好的操作性；3）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)任意的直線插補(bǔ)；4）系統(tǒng)具有快速響應(yīng)性。

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）硬件設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和物品碼放示意圖

圖2 控制系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)圖

圖3 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)接線圖

以Q03UDE CPU PLC為主控制器，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的邏輯和定位運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制和管理；智能定位模塊QD75P4執(zhí)行對(duì)定位參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，輸出指令脈沖發(fā)送給三個(gè)伺服放大器，軸2、3、4分別控制X、Z、Y方向運(yùn)動(dòng)；伺服放大器MR-J3-10A負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)HF-KP13，以完成三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，電機(jī)編碼器的分辨率為262144脈沖/轉(zhuǎn)的絕對(duì)位置編碼器?？刂葡到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)接線圖如圖3所示。

2） 軟件設(shè)計(jì)

包括兩部分：PLC程序設(shè)計(jì)和定位模塊QD75P4參數(shù)設(shè)置，其中PLC程序完成系統(tǒng)的邏輯和定位運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。物品碼放流程圖如圖4所示。

QD75P4參數(shù)設(shè)置的方法有兩種（監(jiān)視數(shù)據(jù)用戶不能修改）：1）PLC順控程序設(shè)置；2）專用軟件（GX Configurator-QP、GX Works2軟件等）設(shè)置。若采用PLC順控程序設(shè)置參數(shù)將會(huì)使程序變得復(fù)雜，增加掃描時(shí)間。

本系統(tǒng)采用GX WORKS2 軟件，其優(yōu)點(diǎn)：既可以進(jìn)行PLC程序編程，又帶QD75P4定位參數(shù)設(shè)置功能。

3 三軸運(yùn)動(dòng)控制QD75P4參數(shù)設(shè)置

圖4 物品碼放流程圖

QD75的常用參數(shù)包括基本參數(shù)、詳細(xì)參數(shù)、回零(OPR)參數(shù)以及定位數(shù)據(jù)和塊啟動(dòng)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)將三軸運(yùn)動(dòng)控制重要參數(shù)和數(shù)據(jù)加以說(shuō)明，其中軸2和軸4兩臺(tái)電機(jī)負(fù)責(zé)X、Y兩個(gè)方向上的動(dòng)作，軸3負(fù)責(zé)Z方向的動(dòng)作。

3.1 主要參數(shù)

Pr.1單位設(shè)置：3（單位：脈沖數(shù)）；

Pr.2電機(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（Ap）： 4000（單位：脈沖數(shù)）；

Pr.3電機(jī)每轉(zhuǎn)移動(dòng)量（Al）： 4000（單位：脈沖數(shù)）；

Pr.43 OPR 方法：0（近點(diǎn)狗方法）；

Pr.44 OPR 方向：0（正方向）；

Pr.46 OPR 速度起動(dòng)：1（單位：pulse/s）；

說(shuō)明：對(duì)于Pr.2和Pr.3參數(shù)的設(shè)定，要結(jié)合驅(qū)動(dòng)器MR-J3-10A的參數(shù)和HF-KP13電機(jī)參數(shù)而定。設(shè)伺服放大器電子齒輪比CMX/CDV=8192/125（計(jì)算方法見(jiàn)后），則對(duì)于QD75P4，對(duì)應(yīng)的電機(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)Ap為：

在GX WORKS2軟件中設(shè)置QD75P4模塊基本參數(shù)、詳細(xì)參數(shù)和原點(diǎn)回歸參數(shù)如圖5所示。

圖5 QD75P4模塊基本參數(shù)、詳細(xì)參數(shù)和原點(diǎn)回歸參數(shù)

3.2 定位數(shù)據(jù)和塊起動(dòng)數(shù)據(jù)

用于設(shè)置“主要的定位控制”用的數(shù)據(jù)，建立獨(dú)立動(dòng)作過(guò)程。各個(gè)軸可以設(shè)置1～600個(gè)定位數(shù)據(jù)項(xiàng)目，定位數(shù)據(jù)項(xiàng)目包括：運(yùn)行模式、控制方式、插補(bǔ)對(duì)象軸、加速時(shí)間、減速時(shí)間、定位地址、圓弧地址、指令速度、停留時(shí)間、M代碼。三軸定位數(shù)據(jù)如圖6～圖8所示。

圖6 X軸的定位數(shù)據(jù)

圖7 Y軸定位數(shù)據(jù)

控制方式為ABS直線（3-軸線性插補(bǔ)控制），只需設(shè)置X軸即軸2的塊起動(dòng)數(shù)據(jù)。具體參數(shù)設(shè)置如圖9所示。

4 伺服放大器重要參數(shù)設(shè)置

已知HF-KP13伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速為N0=3000轉(zhuǎn)/分鐘，編碼器分辨率為Pt=262144pulse/每轉(zhuǎn)；f為伺服放大器的輸入脈沖頻率（pulse/s），QD75P4為集電極開(kāi)路方式，最大輸出脈沖為200kpulse/s，即f=200kpulse/s。

為使在QD75的最大輸出脈沖指令下使伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使用伺服放大器的電子齒輪，設(shè)定電子齒輪如下：

圖8 Z軸定位數(shù)據(jù)

圖9 X軸的塊起動(dòng)數(shù)據(jù)

伺服放大器重要參數(shù)設(shè)置：PA01: 0，位置控制模式、PA06:32767，電子齒輪分子、PA07:500，電子齒輪分母。

5 X軸定位控制PLC程序

X軸高級(jí)定位起動(dòng)數(shù)據(jù)控制程序如圖11所示。

圖10 電子齒輪比示意圖

圖11 X軸定位控制PLC程序

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6 結(jié)論

三菱QD75定位模塊可以準(zhǔn)確定位和運(yùn)行，但其參數(shù)和程序較復(fù)雜，三菱交流伺服驅(qū)動(dòng)的性能非常優(yōu)良，功能強(qiáng)大，使用靈活，通過(guò)QD75定位模塊可以實(shí)現(xiàn)多軸復(fù)雜控制和運(yùn)動(dòng)控制要求，控制準(zhǔn)確，運(yùn)行可靠程度高。

[1]范其明.基于QD75MH4的三軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新 2013.

[2]趙乃輝,趙子龍.基于QD75D4 定位模塊點(diǎn)膠圖形的開(kāi)發(fā)[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,2011.

[3]曾志清,毛虹,韓永剛.QD75定位模塊在成型機(jī)上的應(yīng)用[J].輪胎工業(yè),2004.