江凌云

（無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)學(xué)院　江蘇無(wú)錫　214153）

基于XC型PLC控制的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作

江凌云

（無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)學(xué)院江蘇無(wú)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，編制PLC控制程序和HMI畫面程序，實(shí)現(xiàn)低成本的位置反饋控制和速度控制。對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研制，有一定的參考價(jià)值。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；PLC；多段速；高速計(jì)數(shù)；變頻器；觸摸屏

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

一、總體設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目使用XC型PLC控制變頻器對(duì)普通電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制，通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器、接近開關(guān)的信號(hào)反饋實(shí)現(xiàn)低精度的位置控制，通過(guò)觸摸屏提高控制的自動(dòng)化程度。本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)原理框圖如圖1：

圖1　運(yùn)動(dòng)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(guò)信捷TH系列觸摸屏（型號(hào)TH765-M）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，因此需要很少的輸入點(diǎn)數(shù)，使用信捷XC系列可編程控制器（型號(hào)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(jī)，功率不大，因此使用信捷V5變頻器就能拖動(dòng)負(fù)載；因?yàn)橄到y(tǒng)中需要實(shí)現(xiàn)高速測(cè)量距離的功能，要對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)高速計(jì)數(shù)，故使用了旋轉(zhuǎn)編碼器；因?yàn)楸鞠到y(tǒng)同時(shí)可以使用模擬電壓信號(hào)對(duì)變頻器進(jìn)行控制，故使用了信捷XC系列擴(kuò)展模塊（型號(hào)XC-E4AD2DA）進(jìn)行模擬量的輸出控制。為了實(shí)現(xiàn)基本的限位、保護(hù)功能，選用了4只接近開關(guān)、2只行程開關(guān)。具體詳見運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的接線原理圖。

本系統(tǒng)中使用變頻器進(jìn)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(dòng)異步電機(jī)。在本實(shí)驗(yàn)裝置中，可以演示以下幾種變頻器操作方式：通過(guò)模擬電位計(jì)調(diào)整變頻器頻率；通過(guò)PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)多段速調(diào)速；通過(guò)觸摸屏設(shè)定頻率，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

在本設(shè)計(jì)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(yùn)行命令，其他都為默認(rèn)值。Y0，Y1，Y2對(duì)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(jì)數(shù)。旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的高速脈沖信號(hào)由PLC進(jìn)行計(jì)數(shù)，XC系列PLC具有與可編程控制器掃描周期無(wú)關(guān)的高速計(jì)數(shù)功能，通過(guò)選擇不同計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)針對(duì)測(cè)量傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器等高速輸入信號(hào)的測(cè)定，其最高測(cè)量頻率可達(dá)80KHz。在本項(xiàng)目中使用了AB相模式，高速計(jì)數(shù)值依照兩種差分信號(hào)（A相和B相）進(jìn)行遞增或遞減計(jì)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(rèn)模式為四倍頻模式。按圖3進(jìn)行高速計(jì)數(shù)輸入端口分配：

圖3　高速計(jì)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(jìn)行高速計(jì)數(shù)，程序邏輯如圖4所示：

圖4　高速計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯

由于單字帶符號(hào)寄存器計(jì)數(shù)范圍為-32768～32767，故當(dāng)計(jì)數(shù)值較大時(shí)，需采用雙字寄存器。本試驗(yàn)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(jì)（見圖5）。

圖5　畫面設(shè)計(jì)

（三）PLC程序設(shè)計(jì)與調(diào)試。本運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的命令語(yǔ)程序（相當(dāng)于其他型號(hào)PLC的指令表語(yǔ)言）如圖6所示：

圖6　命令語(yǔ)（指令表）

四、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的使用

通過(guò)觸摸屏畫面中下端兩個(gè)指示燈按鈕，可以選擇頻率給定方式。當(dāng)選定模擬量給定頻率時(shí)，可進(jìn)一步選擇屏幕輸入數(shù)據(jù)或電位器給定。當(dāng)屏幕給定時(shí)，可輸入一個(gè)0-50HZ的頻率，PLC程序?qū)⑵涮幚頌閷?duì)應(yīng)0-4095的數(shù)字量，從模塊的VO通道輸入給變頻器。當(dāng)選擇電位器給定時(shí)，可通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)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(dāng)選擇為端子給定頻率時(shí)，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(shí)，頻率給定通道為CI模擬量給定，但當(dāng)有端子給定頻率時(shí)，端子給定優(yōu)先，所以在一種設(shè)置下，就可實(shí)現(xiàn)端子及模擬量?jī)煞N頻率給定方式。

按下正轉(zhuǎn)按鈕或反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，小車就會(huì)相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)互鎖反轉(zhuǎn)按鈕，反轉(zhuǎn)按鈕不起作用；反轉(zhuǎn)時(shí)亦如此。當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器隨時(shí)記錄其運(yùn)動(dòng)數(shù)值。當(dāng)經(jīng)過(guò)3個(gè)接近開關(guān)時(shí)，會(huì)將當(dāng)時(shí)的記數(shù)值，放入對(duì)應(yīng)的寄存器中并顯示出來(lái)，通過(guò)計(jì)數(shù)清除按鍵可以清除計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)竭_(dá)左右兩極限位置時(shí)，小車會(huì)自動(dòng)停止。當(dāng)出現(xiàn)特殊情況，小車碰到極限位置的行程開關(guān)時(shí)，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(gè)試驗(yàn)臺(tái)的供電，達(dá)到保護(hù)功能。

五、結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目使用國(guó)產(chǎn)新型PLC作為控制器，實(shí)現(xiàn)低成本的運(yùn)動(dòng)控制方案，推進(jìn)了工學(xué)結(jié)合、校企合作，提高了學(xué)生的PLC編程和觸摸屏畫面設(shè)計(jì)等實(shí)踐操作技能。另外，該實(shí)訓(xùn)裝置涉及到變頻器的基本功能，可以使學(xué)習(xí)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(jì)數(shù)，這在工業(yè)控制中也很實(shí)用。

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［責(zé)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(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)及工控技術(shù)。