林宗德，陳 文，林新英

（閩南理工學(xué)院 實(shí)踐教學(xué)中心，福建 石獅 362700）

運(yùn)動(dòng)控制是對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)元件的位置、速率等進(jìn)行及時(shí)的控制和監(jiān)控，使其按照設(shè)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)[1]。目前，運(yùn)動(dòng)控制器在高等教育實(shí)踐教學(xué)和工業(yè)上運(yùn)用越來越多，主要是因?yàn)殡S著數(shù)控控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人和智能制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，涉及到的有產(chǎn)品的加工、裝配、焊接、噴漆等工藝。

較早期的運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)際上是專用的控制器，不需要其他的處理器和操作系統(tǒng)，可以獨(dú)立完成運(yùn)動(dòng)控制、工藝技術(shù)要求和人機(jī)交互功能。但是隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，很多控制器需要和PLC結(jié)合運(yùn)用起來，才能更好地完成系統(tǒng)較復(fù)雜的邏輯控制等。而QD75型的PLC就是屬于這類運(yùn)動(dòng)控制器[2]。

1 系統(tǒng)控制要求

整個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)互相垂直的機(jī)械絲杠組成，分別實(shí)現(xiàn)X 軸、Y 軸兩個(gè)方向上的平面運(yùn)動(dòng)，完成由兩臺(tái)伺服電機(jī)及一臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，X、Y 軸是十字工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)X 軸、Y 軸直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在平面上畫出想要的圖形，以此來模擬機(jī)床加工過程的運(yùn)動(dòng)軌跡。為此對(duì)系統(tǒng)提出高精度的運(yùn)動(dòng)要求：

1）系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單的操作性；

2）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)任意的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)；

3）系統(tǒng)具有較高的靈敏性。

2 硬件設(shè)計(jì)

伺服放大器是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器，作用于普通交流馬達(dá)上，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。它一般是通過位置、速度和力矩3 種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。

由伺服放大器控制電機(jī)的編碼器，能夠?qū)崿F(xiàn)精度的控制[3]。采用絲杠與伺服電機(jī)的尺寸相配合，每個(gè)絲杠的螺距為5 mm，滿足系統(tǒng)控制的要求。整個(gè)控制系統(tǒng)伺服放大器如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)伺服放大器

QD75 系列定位模塊有軸1、軸2 和軸4 模塊可用于開集電極系統(tǒng)脈沖輸出QD75P 系列和差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置系統(tǒng)脈沖輸出QD75D 系列，以及采用三菱SSCNET 高速總線連接的QD75M 系列模塊共9 種不同型號(hào)，每個(gè)模塊需要單個(gè)插槽并占用32 個(gè)專用I/O通道。

QD75 是一種智能模塊，能夠把設(shè)定的數(shù)字量信號(hào)通過模塊轉(zhuǎn)換，輸出相對(duì)應(yīng)的模擬量信號(hào)。根據(jù)控制要求，軸1 和軸2 分別控制X、Y 方向上的運(yùn)動(dòng)。由QD75 負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的邏輯和定位運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制和管理，同時(shí)還采用人機(jī)界面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行操作和監(jiān)視[4]。整個(gè)控制系統(tǒng)電氣布局如圖2 所示，XY軸的控制布局如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)電氣布局

圖3 XY軸的控制布局

3 參數(shù)和軟件設(shè)計(jì)

3.1 伺服參數(shù)設(shè)定

基本設(shè)置為位置控制模式，檢測(cè)輸出脈沖數(shù)為2 000 pulse。位置控制參數(shù)到位范圍為0.1 um，脈沖數(shù)為2 000（指令脈沖數(shù)應(yīng)與QD75 中每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)參數(shù)一致）。具體的伺服系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如圖4 所示。

圖4 伺服系統(tǒng)基本參數(shù)設(shè)置

3.2 QD75參數(shù)設(shè)定

1)基本參數(shù)1 中設(shè)置單位參數(shù)0：mm，每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為2 000 pulse，每轉(zhuǎn)的移動(dòng)量為75.0 um；基本參數(shù)2 中設(shè)置速度限制值為45.00 mm/min，加速時(shí)間和減速時(shí)間都設(shè)置為1 ms[5-6]。

2）原點(diǎn)回歸基本參數(shù)中將原點(diǎn)回歸速度設(shè)定為5.0 mm/min，爬行速度設(shè)定為3.00 mm/min，通過限位開關(guān)進(jìn)行原點(diǎn)回歸重試功能的設(shè)置。具體參數(shù)設(shè)置如圖5所示[7]。

圖5 QD75原點(diǎn)回歸基本參數(shù)設(shè)置界面

4 PLC程序設(shè)計(jì)

利用GX Works2軟件，首先對(duì)系統(tǒng)的硬件和軟件參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，然后對(duì)PLC 程序進(jìn)行編寫[8]。其中涉及到的部分軟元件和人機(jī)界面配置表的功能如表1所示。

表1 部分軟元件功能

表1 （續(xù)）

軸1、軸2、極限復(fù)位及原點(diǎn)回歸等部分PLC 程序如圖6所示。

圖6 部分PLC程序

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和PLC 編程，所設(shè)計(jì)的兩軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠很好的滿足控制要求，也能充分體現(xiàn)了三菱QD75 智能定位模塊和伺服放大器系統(tǒng)的強(qiáng)大功能。在合理地應(yīng)用各種插補(bǔ)指令的情況下，能夠精確地運(yùn)動(dòng)到所需的位置，達(dá)到所設(shè)計(jì)兩軸運(yùn)動(dòng)控制的目的，為系統(tǒng)教學(xué)和集成工程師提供了重要的參考。