基于臺達PLC和變頻器的位置控制系統實(shí)現

1 引言

　　當今自動(dòng)化控制產(chǎn)品日新月異，相同功能的實(shí)現有各種各樣不同的方式。比如很多設備上都要使用的定位控制的實(shí)現就有很多種方法。有的利用單片機結合伺服系統實(shí)現定位控制；有的使用plc高速脈沖輸出功能或配定位單元結合伺服系統實(shí)現；還有的利用變頻器的多段速控制來(lái)實(shí)現定位控制。但不同的定位控制系統有不同的特點(diǎn)，成本也有很大的差異，于是針對不同的設備對精度和響應速度的要求，選用合適的定位控制系統以實(shí)現最優(yōu)的性?xún)r(jià)比就非常必要。本文介紹一個(gè)高性?xún)r(jià)比的，應用臺達plc的高速計數器和與變頻器通訊的功能來(lái)實(shí)現的定位控制的例子。

2 控制實(shí)例

　　切紙機械是印刷和包裝行業(yè)最常用的設備。其完成的最基本動(dòng)作是:把待裁切的材料送到指定位置，然后進(jìn)行裁切。其控制的核心就是一個(gè)單軸的位置控制。我們已經(jīng)成功的利用plc對變頻器的端子進(jìn)行控制，實(shí)現多段速調速，從而完成這個(gè)單軸控制。因為考慮到控制成本和操作的方便性，我們又應用臺達的esplc和vfd-b變頻器通過(guò)通訊來(lái)實(shí)現這個(gè)位置控制。

3 系統的構成

　　plc作為控制的核心，主要用來(lái)接收編碼器的反饋信號實(shí)現對當前位置的檢測，通過(guò)和設定值的比較用通訊功能來(lái)控制變頻器的輸出頻率從而實(shí)現精確定位。同時(shí)通過(guò)hmi可以方便的設定plc的一些內部寄存器值進(jìn)行人機交互，并且變頻器的工作頻率可以在hmi上方便修改和直觀(guān)顯示。臺達的dvp系列plc都具有兩個(gè)通訊口，com1是rs232，com2是rs485，支持modbus ascii/rtu通訊格式，通訊速率最高可達115200bps，兩通訊口可以同時(shí)使用。所以無(wú)需用任何擴展模塊就可以實(shí)現既可連接用于參數設置的人機界面又可用通訊的方式控制變頻器等其它設備。并且dvp系列plc提供了針對modbus ascii/rtu模式的專(zhuān)用通訊指令，這樣在編寫(xiě)通訊程序時(shí)就可以大大簡(jiǎn)化，無(wú)需像用串行數據傳送指令rs那樣要進(jìn)行復雜的校驗碼計算和遵循復雜的指令格式。臺達的vfd系列變頻器內建有單獨的rs-485串聯(lián)通訊界面，并且也遵循modbus ascii/rtu通訊格式(vfd-a系列除外)?；c這些特點(diǎn)選用了性?xún)r(jià)比優(yōu)異的dvp es plc和vfd-b變頻器。整個(gè)系統的結構圖如圖1所示。

圖1 控制系統框圖

圖2 實(shí)現顯示當前位置的高速計數程序段

4 plc的i/o分配

　　由于使用了通訊控制，可以省去用于控制變頻器的五個(gè)輸出點(diǎn)，plc輸出點(diǎn)的使用減少了。因此選用了dvp14es00r2和一個(gè)擴展模塊dvp08xm11n。i/o點(diǎn)的分配見(jiàn)表1。需要注意的是dvp14es plc的擴展模塊地址輸入點(diǎn)是從x20開(kāi)始，輸出點(diǎn)是從y20開(kāi)始。

表1 plc i/o分配表

5 es系列plc高速計數器應用

　　此工程中所選編碼器分辨率為500p/r，機器原系統配置編碼器分辨率為200p/r，理論精度比過(guò)去提高兩倍以上。電機為1450r/min，傳動(dòng)系統減速比為2.4。由此可計算出額定轉速下編碼器輸出的最高脈沖頻率為：1450r/min÷60s/min÷2.4×500p/r≈5khz。

　　盡管臺達es系列的高速計數器功能不算強大，其x0和x1可以接受的最高頻率為20khz的脈沖，但在這個(gè)系統中還是足以勝任的。為了簡(jiǎn)化程序中的計算，采用了兩個(gè)高速計數器c235和c236。c235通過(guò)計算所有前進(jìn)后退的脈沖數，再進(jìn)行換算后用于顯示進(jìn)給機構的當前位置，此功能實(shí)現的程序段見(jiàn)圖2所示。其程序中的m45和m47用于濾除定位完成后裁切過(guò)程中或其它震動(dòng)造成的編碼器輸出的誤脈沖，以實(shí)現位置的精確性。

　　c236用于進(jìn)行精確定位。定位過(guò)程是這樣的，每次進(jìn)給機構需要定位工作時(shí)，通過(guò)計算把需要的脈沖數送到c236，不論進(jìn)給機構前進(jìn)還是后退，c236進(jìn)行減計數，同時(shí)對c236中的數值進(jìn)行比較，根據比較結果控制變頻器的輸出頻率，實(shí)現接近設定值時(shí)進(jìn)給速度變慢的三段速度控制，從而達到精確定位。精確定位時(shí)的高速計數器程序如圖3所示。其中m83、m84用來(lái)觸發(fā)寫(xiě)變頻器運轉方向的數據，m85、m86，m87都用來(lái)觸發(fā)寫(xiě)變頻器運轉速度的數據。