【導(dǎo)讀】技術(shù)人員在設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)時(shí)，考慮選用PLC控制取代接觸器控制。進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合控制的軟、硬件的實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單位脈沖所具有。的步進(jìn)距離不變的特點(diǎn)，對(duì)其采用開環(huán)點(diǎn)位控制。因此可將整個(gè)運(yùn)動(dòng)視為折線運(yùn)動(dòng)，每。一個(gè)動(dòng)作可視為運(yùn)動(dòng)程序相同、特征參數(shù)各異的點(diǎn)位相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其以起點(diǎn)作為參考點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式下運(yùn)用關(guān)鍵點(diǎn)位輸入及自動(dòng)。模式查表方式的“仿形”動(dòng)作。

　　

【正文】 充到 256 點(diǎn)的 I/O。 ? 更高速運(yùn)算。 基本指令 s/指令；應(yīng)用指令是 s/指令至幾百μ s/指令。 ? 寄存器容量擴(kuò)展。 ? 更為豐富的器件資源。輔助繼電器 3072 點(diǎn)、定時(shí)器 256 點(diǎn)、計(jì)數(shù)器 235 點(diǎn)、數(shù)據(jù)寄存器 8000 點(diǎn)。 ? 特殊功能模塊。主單元可配 置 8 個(gè)特殊功能模塊。 ? 數(shù)學(xué)指令集。使用 32 位處理器、浮點(diǎn)數(shù)、方根和三角幾何指令滿足數(shù)學(xué)功能。 4） 位置控制 模塊擴(kuò)展 位置控制是對(duì)工位的控制，可由位置控制模塊實(shí)現(xiàn) .PLC 系統(tǒng)可作為整個(gè)位置控制系統(tǒng)中的一個(gè)控制環(huán)節(jié)，配上伺服放大器或驅(qū)動(dòng)放大器，就可以將位置控制功能和邏輯控 第 23 頁(yè) 制、順序控制等一攬子解決。 利用 PLC 模塊實(shí)現(xiàn)位置控制的優(yōu)點(diǎn)： ? 在實(shí)現(xiàn)位置控制的時(shí)候，可充分利用 PLC 系統(tǒng)的硬件和軟件資源。更便于在柔性制造系統(tǒng)（ FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS）或工廠自動(dòng)化（ FA）系統(tǒng)中大量應(yīng)用位置控制。 ? 用戶可根據(jù)自身要 求靈活配置系統(tǒng)，既降低成本，又能因地制宜。 ? 可靠性高，維護(hù)方便。 FX1PG 脈沖輸出模塊是一種根據(jù) FROM/TO 指令進(jìn)行與 FX FX2C 系列 PLC 數(shù)據(jù)交換的特殊功能模塊。用一臺(tái) FX1PG 獨(dú)立進(jìn)行一軸定位控制，而一臺(tái) PLC 則最多可連 8 臺(tái) FX1PG。 5） PLC 系列選擇 FX1N 系列以其信價(jià)比獨(dú)占鰲頭。但程序結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 就功能而言， FX2N 系列是不錯(cuò)之選，選配 3 個(gè) FX2N1PGE 脈沖輸出模塊給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備提供穩(wěn)定 信號(hào)，同時(shí)模塊程序簡(jiǎn)化了 PLC 程序的結(jié)構(gòu)。但其制造總價(jià)較高，就核心控制系統(tǒng) PLC 及其 模塊而言，其成本將是 FX1N 系列的 4 倍以上。 由于本文中機(jī)械手不必聯(lián)動(dòng)，分時(shí)復(fù)用即可，適用范圍內(nèi)不必選用 FX2N1PGE 脈沖輸出模塊，其功能 通過 軟件實(shí)現(xiàn)。 輸出方式 PLC 包括繼電器輸出和晶體管輸出兩種 輸出方式 。其適 輸出區(qū)別 如下： 2） 負(fù)載電壓、電流類型不同 負(fù)載類型：晶體管只能帶直流負(fù)載，而繼電器帶交、直流負(fù)載均可。 電流：晶體管電流 ，繼電器 2A。 電壓：晶體管可接直流 24V（繼電器可以接直流 24V 或交流 220V）。 3） 負(fù)載能力不同 晶體管帶負(fù)載的能力小于繼電器帶負(fù)載的能力，用晶體管時(shí) ，有時(shí)候要加其他東西來帶動(dòng)大負(fù)載（如繼電器，固態(tài)繼電器等）。 4） 晶體管過載能力小于繼電器過載的能力 一般來說，存在沖擊電流較大的情況時(shí)，晶體管過載能力較小，需要降額更多。 5） 晶體管響應(yīng)速度快于繼電器 第 24 頁(yè) 繼電器輸出型原理是 CPU 驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，令觸點(diǎn)吸合，使外部電源通過閉合的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，其開路漏電流為零，響應(yīng)時(shí)間慢（約 10ms） ，主要控制開關(guān)量 。 晶體管輸出型原理是 CPU 通過光耦合使晶體管通斷，以控制外部直流負(fù)載，響應(yīng)時(shí)間快（約 甚至更?。＞w管輸出一般用于高速輸出，如伺服／步進(jìn)等，用于動(dòng)作頻率高的 輸出。 6） 額定工作情況下，繼電器有動(dòng)作次數(shù)壽命，晶體管只有老化沒有使用次數(shù)限制 。 繼電器是機(jī)械元件所以有動(dòng)作壽命，晶體管是電子元件，只有老化，沒有使用次數(shù)限制。繼電器的每分鐘開關(guān)次數(shù)也是有限制的，而晶體管則沒有。 本文中使用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源， 故采用晶體管輸出 ，直流 D24V 電源 。 I/O 點(diǎn)數(shù) I/O 點(diǎn)數(shù)是衡量可編程控制器規(guī)模大小的依據(jù)。 確定依據(jù)：將與 PLC 相連的全部輸入、輸出器件根據(jù)所需的電壓、電流的大小和種類分別統(tǒng)計(jì)，考慮將來發(fā)展的需要再相應(yīng)增加 10％～ 15％的余量 。 如表 所示 。 表 I/O 點(diǎn) 數(shù) 估算 統(tǒng)計(jì) 序號(hào) 電氣設(shè)備、元件 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 使用數(shù)量 1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 0 2 3 2 脈沖信號(hào)源 0 1 1 3 行程開關(guān) 1 0 6 4 指示燈 0 1 11 5 報(bào)警嗡鳴器 0 1 1 6 按鈕 1 0 12 7 電磁繼電器 0 1 1 8 5 位旋鈕 5 0 1 合計(jì) 輸入點(diǎn)數(shù) 22 輸出點(diǎn)數(shù) 20 總點(diǎn)數(shù) 44 I/O 口 分配原則 1） 特殊、特定 I/O 點(diǎn) 優(yōu)先分配。如高速脈沖輸出口 Y000 或 Y001； 方便指令中 初 第 25 頁(yè) 始狀態(tài) 指令等。 2） 普通無指定 I/O 點(diǎn)的歸類分配。 3） 適當(dāng)?shù)?方法節(jié)省 I/O 點(diǎn)數(shù)。如編碼 等。 I/O 口 分配論證 方案一： 表 方案一 I/O 分配輸入端 一覽表 輸入 功能 (設(shè)備 ) 輸入 功能 (設(shè)備 ) X000 機(jī)械手夾緊 X014 X001 機(jī)械手放松 X015 X002 X 方向位移 + X016 X003 X 方向位移 X017 保存 X004 Y 方向位移 + X020 手動(dòng) X005 Y 方向位移 X021 原點(diǎn) X006 旋轉(zhuǎn)位移 + X022 單步進(jìn)運(yùn)動(dòng) X007 旋轉(zhuǎn)位移 X023 單周期運(yùn)動(dòng) X010 超程 保護(hù)編碼輸入口 X024 自 動(dòng) X011 超程 保護(hù)編碼輸入口 X025 回原點(diǎn)啟動(dòng) X012 超程 保護(hù)編碼輸入口 X026 自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng) X013 X027 停止 表 方案一 I/O 分配輸出端 一覽表 輸出 功能 (設(shè)備 ) 輸出 功能 (設(shè)備 ) Y000 步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào) Y010 啟動(dòng)指示燈 L0 Y001 X 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ENA Y011 停止指示燈 L1 Y002 X 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向 Y012 急停 /故障指示燈 L2 Y003 Y 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ENA Y013 故障報(bào)警 Y004 Y 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向 Y014 位移指示燈編 碼輸出口 Y005 旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ENA Y015 位移指示燈編碼輸出口 Y006 旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向 Y016 位移指示燈編碼輸出口 Y007 機(jī)械手夾緊 /放松 Y017 第 26 頁(yè) 此方案應(yīng)用應(yīng)用三位二進(jìn)制編碼器進(jìn)行硬編碼， PLC 進(jìn)行軟解碼對(duì) 超程 保護(hù)行程開關(guān)進(jìn)行 I/O 點(diǎn)數(shù)節(jié)省，使 I/O 口總點(diǎn)數(shù)（包括 10%～ 20%的備用量 ）在 40 點(diǎn)以內(nèi)，以節(jié)約 PLC 費(fèi)用。具體編碼如下： 表 編碼表 輸入 輸出 (PLC I/O 口 ) 行程開關(guān)報(bào)警 X010 X011 X012 無報(bào)警 (I0) 0 0 0 LS1(I1) 0 0 1 LS2(I2) 0 1 0 LS3(I3) 0 1 1 LS4(I4) 1 0 0 LS5(I5) 1 0 1 LS6(I6) 1 1 0 無定義 (I7) 1 1 1 由編碼表寫出邏輯式 ： 765476547654010 IIIIIIIIIIIIX ???????????? 763276327632020 IIIIIIIIIIIIX ???????????? 753175317531012 IIIIIIIIIIIIX ???????????? 邏輯圖 見圖 。 第 27 頁(yè) 圖 編碼器原理圖 選用 74LS147 擴(kuò)展芯片可以實(shí)現(xiàn)編碼，具體接線方式在此不予詳述。 優(yōu)點(diǎn) ： 通過對(duì) 超程 保護(hù)行程開關(guān)的 編碼實(shí)現(xiàn) I/O 點(diǎn)數(shù)的節(jié)省，將 PLC 總 I/O 點(diǎn)數(shù)壓縮在40 點(diǎn)以內(nèi)，選用 FX1N40MTD，從而降低 PLC 的成本。 缺點(diǎn)： 1） 程序復(fù)雜，只能實(shí)現(xiàn)單線程工作。需保證有且僅有一個(gè)行程開關(guān) （指示燈） 動(dòng)作， 要對(duì)信號(hào)進(jìn)行前置處理 ， 若同時(shí)觸發(fā)兩點(diǎn) PLC 將出現(xiàn)識(shí)別錯(cuò)誤 。 2） 容易受到外界信號(hào)干擾，穩(wěn)定性受到一定影響。 運(yùn)動(dòng)指示燈解碼 采用軟編碼，硬件解碼方式，同樣存在以上問題，在此不予熬訴。 綜上所述，節(jié)省 I/O 點(diǎn)數(shù)措施為以后的穩(wěn)定運(yùn)作埋下了很多安全隱患，生產(chǎn)成本并沒有得到很好的降低，僅僅是制造成本的轉(zhuǎn) 移。此方案不予以采納。 方案二： 第 28 頁(yè) 表 方案二 I/O 分配輸入端 一覽表 輸入 功能 (設(shè)備 ) 輸入 功能 (設(shè)備 ) X000 X014 超程 保護(hù) (行程開關(guān) LS3) X001 X 方向位移 +SB4 X015 旋轉(zhuǎn)原點(diǎn) (行程開關(guān) LS4) X002 X 方向位移 SB5 X016 超程 保護(hù) (行程開關(guān) LS5) X003 Y 方向位移 +SB6 X017 位置保存 SB3 X004 Y 方向位移 SB7 X020 手動(dòng) X005 旋轉(zhuǎn)位移 +SB8 X021 回原點(diǎn) X006 旋轉(zhuǎn)位移 SB9 X022 單步運(yùn)動(dòng) X007 機(jī)械手夾緊 SB10 X023 單周期運(yùn)動(dòng) X010 機(jī)械手放松 SB11 X024 全自動(dòng)運(yùn)行 X011 X 原點(diǎn) (行程開關(guān) LS0) X025 回原點(diǎn)啟動(dòng) SB0 X012 超程 保護(hù) (行程開關(guān) LS1) X026 自動(dòng)啟動(dòng) SB1 X013 Y 原點(diǎn) (行程開關(guān) LS2) X027 停止 SB2 表 方案二 I/O 分配輸入端 一覽表 輸出 功能 (設(shè)備 ) 輸出 功能 (設(shè)備 ) Y000 步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào) Y014 Y 方向位移 +指示燈 L4 Y001 X 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ENA Y015 Y 方向位移 指示燈 L5 Y002 X 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向 Y016 旋轉(zhuǎn)位移 +指示燈 L6 Y003 Y 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ENA Y017 旋轉(zhuǎn)位移 指示燈 L7 Y004 Y 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向 Y020 機(jī)械手指示燈 L9 Y005 旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ENA Y021 故障指示燈 L10 Y006 旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向 Y022 故障報(bào)警 嗡鳴器 Y007 機(jī)械手夾緊 /放松、 L8 Y023 Y010 回原點(diǎn)指示燈 L0 Y024 Y011 自動(dòng)啟動(dòng)指示燈 L1 Y025 Y012 X 方向位移 +指示燈 L2 Y026 Y013 X 方向 位移 指示燈 L3 Y027 第 29 頁(yè) 此方案對(duì) 超程 保護(hù)所使用的行程開關(guān) 合運(yùn)動(dòng)方向指示燈 ，獨(dú)立分配 I/O。 優(yōu)點(diǎn)： 1） 獨(dú)立控制，互不干擾。 2） 程序簡(jiǎn)單，無需添置編碼、解碼張芯片及其抗干擾設(shè)施。 3） 良好的穩(wěn)定性。 4） 預(yù)留足夠的 I/O 點(diǎn)數(shù)，大于 10~20%。方便以后的擴(kuò)展升級(jí)。 缺點(diǎn)： 價(jià)格略高于前者。 綜上優(yōu)點(diǎn)， 優(yōu)先 選用 FX2N48MTD 型 PLC 方案二作為最終選定方案。 PLC 硬件接線圖見圖 。 第 30 頁(yè) 圖 三菱 FX2N48MTD PLC 接線圖 FX2N48MTD 型 PLC 2. ST2HB02X 型 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器 3. 42HS003 兩相混合式步進(jìn)電機(jī) 程序設(shè)計(jì) 存儲(chǔ)區(qū)域分配 脈沖計(jì)數(shù)存儲(chǔ)區(qū)域分為 統(tǒng)計(jì)區(qū)、 暫存區(qū)和存儲(chǔ)區(qū) 三 個(gè)部分。 統(tǒng)計(jì)區(qū)：對(duì)保存數(shù)據(jù)的組數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)， 確定 有效區(qū)域 范圍，配備 16 位斷電保持?jǐn)?shù) 第 31 頁(yè) 據(jù)寄存器 D200 和 D327。 暫存區(qū)：臨時(shí)存儲(chǔ)脈沖 信息 ， 進(jìn)行數(shù)據(jù)的基本處理，執(zhí)行 數(shù)據(jù)計(jì)算功能。 由于脈沖數(shù)據(jù) 值 較大采用 32 位 斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器 D201~D206。 存儲(chǔ)區(qū)：又分為脈沖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和 其他 存儲(chǔ)區(qū)。長(zhǎng)期存儲(chǔ)自動(dòng)程序數(shù)據(jù)值。 脈沖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)：存儲(chǔ)暫存區(qū) 經(jīng)處理后的有效脈沖數(shù)。采用 32 位 斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器。 初設(shè)計(jì) 20 組 控制點(diǎn)位 即 D207~D326。 其他存儲(chǔ)區(qū)： 運(yùn)動(dòng)方向 存儲(chǔ)和 機(jī)械手手爪狀態(tài) 。采用斷電保持輔助繼電器存儲(chǔ)位狀態(tài)。與脈沖數(shù)據(jù)存取區(qū)相匹配 20 組控制點(diǎn)位即 M500~M579。 運(yùn)動(dòng)方向存儲(chǔ)分區(qū)為D500~D559，機(jī)械手手爪狀態(tài)存儲(chǔ)分區(qū)為 D560~D579。 表 脈沖計(jì)數(shù)存儲(chǔ)區(qū) D200 D327 D201 D202 D203 D204 D205 D206 X 方向脈沖信息 Y 方向脈沖信息 旋轉(zhuǎn)脈沖信息 統(tǒng)計(jì)區(qū) 暫存區(qū) 1 D207 D208 D209 D210 D211 D212 X 方向脈沖信息 Y 方向脈沖信息 旋轉(zhuǎn)脈沖信息 儲(chǔ)存區(qū) 2 D213 D214 D215 D216 D217 D218 X 方向脈沖信息 Y 方向脈沖信息 旋轉(zhuǎn)脈沖信息 儲(chǔ)存區(qū) 3 D219 D220 D221 D222 D223 D224 X 方向脈沖信息 Y 方向脈沖信息 旋轉(zhuǎn)脈沖信息 儲(chǔ)存區(qū) … … … … …