基于PLC的定位控制功能的實現(xiàn)

王記昌，李 仁

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽473009）

定位控制是位置控制的一種形式，在機械設(shè)備控制中有很重要的地位。目前中國國內(nèi)廣泛使用的是利用PLC或?qū)Ｓ每刂破骺刂撇竭M(jìn)電機或伺服電機實現(xiàn)定位控制[1]。其控制精度較高、控制性能好，尤其是伺服控制系統(tǒng)，但控制成本較高。所以在定位控制精度要求較低的情況下，可以采用對異步電機的控制來實現(xiàn)。本文結(jié)合物料分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計，介紹該定位控制的實現(xiàn)過程。

1 任務(wù)描述

物料分揀系統(tǒng)的任務(wù)示意圖如圖1所示，即物料進(jìn)入分揀系統(tǒng)后，輸送帶帶動物件開始移動，在移動的過程中，通過顏色傳感器檢測出是黑色或白色物料，使其進(jìn)入不同的料倉中，完成分揀。

圖1 物料分揀系統(tǒng)任務(wù)表述示意圖

2 方案設(shè)計

要實現(xiàn)任務(wù)要求，關(guān)鍵點在于控制器需要計算物料是否移動到料倉中心軸線所在的位置上，這就涉及到定位控制的問題。為了保證定位的效果及實現(xiàn)過程經(jīng)濟(jì)性的原則，確定的控制思路如下：物件放入入料口后，通過PLC控制，使異步電機運轉(zhuǎn)驅(qū)動傳送帶工作，把工件帶進(jìn)分揀區(qū)，如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為白色，則顏色檢測傳感器動作，當(dāng)物件移動到1號料倉中心位置時，對應(yīng)的氣缸動作，物料推入料倉中；若為黑色，推到2號槽里，完成分揀。其整體控制框圖如圖2所示。

在圖2中，編碼器輸出的脈沖信號傳送給控制器PLC，通過PLC檢測物料移動的位置，從而實施定位控制。為了保證控制效果，在每次PLC上電運行時，通過PLC程序控制，計算編碼器的脈沖當(dāng)量，并記錄電機在自由停止的過程中返回的脈沖數(shù)。

圖2 整體控制框圖

3 定位控制的實現(xiàn)

3.1 硬件電路的搭建

整個控制系統(tǒng)的硬件電路由主電路與控制電路構(gòu)成，在主電路的設(shè)計上，考慮到編碼器脈沖當(dāng)量的自動準(zhǔn)確測量，采用能實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)的電路，如圖3所示。

圖3 主電路設(shè)計

在控制電路的設(shè)計上，需要重點考慮編碼器輸出脈沖的接收，由于其輸出脈沖頻率較高，需采用帶高速計數(shù)器的PLC。根據(jù)編碼器的輸出形式及計數(shù)模式的選擇，完成編碼器信號線與PLC的接線。為了避免主電路短路，控制電機正反轉(zhuǎn)的接觸器要進(jìn)行互鎖。物料口物件及物件顏色檢測可以通過采用光電式接近開關(guān)和光纖式接近開關(guān)完成。在PLC的選擇上，需要考慮PLC外圍電路的輸入、輸出形式、技術(shù)參數(shù)及I/O點數(shù)的要求，同時要求選擇的控制器具備高速計數(shù)模塊的功能。根據(jù)選擇的PLC及外圍電路，確定電源的形式及電壓高低。編碼器選擇了增量式光電編碼器，輸出三組方波脈沖A、B和Z相，其中A、B兩路為正交脈沖信號，Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準(zhǔn)點定位?？刂齐娐啡鐖D4所示。

圖4 控制電路設(shè)計

3.2 程序設(shè)計

由于受傳送帶主動軸直徑（包括皮帶厚度）的測量誤差，傳送帶的安裝偏差、張緊度，分揀單元整體在工作臺面上定位偏差等因素的影響[2]，致使物料定位不準(zhǔn)確，不能順利完成分揀。為了保證定位的準(zhǔn)確，需要現(xiàn)場測試編碼器的脈沖當(dāng)量值及在電機自由停車的過程中返回的脈沖值。程序由主程序和3個子程序程序構(gòu)成，其中子程序1的功能用于計算每次PLC上電運行時編碼器的脈沖當(dāng)量及自由停車過程中的脈沖值。子程序2的功能是利用子程序1返回的參數(shù)值，完成物件的準(zhǔn)確分揀。子程序3的功能是完成高速計數(shù)器的初始化，包括控制字的設(shè)置、初始值、預(yù)置值的設(shè)置、高速計數(shù)器及模式選擇，該程序被主程序及子程序2調(diào)用。主程序的作用是判斷是否滿足分揀的條件，從而調(diào)用各子程序。主程序和子程序1、2的流程如圖5、6、7所示。

圖5 主程序流程圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

被控制對象采用減速電機，其主要技術(shù)參數(shù)如下：功率20 W、額定電壓380 V、額定頻率50 Hz、額定電流0.18 A、額定轉(zhuǎn)速1 300 rpm、減速比1:10?？刂破鬟x擇西門子S7-200CPU222 CN AC/DC/RLY型號的PLC，本機集成8輸入/6輸出共14個數(shù)字量I/O，4個獨立的30KHz高速計數(shù)器，1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力[3]。編碼器選用增量式光電編碼器，旋轉(zhuǎn)一周返回500個脈沖。根據(jù)圖3、4完成主電路及控制線路的安裝。

依據(jù)編程思路，在S7-200對應(yīng)的編程軟件中完成程序的設(shè)計，編譯成功后，通過PPI電纜線下載到PLC控制器中。運行調(diào)試表明，可實現(xiàn)預(yù)定的功能。

圖6 子程序1流程圖

圖7 子程序2流程圖

5 結(jié)束語

在定位精度要求不高的情況下，通過對異步電動機的控制達(dá)到準(zhǔn)確的定位效果，實現(xiàn)了物料的順利分揀。整個控制系統(tǒng)硬件電路易于實現(xiàn)，線路較為簡單，硬件成本低，整體經(jīng)濟(jì)型好。為了避免機械部分在安裝過程中的誤差影響，保證定位準(zhǔn)確，在軟件設(shè)計中，實現(xiàn)了脈沖當(dāng)量及停車過程中脈沖數(shù)的自動測量。通過對軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試，實現(xiàn)了預(yù)定的功能，取得良好的控制效果。

[1]陳嬋娟，薛 愷，常美蓉，等.基于PLC的步進(jìn)電動機單雙軸運動控制的實現(xiàn)[J].機械設(shè)計與制造，2009（3）：178-180.

[2]呂景泉.自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[3]廖常初.S7-200PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.