PLC-based控制器在自動化工具中的整合作用

文/葛少儒

PLC-based控制器在自動化工具中的整合作用

文/葛少儒

目前由于可編程控制器（PLC）功能提升，甚至具有pulse輸出點，使得PLC具備馬達(dá)定位控制信號的輸出功能，因此若以PLC建立PLC-based控制器的架構(gòu)，將可應(yīng)用于CNC機(jī)床的控制，并可大幅降低CNC機(jī)床控制器的設(shè)備成本。對于規(guī)劃以PLC架構(gòu)PLC-based控制器，將可結(jié)合電腦工程計算能力，計算出工件加工路徑，在通過RS232通訊口下載加工程序到PLC執(zhí)行?；赑LC使用上的優(yōu)點，本研究應(yīng)用PLC在工件上下料平臺與AC伺服車床或銑床間的整合控制，建立以PLC為架構(gòu)的PLC-based控制系統(tǒng)，并經(jīng)過RS232通訊口下載加工碼到PLC執(zhí)行，以同時整合工件上下料平臺與AC伺服車床與銑床的控制。因此，在本文中將探討架構(gòu)此PLC-based控制系統(tǒng)的重點技術(shù)，包括：PLC輸出pulse信號的程序控制方法，RS232通訊格式與各軸位移控制方法等。

自動化 可編程控制器 PLC-based控制器 整合控制

1 引言

雖然目前PLC-based控制器的發(fā)展受到相當(dāng)?shù)闹匾?，且其控制軟件也已相?dāng)?shù)某墒?，然而在實際工業(yè)界機(jī)床的應(yīng)用仍相當(dāng)有限，其原因是由于PLC-Based控制器與CNC控制器間的功能相近，而且PLC-based控制器的彈性與整合控制的特點并未被凸顯。因此，而如何將各種機(jī)床加工能力予以整合，將成為未來PLC-Based控制器應(yīng)用的重要課題。由于可編程控制器使用方便，可直接連接控制機(jī)械系統(tǒng)的輸出入接點，且無須額外提供信號轉(zhuǎn)換電路的困擾，因此常被應(yīng)用于工廠自動化中。尤其目前PLC功能逐漸增強(qiáng)，已具備彈性擴(kuò)充能力，可與電腦連接的RS232通訊接口，并且可提供方便使用的人機(jī)界面，使得PLC的應(yīng)用更具彈性與方便性。此外，新機(jī)種PLC甚至更提供pulse輸出接口，而使得PLC具備馬達(dá)定位控制信號的輸出功能。因此，若能結(jié)合電腦的工程運(yùn)算能力與PLC彈性且方便的應(yīng)用特性，利用PLC建立PLC-Based控制器的架構(gòu)，將可應(yīng)用于CNC機(jī)床的控制器。

2 重點技術(shù)簡介

本研究采用永宏點擊的PLC（型號FBN-40M）建立PLC-based控制系統(tǒng)，應(yīng)用于車床與銑床的整合控制，并結(jié)合自動倉儲系統(tǒng)，建立機(jī)床自動化系統(tǒng)。本系統(tǒng)分兩部分程序執(zhí)行：一部分是PLC的執(zhí)行程序，是以階梯圖程序編寫，用以執(zhí)行工件的上下料與加工；另一部分是電腦上的執(zhí)行程序，其功能包括，編譯CNC加工G code程序成為各軸的加工位移碼，與監(jiān)控PLC程序執(zhí)行加工指令。以下將分別就：PLC輸出pulse信號的程序控制方法，RS232通信格式與位移控制方法等，以說明PLC運(yùn)用于機(jī)床整合控制的主要技術(shù)。

2.1 PLC輸出pulse信號的程序控制方法

永宏FBN系列PLC，對于pulse信號的輸出，須先就其所控制的馬達(dá)特性設(shè)置適當(dāng)參數(shù)，共有18個參數(shù)，占用23個寄存器，其中較重要參數(shù)有：單位，脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)，位移量/轉(zhuǎn)以及Z相計數(shù)值等，這些參數(shù)預(yù)先在參數(shù)表中輸入，并借由執(zhí)行參數(shù)設(shè)置指令FUN141來設(shè)置pulse輸出接口的參數(shù)值；另外，再由高速pulse輸出指令FUN140執(zhí)行pulse輸出的計數(shù)與控制。以下將以銑床X軸參數(shù)設(shè)置與原點回歸控制程序為例來說明，如圖1所示。

其中，ps表示銑床X軸的AC伺服馬達(dá)連接至PLC pulse0點，SP為該指令參數(shù)放置或控制程序的起始位置，WR則為此控制程序系統(tǒng)運(yùn)作所須用的寄存器起始位置，共占用7個寄存器。M1924為一特殊繼電器，在開始執(zhí)行PLC程序時會ON一個掃描周期，故可借此執(zhí)行FUN141來設(shè)置參數(shù)值。當(dāng)M92為ON時，將啟動X軸原點回歸程序，F(xiàn)UN140會執(zhí)行SP指定位置R1060的原點回歸程序。當(dāng)程序指令執(zhí)行時，ACT用以指示pulse信號在輸出中，可由M290檢知；ERR則表示指令執(zhí)行錯誤，可由M291檢知；而當(dāng)指令完成一步時則DN會ON。

2.2 RS232通訊格式

對于電腦部分的程序，其程序語言選擇工業(yè)界廣泛采用的VB(Visual Basic)語言，其程序的主要執(zhí)行功能包括：（1）加工G Code的編譯，（2）經(jīng)由Rs232通訊口下載加工程序至PLC執(zhí)行，（3）監(jiān)控PLC程序的執(zhí)行。在VB中利用RS232通訊口，建立與PLC連接功能，可以利用Communications控制項提供 連 線 的Commport，Settings，PortOpen，Input與output等屬性分別來指定串行口的開啟，設(shè)置通訊傳輸速度，設(shè)置通訊口的連接，讀入通訊口的數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)到通訊口。

2.3 位移控制方法

若以銑床X軸位移控制為例，當(dāng)電腦程序經(jīng)由RS232通訊協(xié)議傳入每步X軸位移的大小，速度與方向，至PLC的對應(yīng)寄存器中，在監(jiān)控繼電器的動作即可達(dá)成各軸的位移控制。此時，其RS232通訊格式第二，三，四位數(shù)據(jù)如下：

圖1：示例程序

正轉(zhuǎn)時：

反轉(zhuǎn)時：

3 總結(jié)

本研究利用利用PLC架構(gòu)PLC-based控制器，可充分發(fā)揮其價格低廉，品質(zhì)穩(wěn)定，方便且維護(hù)容易的優(yōu)點，也可以降低使用者對采用新系統(tǒng)的穩(wěn)定度的疑慮。未來此PLC-based控制系統(tǒng)可進(jìn)一步加強(qiáng)工件加工輸入的方式，例如：結(jié)合CAD/CAM繪圖軟件，結(jié)合人工智能輸入工件幾何形狀，或以教導(dǎo)式進(jìn)行工件加工等，可更充分發(fā)揮電腦具親和力人家界面的優(yōu)點，應(yīng)有助于未來PLC-based控制器的推廣應(yīng)用。

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作者單位 湖北富鴻達(dá)工程設(shè)備有限公司 湖北省武漢市430300

葛少儒（1984-），男，湖北省武漢市黃陂區(qū)人。大學(xué)?？茖W(xué)歷。研究方向為電氣工程。