基于PLC的折紙機自動控制系統(tǒng)設(shè)計

吳文秀　呂超　李濤

摘 要：基于設(shè)計折紙機動力系統(tǒng)的目的，主要設(shè)計以PLC為核心控制器的步進電機控制系統(tǒng)。在對折紙機器系統(tǒng)工作原理詳細(xì)闡述的基礎(chǔ)上，進行了器件選型。以臺達DVP-32系列PLC作為步進電機的控制器，通過對DVP-32系列PLC的高速脈沖輸出的控制來直接對步進電機進行運動控制，設(shè)計了相應(yīng)的硬件接線圖、流程圖、程序，并對相關(guān)參數(shù)設(shè)定進行了說明。

關(guān)鍵詞：PLC 步進電機 高速輸出點

中圖分類號：TP21 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（c）-0084-03

1 引言

由于超高的可靠性與組態(tài)的方便性等優(yōu)異性能，可編程序控制器（PLC）在工業(yè)控制中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，目前在順序控制、過程控制等領(lǐng)域已成功取代繼電器控制。隨著PLC功能器件的不斷完善與豐富，PLC在高精度定位，精密調(diào)速和力矩控制等傳統(tǒng)需要D/A以及A/D轉(zhuǎn)化功能的應(yīng)用領(lǐng)域也有出色表現(xiàn)。某廠欲新開發(fā)一套自動折紙機器，主要動作為：送紙—分離紙張—推紙—切紙（折紙）。主要要求包括如下幾項。

（1）機器啟動之后檢測所有裝置是否在原位，不在原位的則回原位，①送紙盒上升100mm；②送紙盒上升3mm；③分紙電機正轉(zhuǎn)180°；④推紙裝置運動390mm；⑤切刀下切30mm；⑥切刀回原位，同時推紙裝置回原位；⑦分紙電機反轉(zhuǎn)180°。⑧如此①-②-③-④-⑤-⑥-⑦-②循環(huán)100次之后，送紙盒下降400mm，動作結(jié)束，蜂鳴器報警提醒。

（2）每一次折紙動作要求在兩秒內(nèi)完成，出現(xiàn)緊急情況可實現(xiàn)手動急停。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)由控制系統(tǒng)PLC發(fā)送脈沖給四個驅(qū)動器按順序分別驅(qū)動四個步進電機，進行循環(huán)動作，達到循環(huán)次數(shù)后停止動作，并觸發(fā)蜂鳴器及警示燈報警。

2.1 PLC控制模塊

本系統(tǒng)采用臺達DVP-32ES200T型號的PLC作為控制器，它具有功能強、性價比高的優(yōu)點，而且具有晶體管高速脈沖輸出功能，可以驅(qū)動步進電機運動。

系統(tǒng)硬件控制接線圖如圖1所示（此處只畫出了一個驅(qū)動器和一個步進電機，其他3個驅(qū)動器和電機的接線方式相似），圖中S0是啟動開關(guān)、S1是急停開關(guān)、S2是復(fù)位開關(guān)、KM1是控制直流電機電源的繼電器、L0為運行指示燈、L1為停止指示燈。驅(qū)動器的控制電壓此處使用的是DC24V、脈沖電流在10mA左右，需串聯(lián)一個限流電阻，電阻阻值選擇2K。

2.2 步進驅(qū)動模塊

步進驅(qū)動模塊由步進電機和步進驅(qū)動器組成。該折紙機器有四套步進驅(qū)動模塊，分別控制送紙裝置、切紙裝置、推紙裝置、折紙裝置的運動。

選用MA860H細(xì)分型電機驅(qū)動器，步進驅(qū)動器接收PLC發(fā)出的脈沖信號及方向電平信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動步進電機的信號。步進電機旋轉(zhuǎn)方向由方向電平控制；步進電機旋轉(zhuǎn)速度由脈沖信號的頻率控制；步進電機旋轉(zhuǎn)角度由脈沖信號的數(shù)目控制。

選用86BYG250H步進電機其步距角為1.8°，即在無細(xì)分的情況下，電機轉(zhuǎn)一圈需要200個脈沖信號（200×1.8°=360°）。根據(jù)步進電機驅(qū)動器MA860H說明書，細(xì)分設(shè)定由撥碼開關(guān)SW5、SW6、SW7、SW8決定。設(shè)置SW5=Off、SW6=On、SW7=On、SW8=On，細(xì)分為800步/圈，即電機轉(zhuǎn)一圈需要800個脈沖。步進電機驅(qū)動器MA860H輸出相電流設(shè)定由撥碼開關(guān)SW1、SW2、SW3決定。根據(jù)步進電機所需求的電流，設(shè)置SW1=Off、SW2=On、SW3=Off，輸出相電流為5.83A。

步進電機傳動組件分別采用齒輪皮帶、齒輪齒條、螺旋絲杠帶動相應(yīng)的裝置運動，換算成相應(yīng)的送紙、分紙、推紙、折紙裝置步進電機所需的脈沖個數(shù)分別為250、466、3300、700個。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 I/O口分配

自動折紙裝置的PLC I/O口分配表如表1所示。

3.2 程序設(shè)計

軟件采用模塊化設(shè)計方法，主要由主程序、Y0（控制送紙裝置電機）子程序、Y1（控制切紙裝置電機）子程序、Y2（控制推紙裝置電機）子程序、Y3（控制折紙裝置電機）子程序、檢測并回原點程序、清除數(shù)據(jù)程序等模塊組成，程序流程圖如圖2所示?？紤]到機器運轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)停電或事故需要急停的情況，再次上電運轉(zhuǎn)后所有裝置需要有自動回原點功能。

首先根據(jù)標(biāo)志位判斷裝置是否需要回原點，需要回原點則調(diào)用脈沖輸出子程序，并裝入存有的脈沖輸出個數(shù)記錄的寄存器的數(shù)值，所有裝置回到原位后，調(diào)用步進電機主程序，步進電機主程序循環(huán)100次，調(diào)用蜂鳴器、報警燈程序。

步進電機子程序為，依次調(diào)用Y0—Y1—Y2—Y3—Y2—Y3—Y1脈沖輸出子程序。脈沖輸出子程序為，設(shè)置加減速時間，裝入脈沖頻率，裝入脈沖數(shù)量，設(shè)置回原位標(biāo)志。

4 結(jié)語

詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。側(cè)重闡述了采用臺達DVP-32ES200T型號的PLC，輸出高速脈沖信號控制MA860H細(xì)分型電機驅(qū)動器，驅(qū)動步進電機86BYG250H運動，從而帶動皮帶、絲桿運動，推動裝置上、下、左、右、旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)了裝置的精確定位控制，完成了所需的機器指定動作。實踐表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定流暢，效果良好。

參考文獻

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