基于安川MP2300的數(shù)控位置控制

劉華偉

摘要：現(xiàn)代可編程序邏輯控制器（PLC）是一種將CPU、I/O集成到一起的、簡(jiǎn)易的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有抗干擾性能好、高可靠性、高集成度、體積小等優(yōu)點(diǎn)。本文闡述了簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)位置控制的原理，并結(jié)合實(shí)際案例，介紹了安川MP2300 PLC在簡(jiǎn)易位置控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：可編程序邏輯控制器;位置控制;伺服定位裝置

中圖分類號(hào)：TP241? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）02-0074-02

0? 引言

氣缸及液壓技術(shù)，雖然可以實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的位置控制，但是其精度和控制的靈活性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如伺服控制系統(tǒng)。

近些年來，隨著工廠自動(dòng)化技術(shù)的普及，以及國(guó)家“智能制造2025”的深入開展，現(xiàn)代化智能工廠如雨后春筍般涌出。作為智能工廠的執(zhí)行環(huán)節(jié)，位置控制的精準(zhǔn)化、快速化以及柔性化應(yīng)用越來越多，位置控制的伺服化應(yīng)用也隨之變多。然而伺服控制比較復(fù)雜，制約了一些對(duì)位置控制要求比較簡(jiǎn)單，但是精度較高的應(yīng)用的發(fā)展。

MP2300是安川公司開發(fā)的用于伺服控制的PLC。本文針對(duì)結(jié)合實(shí)際案例，介紹MP2300伺服控制的方式。

1? 基于MECHATROLINK的伺服控制

傳統(tǒng)的伺服控制，采用模擬量電壓、電流或數(shù)字脈沖序列進(jìn)行控制，需要專門的運(yùn)動(dòng)控制卡產(chǎn)生需要的電壓、電流或脈沖序列，不僅控制復(fù)雜，還比較容易受到外界信號(hào)干擾[2]。MECHATROLINK通信協(xié)議[1]是一種基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)通訊協(xié)議，最大傳輸速度為100MBits/s，最多支持62個(gè)從站。該通訊協(xié)議，最早由安川公司提出的，因此安川所有的伺服驅(qū)動(dòng)裝置都支持該協(xié)議。MP2300 PLC可以通過一根網(wǎng)線，最多同時(shí)控制62個(gè)伺服單元，接線簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。同時(shí)，MP2300兼具通用PLC的過程控制的特點(diǎn)，并支持MODBUS TCP、Profibus、EtherCAT、CCLINK等通訊協(xié)議，具有很好的擴(kuò)展性。

2? 伺服定位裝置

2.1 定位裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)

伺服定位裝置采用十字滑臺(tái)結(jié)構(gòu)，由2臺(tái)安川SIGMA 7伺服電機(jī)以及導(dǎo)軌、絲杠構(gòu)成。伺服電機(jī)和絲杠用聯(lián)軸器連接，以提高直線運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)速度和精度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，該十字滑臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的定位功能，以及簡(jiǎn)單的直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能。為了防止各軸過行程，在各軸的最大行程和最小行程處安裝了限位開關(guān)。（圖1）

2.2 定位裝置的伺服電氣

采用安川SIGMA7伺服電機(jī)做為驅(qū)動(dòng)單元，采用帶MECHATROLINK接口的伺服放大器。由于MP2300可以作為MECHATROLINK主站，且可以進(jìn)行類似BASIC語言的高級(jí)語言編程，編程靈活，穩(wěn)定性好，與伺服放大器采用網(wǎng)線連接，根據(jù)SIGMA系列伺服放大器電氣手冊(cè)，采用MECHATROLINK協(xié)議的伺服放大器，終端放置終端電阻。PLC與伺服放大器的接線如圖2所示。

為了能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前坐標(biāo)，以及滿足設(shè)定一些簡(jiǎn)單的動(dòng)作的要求，配備了一個(gè)觸摸屏。觸摸屏與PLC采用MODBUS TCP協(xié)議通訊。觸摸屏可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前位置坐標(biāo)、目標(biāo)位置坐標(biāo)以及剩余量。當(dāng)某根軸移動(dòng)時(shí)，其后面的指示燈由紅色變?yōu)榫G色。（圖3）

2.3 伺服定位裝置功能實(shí)現(xiàn)

2.3.1 電子齒輪設(shè)定

電子齒輪即每一個(gè)單位的輸入，對(duì)應(yīng)多少單位的輸出。因?yàn)楸疚闹械臋C(jī)械結(jié)構(gòu)是伺服電機(jī)與絲杠能過聯(lián)軸器直接連接，因此伺服電機(jī)端電子齒輪比為1：1。為了后續(xù)編程方便，我們希望通過1個(gè)單位的輸入指令，定位裝置移動(dòng)0.001mm。本裝置采用的是絲杠螺距為10mm，機(jī)械裝置旋轉(zhuǎn)一次的脈沖數(shù)為：10/0.001=10000（指令單位），因此電子齒輪設(shè)定為：10000：1：1。

2.3.2 加減速設(shè)定

為了保證伺服電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，避免伺服電機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)的沖擊和振蕩，在伺服電機(jī)啟動(dòng)和停止階段，使用SCC命令，設(shè)定加減速時(shí)間曲線。（圖4）

2.3.3 插補(bǔ)速度計(jì)算[3]

在2軸插補(bǔ)控制中，最后的插補(bǔ)速度是各軸的合成速度。在程序中，我們指定的是最后的合成速度，拆分成各軸的運(yùn)動(dòng)速度的公式為：

如圖5所示。

設(shè)定為以上參數(shù)，根據(jù)人機(jī)界面設(shè)定的位置要求，進(jìn)行伺服控制，如下：

……

……

MOV [A1]0 [B1]0 ; //回原點(diǎn)

MW0010=1; //計(jì)數(shù)器預(yù)設(shè)

INC; //指定增量模式

PLN [A1][B1]; //指定在A1、B1平面

WHILE MW0010<=10;//循環(huán)操作

MCW [A1]0 [B1]0 U50. V50. F8000;//圓弧插補(bǔ)

MOV [A1]50 [B1]50; //定位

MW0010=MW0010+1; //計(jì)數(shù)器加1

WEND;

……

……

3? 結(jié)論

MP2300 PLC與SIGMA 7伺服放大器可以通過MECHATROLINK協(xié)議進(jìn)行通訊，具有連接簡(jiǎn)單、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。MP2300可以使用類似BASIC語言進(jìn)行編程，提高編程效率。在增加了上位機(jī)后，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的運(yùn)行控制，而實(shí)現(xiàn)成本要比使用數(shù)控系統(tǒng)低廉很多。

參考文獻(xiàn)：

[1]Radia Perlman， Interconnections： Bridges， Routers， Switches， and Internetworking Protocols （2nd Edition）. Addison-Wesley 1999. ISBN 0-201-63448-1. In particular Ch. 18 on "network design folklore". [C].

[2]王太勇，李波，李宏偉，等.基于 CAN總線嵌入式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器的研究[J].機(jī)床與液壓，2005（9）.

[3]丁亮，尤波，于振中，等.基于 USB.DSP的開放式運(yùn)動(dòng)控制器開發(fā)[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2006，10（3）.