一種PLC控制多軸伺服與步進(jìn)電機(jī)經(jīng)濟(jì)方案

康茂

摘 要：隨著工業(yè)自動(dòng)化水平不斷提高，客戶(hù)對(duì)設(shè)備速度要求也越來(lái)越高。因此，很多執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用伺服或步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，由此導(dǎo)致設(shè)備制造成本越來(lái)越高。怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)既穩(wěn)定又經(jīng)濟(jì)的控制系統(tǒng)，是本文重點(diǎn)研究的內(nèi)容。針對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，本文采用多臺(tái)PLC進(jìn)行控制，利用PC Link網(wǎng)絡(luò)和IO接口構(gòu)建傳輸周期短、反應(yīng)速度快的經(jīng)濟(jì)控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：多軸控制；經(jīng)濟(jì)方案；PLC；PC Link網(wǎng)絡(luò)

1 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，生產(chǎn)商對(duì)自動(dòng)化設(shè)備需求日益增多，同時(shí)對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性和復(fù)雜程度要求越來(lái)越高，有些設(shè)備多達(dá)幾十個(gè)動(dòng)作。設(shè)備制造商為了滿(mǎn)足客戶(hù)需要，逐漸用伺服或步進(jìn)代替部分氣缸動(dòng)作，使得設(shè)備運(yùn)行更平穩(wěn)、調(diào)節(jié)更方便。目前大多數(shù)伺服或步進(jìn)電機(jī)控制都是采用PLC+專(zhuān)用定位模塊來(lái)完成，如：OMRON的兩軸位置模塊CJ1W-NC213和4軸位置模塊CJ1W-NC413等，但這些模塊價(jià)格昂貴，在各個(gè)軸都是獨(dú)立運(yùn)動(dòng)情況下，用這些定位模塊顯然不劃算。本文主要介紹了OMRON的CP1H-X40DT型PLC控制8臺(tái)伺服與步進(jìn)電機(jī)組合控制系統(tǒng)方案，滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)行要求。采用該控制方案，最大可以控制36軸伺服與步進(jìn)電機(jī)。

2 多臺(tái)伺服與步進(jìn)電機(jī)的控制方案

OMRON的CP1H-X40DT型是一款多功能小型經(jīng)濟(jì)型PLC，自帶4個(gè)100 kHz的高速脈沖輸出，想要更高速的脈沖輸出，可以選用CP1H-Y型，它有2個(gè)單相1MHz脈沖輸出和2個(gè)100 kHz脈沖輸出。

本文涉及的伺服和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器都是集電極開(kāi)路輸入，驅(qū)動(dòng)方式采用脈沖+方向。因此，選用兩臺(tái)CP1H-X40DT型PLC，就能夠控制8臺(tái)伺服與步進(jìn)，如圖1所示。

3 系統(tǒng)控制方案

由于控制系統(tǒng)含有兩臺(tái)PLC，因此怎樣采用PLC作為控制器并結(jié)合人機(jī)界面，構(gòu)建傳輸周期短、反應(yīng)速度快的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，是兩臺(tái)PLC控制的難點(diǎn)。本文主要從PLC與人機(jī)界面、PLC與PLC間數(shù)據(jù)交互進(jìn)行說(shuō)明，系統(tǒng)控制基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1 PLC與人機(jī)界面通訊

PLC與人機(jī)界面采用RS232通訊，在1# PLC串口1安裝RS232選件板CP1W-CIF01，打開(kāi)PLC的CX-Programmer軟件，進(jìn)入設(shè)置界面，如圖3所示。人機(jī)界面也設(shè)置相同的通訊協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)通訊。

3.2 PLC與PLC數(shù)據(jù)交互

兩個(gè)PLC控制各自的電機(jī)和邏輯，為了用戶(hù)使用方便，電機(jī)調(diào)速、氣缸動(dòng)作延時(shí)等參數(shù)需要在人機(jī)界面上設(shè)置和修改，系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中一些狀態(tài)或異常信息等也要在人機(jī)界面上顯示出來(lái)，因此在PLC間要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。本文從通訊和IO兩種方式說(shuō)明數(shù)據(jù)交換情況。

3.2.1PC Link通訊方式

本系統(tǒng)采用PC Link通訊方式，無(wú)需程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，正確設(shè)置系統(tǒng)寄存器和通訊模式即可通訊，應(yīng)用非常方便！

（1） PC Link通訊設(shè)置

在CP1H型 CPU單元上安裝RS485選件板（CP1W-CIF11）即可實(shí)現(xiàn)CP1H與CP1H CPU單元間數(shù)據(jù)交換。CP1H 型PLC最大可實(shí)現(xiàn)9臺(tái)PLC之間通訊（主站1臺(tái)，從站最大8臺(tái)），每個(gè)PLC單元共享最大10通道的數(shù)據(jù)，主站占用通道3100-3109CH，其他8個(gè)從站占用3110-3189CH。本文中的1# PLC作主站，占用串口2單元；2#PLC作從站，占用串口1單元。1# PC Link設(shè)置如圖4所示，2# PC Link設(shè)置如圖5所示。

（2） PC Link主從站數(shù)據(jù)映射

在主站設(shè)置中，在“PC鏈接模式”選擇“全部”時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)主站和從站都反映對(duì)方的數(shù)據(jù)，如圖6所示。主站3110-3119CH共10個(gè)通道可以反映從站3110-3119 CH的數(shù)據(jù)，而從站3100-3109CH共10個(gè)通道也可以反映主站3100-3109 CH的數(shù)據(jù)。

（3） PC Link主從站通訊周期時(shí)間

PLC間用到的參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)信息顯示等數(shù)據(jù)都是通過(guò)PC Link通訊傳遞，所以對(duì)通訊速度要求不高。因此，該系統(tǒng)通訊周期完全滿(mǎn)足系統(tǒng)需求。PC Link的周期時(shí)間計(jì)算如下：

通訊周期時(shí)間（單位：ms）=從站周期時(shí)間×從站臺(tái)數(shù)+10×脫離從站臺(tái)數(shù)；

從站通訊時(shí)間（單位：ms）=24.6+0.494×（（從站臺(tái)數(shù)+1）×鏈接CH數(shù)×2+12）。

在本系統(tǒng)中，脫離從站臺(tái)數(shù)=0、從站臺(tái)數(shù)=1、鏈接CH數(shù)=10，因此，通訊周期時(shí)間=從站通訊時(shí)間=24.6+0.494×（（1+1）×10×2+12）=50.288 ms。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，50 ms左右通訊時(shí)間完全滿(mǎn)足本系統(tǒng)需求。

3.2.2 PLC間IO數(shù)據(jù)交互

兩臺(tái)PLC組成一個(gè)系統(tǒng)，存在PLC與PLC之間信息傳遞，參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)交換，用通訊方式傳遞就滿(mǎn)足了；對(duì)于一些實(shí)時(shí)的信息（如：各個(gè)PLC控制的準(zhǔn)備就緒信號(hào)完成信號(hào)、控制完成信號(hào)等）就不能用通訊方式傳遞。因此，要實(shí)現(xiàn)周期短、反應(yīng)速度快的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，這些信息就要用IO口進(jìn)行傳遞，如圖7所示。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)控制方案具有控制成本低、穩(wěn)定性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化流水線、半導(dǎo)體測(cè)試、包裝等設(shè)備上被廣泛應(yīng)用。采用本系統(tǒng)方案，當(dāng)PLC間數(shù)據(jù)量太大時(shí)，需要在通訊過(guò)程中實(shí)施分時(shí)傳送，這樣會(huì)造成數(shù)據(jù)相應(yīng)有所延遲。再者，在調(diào)試和下載程序時(shí)比較麻煩，要分別下載程序。在樣機(jī)調(diào)試階段，可以采用以太網(wǎng)（PLC單元需配置CP1W-CIF41分選板）與電腦進(jìn)行聯(lián)機(jī)，需要下載程序或監(jiān)控各個(gè)PLC運(yùn)行情況，只需設(shè)置與之對(duì)應(yīng)的IP地址即可，比用USB下載線聯(lián)機(jī)方便。

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