基于PLC伺服控制的送料機(jī)的應(yīng)用

呂思銘

摘要： 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需求逐漸增加。原有的生產(chǎn)裝置已經(jīng)不能滿足目前高度自動(dòng)化的需求。為了減少人力成本，保證生產(chǎn)的可靠性和安全性，降低企業(yè)成本，減少自然環(huán)境污染，提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)收益是企業(yè)必須完成的重大問題。本文介紹了基于三菱系列PLC的自動(dòng)送料機(jī)伺服控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，具體的是由PLC控制的伺服系統(tǒng)系統(tǒng)和人機(jī)界面觸摸屏組成。根據(jù)自動(dòng)送料的工藝要求，其工作原理是：觸摸屏可設(shè)置送料長(zhǎng)度，設(shè)定值送至PLC，PLC計(jì)算出脈沖數(shù)，送至伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制伺服電機(jī)送料，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位運(yùn)行，該系統(tǒng)充分發(fā)揮了伺服驅(qū)動(dòng)定位精度的優(yōu)勢(shì)，反應(yīng)速度快，運(yùn)行平穩(wěn)，保證了送料機(jī)的高精度和高效率。定位精度達(dá)到lm±0.01，達(dá)到實(shí)際要求。

Abstract： With the development and progress of science and technology， the demand for automation of enterprises is gradually increasing. The original production equipment can no longer meet the current demand for high automation. In order to reduce labor costs， ensure the reliability and safety of production， reduce business costs， reduce natural environmental pollution， and improve product quality and economic benefits are major issues that companies must complete. This article introduces the hardware and software design of the automatic feeder servo control system based on the Mitsubishi series PLC. Specifically， it is composed of a PLC-controlled servo system system and a human-machine interface touch screen. According to the process requirements of automatic feeding， its working principle is： the touch screen can set the feeding length， the set value is sent to the PLC， the PLC calculates the number of pulses， and sends it to the servo motor drive， controls the servo motor feeding， and realizes accurate positioning operation. Give full play to the advantages of servo drive positioning accuracy， fast response speed， stable operation， and ensure the high precision and high efficiency of the feeder. The positioning accuracy reaches lm±0.01， which meets the actual requirements.

關(guān)鍵詞： PLC;伺服驅(qū)動(dòng)器;伺服電機(jī);觸摸屏

Key words： PLC;servo drive;servo motor;touch screen

中圖分類號(hào)：TP241? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）18-0223-02

1? 控制要求

自動(dòng)切割系統(tǒng)中最重要的一部分是送料機(jī)，如圖1是自動(dòng)切割機(jī)的工藝流程。

自動(dòng)切割系統(tǒng)用于將金屬卷料加工成一定大小的金屬板材，由送料機(jī)、開卷機(jī)和沖床三部分組成。

①開卷機(jī)包括一個(gè)開卷機(jī)軸、一個(gè)保持架和一個(gè)弧形托。由變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)開卷軸，能主動(dòng)排料回收卷料。開卷機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，保持器將壓緊卷料，避免開卷機(jī)的卷料松開，弧形托提起展開卷料以避免其接觸地面。②送料機(jī)通過伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)裝置直接帶動(dòng)多組送料軸旋轉(zhuǎn)，并能精確地給料壓入沖床完成送料，這些滾軸還可以壓平卷料，使送往沖床的卷料更平整持平。送料機(jī)配有一個(gè)控制板（觸摸屏）和一個(gè)供操作員使用的手柄。③沖床對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線完成進(jìn)給的切割和沖壓，是為提高自動(dòng)化程度的最后工序，可在壓機(jī)的側(cè)面安裝自動(dòng)輸送設(shè)備，待薄板切割完成后，由輸送帶送至設(shè)備后方。本文將主要介紹PLC伺服控制的送料機(jī)系統(tǒng)。送料機(jī)應(yīng)具有如下功能：

①自動(dòng)送料長(zhǎng)度及速度可調(diào)。②在手動(dòng)狀態(tài)下，剪板機(jī)按設(shè)定的自動(dòng)送料長(zhǎng)度和速度，可實(shí)現(xiàn)送料操作的點(diǎn)動(dòng)向前和向后，自動(dòng)狀態(tài)下有自動(dòng)和手動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。③通過觸摸屏設(shè)置參數(shù)設(shè)定和實(shí)時(shí)顯示，實(shí)時(shí)顯示處理信息。④在緊急停止的情況下，按緊急停止運(yùn)行模式，設(shè)備系統(tǒng)將立即停止以免發(fā)生意外。

2? 送料機(jī)PLC控制系統(tǒng)，圖2為伺服控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由PLC、光電開關(guān)、人機(jī)交換觸摸屏、伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和電磁閥等硬件組成。①PLC采用三菱FX系列48點(diǎn)的MT機(jī)型，它是三菱公司推出的高性能小型可編程控制器，具有較高的性價(jià)比，內(nèi)含高速脈沖輸出功能，可控制伺服電機(jī)的運(yùn)作。為滿足輸入、輸出點(diǎn)的需要，48IO口用于接收系統(tǒng)中按鈕和開關(guān)的信號(hào)，根據(jù)程序所需設(shè)定參數(shù)和任務(wù)控制的要求，控制電磁閥和繼電器按照要求動(dòng)作。同時(shí)，發(fā)出規(guī)定數(shù)量的脈沖數(shù)通過高速脈沖輸出送到伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)端，控制伺服電機(jī)的運(yùn)行。②采用安川SGDV系列交流伺服控制系統(tǒng)，具有響應(yīng)快、速度快、頻率高、調(diào)節(jié)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。它可以根據(jù)高速定位伺服電機(jī)的輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高速定位伺服電機(jī)的輸出信號(hào)個(gè)數(shù)，PLC通過高頻率脈沖控制伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置和速度，通過伺服電機(jī)準(zhǔn)確給出進(jìn)給長(zhǎng)度精準(zhǔn)運(yùn)行。③三菱GT10觸摸屏用于人機(jī)交換，把要求的設(shè)定和需要修改參數(shù)傳送到PLC，PLC控制相應(yīng)部分機(jī)械動(dòng)作，傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備的是通過RS232協(xié)議的串行口傳輸線與PLC通訊，實(shí)現(xiàn)觸摸屏與PLC間的數(shù)據(jù)交換，最終給用戶給出舒適的人機(jī)界面。④采用電磁閥、電感傳感器、光電開關(guān)等專門工業(yè)控制設(shè)備，PLC接收從沖床傳感器發(fā)出的的控制信號(hào)，PLC通過程序處理將輸出信號(hào)發(fā)送給沖床，沖床按照要求有序運(yùn)作，使整個(gè)生產(chǎn)線能夠有條不需的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

3? 觸摸屏畫面

觸摸屏使用三菱公司GT10系列，其優(yōu)點(diǎn)是適用于各種普通場(chǎng)合，作為中小型控制面板具有較高的性價(jià)比。觸摸屏采用NTz Designer控制軟件設(shè)計(jì)，主要組成是四部分：參數(shù)輸入界面、參數(shù)實(shí)時(shí)顯示界面、操作按鈕界面和錯(cuò)誤報(bào)警顯示界面。參數(shù)值輸入界面是指進(jìn)給長(zhǎng)度、加工件數(shù)量、進(jìn)給速度等參數(shù)值的輸入界面。上述參數(shù)對(duì)應(yīng)于PLC控制程序中D100、D102數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)按照需求輸入相應(yīng)的參數(shù)，屏幕上會(huì)顯示輸入的參數(shù)，并通過觸摸屏連接RS232線將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器，為數(shù)值計(jì)算或操作讓程序調(diào)用。參數(shù)值實(shí)時(shí)顯示界面為直觀顯示上述參數(shù)的界面，分別對(duì)應(yīng)PLC控制程序中D500和D504數(shù)據(jù)寄存器，顯示D504為當(dāng)前的PLC計(jì)算的計(jì)數(shù)值，用于顯示當(dāng)前系統(tǒng)工作完成的工件數(shù)量并將通過PLC程序處理的相應(yīng)參數(shù)，通過RS232線傳送到觸摸屏并實(shí)時(shí)顯示在觸摸屏上，方便操作人員按照需求更及時(shí)地掌握整個(gè)系統(tǒng)的當(dāng)前工作情況。觸摸屏界面描述：①送料速度、料環(huán)定時(shí)、加減速時(shí)間等參數(shù)設(shè)定跳轉(zhuǎn)界面。②錯(cuò)誤警報(bào)顯示界面指當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，觸摸屏將跳至顯示有警報(bào)信息的警報(bào)屏幕，生產(chǎn)線按照要求停止工作防止意外發(fā)生，待工作人員關(guān)閉系統(tǒng)同時(shí)排除故障后按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)才能恢復(fù)正常運(yùn)行。

4? PLC程序

按鈕、開關(guān)、檢測(cè)裝置的輸入信號(hào)送到PLC系統(tǒng)，根據(jù)程序和預(yù)設(shè)參數(shù)控制電磁閥、繼電器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，同時(shí)通過高速輸出的脈沖向伺服驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)送固定數(shù)量的脈沖，控制伺服的運(yùn)行電機(jī)PLC程序是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心控制部分。PLC程序采用GX Developer編程軟件設(shè)計(jì)，主要由以下環(huán)節(jié)處理：開關(guān)信號(hào)、伺服電機(jī)控制、變頻器操作、計(jì)算工件、警報(bào)及數(shù)據(jù)精準(zhǔn)處理等組成。

①PLC脈沖輸出指令。三菱PLC向伺服驅(qū)動(dòng)、伺服驅(qū)動(dòng)、電機(jī)運(yùn)行發(fā)送高速脈沖，頻率越高伺服電機(jī)越快，脈沖越快伺服電機(jī)角度變大進(jìn)給長(zhǎng)度越長(zhǎng)，三菱fX1s的脈沖輸出形式為脈沖+所選的脈沖輸入伺服驅(qū)動(dòng)方式為正/負(fù)。在PLC程序中使用2個(gè)固定速度的定位指令DDRVI發(fā)出脈沖指令DDRVI k999999 k1，000 Y0 M10用于反向旋轉(zhuǎn)，主要用于送料機(jī)開始運(yùn)行時(shí)操作員點(diǎn)動(dòng)進(jìn)行緩慢調(diào)整。此時(shí)從Y0輸出脈沖到伺服驅(qū)動(dòng)的反向脈搏輸入用于正轉(zhuǎn)，從Y1輸出脈搏到伺服驅(qū)動(dòng)的正向脈搏輸入使用指令DDRVI D50 D242 Y1 M11，存儲(chǔ)在D51和D50中的輸出脈沖頻率，存儲(chǔ)在D243和D242中的輸出脈沖數(shù)為通過運(yùn)行PLC計(jì)算設(shè)定長(zhǎng)度、脈數(shù)、進(jìn)給速度、脈率等數(shù)據(jù)處理程序，將控制伺服電機(jī)的進(jìn)給量發(fā)送到伺服驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的伺服定位。②伺服控制程序設(shè)計(jì)。在手動(dòng)模式下，伺服系統(tǒng)由DDRVI控制命令通過對(duì)D8正轉(zhuǎn)進(jìn)給長(zhǎng)度和D4點(diǎn)動(dòng)速度的計(jì)算結(jié)果，加速脈沖頻率實(shí)現(xiàn)CW方向的脈沖輸出，使伺服電機(jī)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)向前。停止脈沖輸出伺服電機(jī)的反向操作可以類似。在進(jìn)料機(jī)連續(xù)或單一工件的工作模式下，PLC執(zhí)行程序DDRVI指令，將預(yù)先根據(jù)需求設(shè)定的脈沖數(shù)發(fā)送至伺服驅(qū)動(dòng)程序，最終伺服電機(jī)運(yùn)作。DDRVI指令指定進(jìn)給長(zhǎng)度為D32，進(jìn)給速度為D24寄存器。在自動(dòng)連續(xù)工作模式下進(jìn)料起點(diǎn)或自動(dòng)單一工作模式，單一上升沿執(zhí)行DDRVI命令。③報(bào)警。當(dāng)緊急停止、伺服錯(cuò)誤、變頻器錯(cuò)誤、壓料警報(bào)、缺料警報(bào)、計(jì)數(shù)完全停止等信號(hào)接通時(shí)，錯(cuò)誤燈亮，報(bào)警信息顯示在觸摸屏警報(bào)上屏幕，按重置X27按鈕以重置上述錯(cuò)誤信號(hào)。④制定送料長(zhǎng)度。在進(jìn)料機(jī)連續(xù)或單一工件的工作模式下，工作人員可以在觸摸屏上的參數(shù)設(shè)置區(qū)設(shè)置進(jìn)料器長(zhǎng)度。PLC通過觸摸屏向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送設(shè)定的脈沖來控制伺服電機(jī)從而控制系統(tǒng)工作。因此，需要將設(shè)定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)通過程序處理轉(zhuǎn)換為PLC輸出的脈沖數(shù)。根據(jù)以上分析，設(shè)定長(zhǎng)度轉(zhuǎn)脈沖數(shù)程序。同時(shí)程序中用到32位比較指令，因此輸入變量要32位傳送格式。將觸摸屏參數(shù)輸入畫面上送料長(zhǎng)度設(shè)定值D100，再將D100通過32位傳送指令送到D300。其生產(chǎn)數(shù)設(shè)定，長(zhǎng)度系數(shù)設(shè)定同理。

5? 結(jié)論

本文以三菱FX1N為核心設(shè)計(jì)了自動(dòng)剪切生產(chǎn)線上送料機(jī)的控制。通過在觸摸屏上設(shè)置不同的尺寸參數(shù)，系統(tǒng)可連續(xù)加工不同長(zhǎng)度的板料。系統(tǒng)自投入使用以來，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。所有功能均達(dá)到了最大進(jìn)給速度、伺服定位精度的設(shè)計(jì)要求，滿足了加工精度的要求。為了保證給料機(jī)的正常運(yùn)行，需要進(jìn)行仿真調(diào)試。調(diào)試包括兩個(gè)部分：PLC程序調(diào)試和觸摸屏輸入調(diào)試。本文成功地解決了送料長(zhǎng)度與送料數(shù)量結(jié)合轉(zhuǎn)換算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)輸入速度和脈沖頻率統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換，類似的送料和伺服電機(jī)控制工程中會(huì)讓這些算法具有重要的參考價(jià)值。由于本人編程能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)非常有限，基于PLC自動(dòng)切割生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還存在一些需要改進(jìn)的地方請(qǐng)見諒。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫炳達(dá).自動(dòng)控制原理[M].二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].三版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]齊蓉.可編程控制技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4]王世紅，崔海榮，徐世許.自動(dòng)剪切生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)，2009.

[5]張志.PLC伺服電機(jī)和觸摸屏在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].包裝與食品機(jī)械，2007，25.

[6]王翔.57-20oPLc在數(shù)字伺服電機(jī)控制中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化技術(shù)與用，2006，25.