基于臺(tái)達(dá)PLC和變頻器的位置控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1  引言

               
　　當(dāng)今自動(dòng)化控制產(chǎn)品日新月異，相同功能的實(shí)現(xiàn)有各種各樣不同的方式。比如很多設(shè)備上都要使用的定位控制的實(shí)現(xiàn)就有很多種方法。有的利用單片機(jī)結(jié)合伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位控制；有的使用plc高速脈沖輸出功能或配定位單元結(jié)合伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；還有的利用變頻器的多段速控制來實(shí)現(xiàn)定位控制。但不同的定位控制系統(tǒng)有不同的特點(diǎn)，成本也有很大的差異，于是針對(duì)不同的設(shè)備對(duì)精度和響應(yīng)速度的要求，選用合適的定位控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性價(jià)比就非常必要。本文介紹一個(gè)高性價(jià)比的，應(yīng)用臺(tái)達(dá)plc的高速計(jì)數(shù)器和與變頻器通訊的功能來實(shí)現(xiàn)的定位控制的例子。

2  控制實(shí)例
               
　　切紙機(jī)械是印刷和包裝行業(yè)最常用的設(shè)備。其完成的最基本動(dòng)作是:把待裁切的材料送到指定位置，然后進(jìn)行裁切。其控制的核心就是一個(gè)單軸的位置控制。我們已經(jīng)成功的利用plc對(duì)變頻器的端子進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)多段速調(diào)速，從而完成這個(gè)單軸控制。因?yàn)榭紤]到控制成本和操作的方便性，我們又應(yīng)用臺(tái)達(dá)的esplc和vfd-b變頻器通過通訊來實(shí)現(xiàn)這個(gè)位置控制。

3  系統(tǒng)的構(gòu)成
               
　　plc作為控制的核心，主要用來接收編碼器的反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前位置的檢測(cè)，通過和設(shè)定值的比較用通訊功能來控制變頻器的輸出頻率從而實(shí)現(xiàn)精確定位。同時(shí)通過hmi可以方便的設(shè)定plc的一些內(nèi)部寄存器值進(jìn)行人機(jī)交互，并且變頻器的工作頻率可以在hmi上方便修改和直觀顯示。臺(tái)達(dá)的dvp系列plc都具有兩個(gè)通訊口，com1是rs232，com2是rs485，支持modbus ascii/rtu通訊格式，通訊速率最高可達(dá)115200bps，兩通訊口可以同時(shí)使用。所以無需用任何擴(kuò)展模塊就可以實(shí)現(xiàn)既可連接用于參數(shù)設(shè)置的人機(jī)界面又可用通訊的方式控制變頻器等其它設(shè)備。并且dvp系列plc提供了針對(duì)modbus ascii/rtu模式的專用通訊指令，這樣在編寫通訊程序時(shí)就可以大大簡(jiǎn)化，無需像用串行數(shù)據(jù)傳送指令rs那樣要進(jìn)行復(fù)雜的校驗(yàn)碼計(jì)算和遵循復(fù)雜的指令格式。臺(tái)達(dá)的vfd系列變頻器內(nèi)建有單獨(dú)的rs-485串聯(lián)通訊界面，并且也遵循modbus ascii/rtu通訊格式(vfd-a系列除外)?；c這些特點(diǎn)選用了性價(jià)比優(yōu)異的dvp es plc和vfd-b變頻器。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

            圖1  控制系統(tǒng)框圖

            圖2  實(shí)現(xiàn)顯示當(dāng)前位置的高速計(jì)數(shù)程序段

4  plc的i/o分配
               
　　由于使用了通訊控制，可以省去用于控制變頻器的五個(gè)輸出點(diǎn)，plc輸出點(diǎn)的使用減少了。因此選用了dvp14es00r2和一個(gè)擴(kuò)展模塊dvp08xm11n。i/o點(diǎn)的分配見表1。需要注意的是dvp14es plc的擴(kuò)展模塊地址輸入點(diǎn)是從x20開始，輸出點(diǎn)是從y20開始。

            表1   plc i/o分配表  

5  es系列plc高速計(jì)數(shù)器應(yīng)用
               
　　此工程中所選編碼器分辨率為500p/r，機(jī)器原系統(tǒng)配置編碼器分辨率為200p/r，理論精度比過去提高兩倍以上。電機(jī)為1450r/min，傳動(dòng)系統(tǒng)減速比為2.4。由此可計(jì)算出額定轉(zhuǎn)速下編碼器輸出的最高脈沖頻率為：1450r/min÷60s/min÷2.4×500p/r≈5khz。

　　盡管臺(tái)達(dá)es系列的高速計(jì)數(shù)器功能不算強(qiáng)大，其x0和x1可以接受的最高頻率為20khz的脈沖，但在這個(gè)系統(tǒng)中還是足以勝任的。為了簡(jiǎn)化程序中的計(jì)算，采用了兩個(gè)高速計(jì)數(shù)器c235和c236。c235通過計(jì)算所有前進(jìn)后退的脈沖數(shù)，再進(jìn)行換算后用于顯示進(jìn)給機(jī)構(gòu)的當(dāng)前位置，此功能實(shí)現(xiàn)的程序段見圖2所示。其程序中的m45和m47用于濾除定位完成后裁切過程中或其它震動(dòng)造成的編碼器輸出的誤脈沖，以實(shí)現(xiàn)位置的精確性。
               
　　c236用于進(jìn)行精確定位。定位過程是這樣的，每次進(jìn)給機(jī)構(gòu)需要定位工作時(shí)，通過計(jì)算把需要的脈沖數(shù)送到c236，不論進(jìn)給機(jī)構(gòu)前進(jìn)還是后退，c236進(jìn)行減計(jì)數(shù)，同時(shí)對(duì)c236中的數(shù)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制變頻器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)接近設(shè)定值時(shí)進(jìn)給速度變慢的三段速度控制，從而達(dá)到精確定位。精確定位時(shí)的高速計(jì)數(shù)器程序如圖3所示。其中m83、m84用來觸發(fā)寫變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)方向的數(shù)據(jù)，m85、m86，m87都用來觸發(fā)寫變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的數(shù)據(jù)。

            圖3  定位控制時(shí)的高速計(jì)數(shù)器程序

6  plc和變頻器通訊的實(shí)現(xiàn)
               
　　臺(tái)達(dá)dvp系列plc的每一個(gè)通訊口都對(duì)應(yīng)有相關(guān)的特殊寄存器d和特殊繼電器m，以進(jìn)行通訊相關(guān)的參數(shù)設(shè)置和信息的傳送。此工程中要使用的com2對(duì)應(yīng)的主要特ｄ特m及其意義見表2。

            表2  特殊寄存器和特殊繼電器的意義

　　此工程中變頻器需要設(shè)定的參數(shù)及說明見表3。在進(jìn)行變頻器的通訊控制時(shí)必需設(shè)定這些參數(shù)，并且設(shè)定值要和plc的d1120值設(shè)置一致。其它未設(shè)置的參數(shù)可以按出廠默認(rèn)值即可。

            表3  變頻器參數(shù)設(shè)置表

　　當(dāng)plc對(duì)變頻器通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀出時(shí)，就需要知道變頻器所定義的相關(guān)功能的地址。然后依據(jù)這些地址進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入和讀出，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制。vfd-b系列變頻器定義的本通訊實(shí)例中需用到的字址及其意義如表4所示。根據(jù)此表可以知道，當(dāng)需要變頻器以20hz正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就只需在變頻器通訊相關(guān)的參數(shù)字址2000h寫入：0000 0000 0001 0010，即十六進(jìn)制的h12或十進(jìn)制的k18；在2001h中寫入k2000。此工程中通訊程序段如圖4所示。

            圖4  應(yīng)急閥控制梯形圖

            表4  變頻器的通訊參數(shù)字址定義

7  結(jié)束語
               
　  通過上述的改造過程，完全恢復(fù)了切紙機(jī)的功能，試用幾個(gè)月以來運(yùn)行非常穩(wěn)定。plc對(duì)變頻器的通訊控制響應(yīng)速度非?？?，加減速的過程和停機(jī)命令執(zhí)行迅速，完全不會(huì)因通訊控制而有絲毫遲滯現(xiàn)象，可見通訊控制完全替代了硬接線的端子控制，不僅降低了成本，而且操作更方便，性價(jià)比更優(yōu)異。也證明了臺(tái)達(dá)的plc和變頻器的通訊功能非常強(qiáng)大和好用。