用PLC主機(jī)直接控制四軸系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

魏西營

摘 要：從FATEK FBs_PLC內(nèi)部的SoC晶片入手，整合了4組硬體高速脈沖寬度調(diào)變輸出，使其結(jié)構(gòu)略作調(diào)整，用主機(jī)直接控制（不使用伺服模塊）電機(jī)，實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)的伺服運(yùn)行控制系統(tǒng)，其頻率高達(dá)184.32 kHz。在設(shè)備制造領(lǐng)域內(nèi)，使用者采用最經(jīng)濟(jì)的方法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、精準(zhǔn)的控制，其有廣泛的推廣前景。

關(guān)鍵詞：高速輸出口；四軸聯(lián)動(dòng)；硬體高速PWM；伺服運(yùn)行控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TQ315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.081

文章編號(hào)：2095-6835（2016）20-0081-01

可編程序控制器（programmable logic controller），簡稱PLC，是數(shù)字運(yùn)算的操作系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。FBs-PLC特有0.1 ms時(shí)基之高速計(jì)時(shí)器提供誤差0.1 ms的計(jì)時(shí)器和計(jì)時(shí)到（time-up）的即時(shí)中斷處理功能。過去，PLC無法勝任精密計(jì)時(shí)或速度檢測(cè)的場合，現(xiàn)在均可勝任，而且其功能也不再局限于邏輯控制。因?yàn)橛懈咚倜}沖輸出（HSPSO）單機(jī)可作4軸直線補(bǔ)間伺服控制，再加上各軸細(xì)致平順之加/減速功能，可以輕易完成多段變化且平順、精準(zhǔn)的直線路徑或定位控制。

1 硬體結(jié)構(gòu)和電氣方案設(shè)計(jì)

根據(jù)課題要求，采用FATEK SoC Based 微型PLC作為主控制器，機(jī)型為FBs-24MCT。

FBs-PLC的輸出（DO）：Y0、Y1、Y2、Y3為高速單相頻率120 kHz，Y4、Y5、Y6、Y7為中速單相頻率20 kHz，Y8、Y9為低速單相頻率200 Hz，輸出（DO）共8只。

因?yàn)檎n題項(xiàng)目為4軸電機(jī)伺服運(yùn)行的脈沖驅(qū)動(dòng)方式，則Y0、Y1控制電機(jī)1，Y2、Y3控制電機(jī)2，Y4、Y5控制電機(jī)3，Y6、Y7控制電機(jī)4.其中，輸出（DO）Y4、Y5、Y6、Y7為中速20 kHz的頻率沒有達(dá)到課題項(xiàng)目指標(biāo)，所以，將FBs-PLC拆開自己調(diào)整換位輸出（DO）高速芯片Y1、Y3換位中速芯片Y4、Y6。這樣，輸出（DO）硬體參數(shù)達(dá)到了課題項(xiàng)目指標(biāo)，并將電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式選擇為脈沖+方向控股。FBs-PLC的電氣原理如圖1所示。

該系統(tǒng)主要是由氣動(dòng)元件、機(jī)械部件、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和零位傳感器組成的。根據(jù)課題項(xiàng)目的工藝流程，每組2只電機(jī)按時(shí)序伺服運(yùn)行，項(xiàng)目中共分2組4軸同時(shí)獨(dú)立工作。

2 項(xiàng)目工藝流程簡介

第一組工藝流程：正繞圈、反繞圈、拉尾長、夾工件、切工件、抽芯桿、車頭電機(jī)1復(fù)位（機(jī)械部件定位）、絲桿電機(jī)2回位（機(jī)械部分完成送料及定位）、松工件，往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)。車頭電機(jī)1零位——上電后系統(tǒng)車頭電機(jī)1自動(dòng)復(fù)位，車頭的機(jī)械部件定位準(zhǔn)確；絲桿電機(jī)2零位——點(diǎn)動(dòng)復(fù)位鈕，絲桿電機(jī)2移向零位傳感位置，按下該鈕電機(jī)2運(yùn)行，反之則停止運(yùn)行，到位后電機(jī)2自動(dòng)停止運(yùn)行。

在正繞圈和反繞圈時(shí)，車頭電機(jī)1按系統(tǒng)參數(shù)高速旋轉(zhuǎn)繞圈，絲桿電機(jī)2按參數(shù)設(shè)定伺服電機(jī)1時(shí)刻跟隨運(yùn)動(dòng)。

第二組工藝流程與第一組相同，車頭電機(jī)3零位——上電后，系統(tǒng)車頭電機(jī)3自動(dòng)復(fù)位，車頭的機(jī)械部件定位準(zhǔn)確；絲桿電機(jī)4零位——點(diǎn)動(dòng)復(fù)位鈕，絲桿電機(jī)4移向零位傳感位置，按下該鈕電機(jī)2運(yùn)行，反之則停止運(yùn)行，到位后電機(jī)4自動(dòng)停止運(yùn)行。

當(dāng)車頭電機(jī)3按照系統(tǒng)參數(shù)高速旋轉(zhuǎn)繞圈時(shí)，絲桿電機(jī)4按照參數(shù)設(shè)定，伺服電機(jī)3時(shí)刻跟隨運(yùn)動(dòng)。主機(jī)FBs-PLC遵循各組的工藝流程，系統(tǒng)自動(dòng)分別控制4軸獨(dú)立運(yùn)行。

3 主要參數(shù)

根據(jù)課題項(xiàng)目的要求，系統(tǒng)采用高性能三相混合式步進(jìn)電機(jī)的Q3HB64MA/B等角度恒力矩細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)電壓為DC40 V，電流1～5.8 A可調(diào)。該驅(qū)動(dòng)器采用類似伺服控制原理的電路，使電機(jī)低速運(yùn)行平穩(wěn)，無震動(dòng)和噪聲。在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，力距大大高于五相混合式步進(jìn)電機(jī)。其主要引腳功能是，PU為脈沖信號(hào)，DR為方向控制信號(hào)，高電平為正向旋轉(zhuǎn)，低電平為反向旋轉(zhuǎn)。

步進(jìn)電機(jī)1，2，3，4的最高轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分為1 000脈沖/轉(zhuǎn)，F(xiàn)Bs-PLC輸出（DO）Y0、Y2、Y4、Y6的最高輸出頻率為5 000 r/min×1 000脈沖/轉(zhuǎn)=50 000 000脈沖/分=83.333 kHz。

4 總結(jié)

如果配合內(nèi)建的HHSC作回授，尚可作閉環(huán)控制，對(duì)諸如元件磨損、老化、不良等作檢測(cè)和相對(duì)的補(bǔ)償，以獲得更精準(zhǔn)的控制。同時(shí)，還提供定位專用語言配合PLC梯形圖的便利指令，以便輕易實(shí)現(xiàn)精密定位控制。在人機(jī)操作界面方面，通過MODEM撥號(hào)可以連接在海外的PLC，直接在辦公室就可以實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)方修改程式、模擬控制、診誤和監(jiān)視工作，會(huì)使工作變得更加人性化。從技術(shù)研發(fā)的角度看，很多國家都很重視PLC的開發(fā)設(shè)計(jì)，并將它的發(fā)展作為衡量科技發(fā)展的重要指標(biāo)之一。