基于FX2N-1PG定位模塊的可編程邏輯控制器位置控制

對(duì)單片機(jī)、工控機(jī)進(jìn)行位置控制來(lái)說(shuō)，采用可靠性高，程序編輯、修改和調(diào)試便捷的可編程邏輯控制器(PLC)以及定位模塊集成進(jìn)行位置控制，無(wú)須花太多的精力放在硬件處理上，采用積木式結(jié)構(gòu)便可很快形成控制系統(tǒng)。

定位模塊FX2N-1PG是三菱PLC功能模塊之一 ，可單軸控制，脈沖輸出最大可達(dá)100 KB／s。針對(duì)定位控制的特點(diǎn)，該模塊具有完善的控制參數(shù)設(shè)定，如定位目標(biāo)跟蹤、運(yùn)行速度、爬行速度、加減速時(shí)間等。這些參數(shù)都可通過(guò)PLC的FROM／TO指令設(shè)定。除高速響應(yīng)輸出外，還有常用的輸入控制，如正反限位開關(guān)、STOP、DOG(回參考點(diǎn)開關(guān)信號(hào))、PG0(參考點(diǎn)信號(hào))等。此外，還內(nèi)置了許多軟控制位，如返回原點(diǎn)、向前、向后等。對(duì)這些特定的功能，只要通過(guò)設(shè)置特定的緩沖單元已定義的位就可實(shí)現(xiàn)。

1、系統(tǒng)組成

圖1是采用FX2N-1PG定位模塊的位置控制系統(tǒng)組成。其中：滑臺(tái)的定位控制由交流伺服電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠來(lái)帶動(dòng)，滑臺(tái)的正反向運(yùn)動(dòng)由電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，滑臺(tái)移動(dòng)的速度由電機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。伺服電機(jī)由MR-J2S伺服裝置驅(qū)動(dòng)，MRJ2S接受FX2N-1PG定位模塊發(fā)出的正向或反向位置脈沖信號(hào)；FX2N-1 PG和FX2N-32MT通過(guò)數(shù)據(jù)線連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。位置和速度數(shù)據(jù)由觸摸屏F930GOT通過(guò)RS422輸入。

伺服電機(jī)末端的光電編碼器將絲杠的角位移和電機(jī)轉(zhuǎn)速以脈沖的形式反饋至MR-J2S的CN2口，在MR-J2S中完成位置控制和速度控制。整個(gè)位置控制系統(tǒng)實(shí)際上是位置半閉環(huán)的伺服系統(tǒng)。

圖1 控制系統(tǒng)組成

2、系統(tǒng)接口

圖2是位置控制系統(tǒng)的接口示意圖。

圖2 系統(tǒng)接口

端口定義如下：

x0——正限位，接近開關(guān)SQO.0輸入；
x1——負(fù)限位，接近開關(guān)SQ1.0輸入；
x2——伺服準(zhǔn)備好輸入信號(hào)，來(lái)自MR-J2S伺服驅(qū)動(dòng)SV RDY輸出；
x3——伺服報(bào)警輸入，來(lái)自MR-J2S伺服報(bào)警ALM輸出；
x4——緊停開關(guān)輸入；
X5——伺服結(jié)束信號(hào)輸入，來(lái)自MR-J2S伺服驅(qū)動(dòng)INP輸出；
Y0——緊停輸出；
Yl——伺服ON；
Y2——復(fù)位輸出；
Y3——伺服正限位輸出；
Y4——伺服負(fù)限位輸出；
Y5——伺服停止輸出。

回參考點(diǎn)接近開關(guān)SQ2.0與定位模塊FX2N-1PG的DOG相接，F(xiàn)X2N．1PG的正向FP和反向RP脈沖輸出口分別與MR J2S的PP和NP口相接，其余連線按標(biāo)準(zhǔn)連接。

3、程序編制

位置控制PLC程序由FX-PCS／WIN-C編程軟件實(shí)現(xiàn)。程序由定位模塊初始設(shè)定、參數(shù)計(jì)算、位置編輯及執(zhí)行、伺服狀態(tài)指示和報(bào)警等部分組成。

3.1 定位模塊初始化設(shè)定

在全行程位移x上，定位模塊初始化設(shè)定完成手動(dòng)速度最高值設(shè)定、回參考點(diǎn)速度和接近速度設(shè)定、加減速時(shí)間設(shè)定、標(biāo)志和狀態(tài)顯示設(shè)定等。其中，回參考點(diǎn)如圖3所示。

圖3 回參考點(diǎn)示意圖

回參考點(diǎn)功能啟動(dòng)后，滑塊先以v1速度快速向參考點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，碰到減速開關(guān)SQ2.0產(chǎn)生DOG信號(hào)，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速降低，滑塊以v2接近速度慢速移動(dòng)。當(dāng)增量式光電編碼器產(chǎn)生一轉(zhuǎn)脈沖(零標(biāo)志)時(shí)，電機(jī)停止，滑塊所停位置即為參考點(diǎn)位置?；貐⒖键c(diǎn)PLC梯形圖如圖4所示。

圖4 回參考點(diǎn)PLC梯形圖

3.2 定位位置和速度設(shè)定

在這一部分中，主要完成定位位置和速度設(shè)定，并在每一定位點(diǎn)執(zhí)行任務(wù)。圖5為定位控制和任務(wù)執(zhí)行示意圖。

圖5 定位控制和任務(wù)執(zhí)行

滑塊先以速度v1移至位置1，在位置1執(zhí)行任務(wù)A，完成后，再以速度 ：移至位置2，執(zhí)行任務(wù)B。依次類推，直到整個(gè)工序完成。相應(yīng)的PLC梯形圖如圖6所示。

圖6 定位位置和速度設(shè)定的PLC梯形圖

4、結(jié)語(yǔ)

利用PLC定位模塊可充分體現(xiàn)控制系統(tǒng)靈活、可靠性高的特點(diǎn)，與數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)可組成高精度的位置控制系統(tǒng)。在給出的PLC程序基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的工藝要求，充分利用PLC的I／O，將每一定位點(diǎn)上所要完成的任務(wù)嵌套在定位程序中，充分發(fā)揮PLC順序控制的功能。本位置控制裝置在上海電機(jī)學(xué)院投入實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)已近3年，運(yùn)行可靠，定位正確，擴(kuò)展靈活，設(shè)備調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)感強(qiáng)。另外，本裝置若采用二軸定位模塊，可實(shí)現(xiàn)平面定位的功能，以滿足平面定位的控制要求。