基于PLC的定位控制功能的實(shí)現(xiàn)

王記昌，李 仁

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽473009）

定位控制是位置控制的一種形式，在機(jī)械設(shè)備控制中有很重要的地位。目前中國國內(nèi)廣泛使用的是利用PLC或?qū)Ｓ每刂破骺刂撇竭M(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位控制[1]。其控制精度較高、控制性能好，尤其是伺服控制系統(tǒng)，但控制成本較高。所以在定位控制精度要求較低的情況下，可以采用對異步電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)。本文結(jié)合物料分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹該定位控制的實(shí)現(xiàn)過程。

1 任務(wù)描述

物料分揀系統(tǒng)的任務(wù)示意圖如圖1所示，即物料進(jìn)入分揀系統(tǒng)后，輸送帶帶動物件開始移動，在移動的過程中，通過顏色傳感器檢測出是黑色或白色物料，使其進(jìn)入不同的料倉中，完成分揀。

圖1 物料分揀系統(tǒng)任務(wù)表述示意圖

2 方案設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求，關(guān)鍵點(diǎn)在于控制器需要計(jì)算物料是否移動到料倉中心軸線所在的位置上，這就涉及到定位控制的問題。為了保證定位的效果及實(shí)現(xiàn)過程經(jīng)濟(jì)性的原則，確定的控制思路如下：物件放入入料口后，通過PLC控制，使異步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動傳送帶工作，把工件帶進(jìn)分揀區(qū)，如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為白色，則顏色檢測傳感器動作，當(dāng)物件移動到1號料倉中心位置時(shí)，對應(yīng)的氣缸動作，物料推入料倉中；若為黑色，推到2號槽里，完成分揀。其整體控制框圖如圖2所示。

在圖2中，編碼器輸出的脈沖信號傳送給控制器PLC，通過PLC檢測物料移動的位置，從而實(shí)施定位控制。為了保證控制效果，在每次PLC上電運(yùn)行時(shí)，通過PLC程序控制，計(jì)算編碼器的脈沖當(dāng)量，并記錄電機(jī)在自由停止的過程中返回的脈沖數(shù)。

圖2 整體控制框圖

3 定位控制的實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件電路的搭建

整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件電路由主電路與控制電路構(gòu)成，在主電路的設(shè)計(jì)上，考慮到編碼器脈沖當(dāng)量的自動準(zhǔn)確測量，采用能實(shí)現(xiàn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路，如圖3所示。

圖3 主電路設(shè)計(jì)

在控制電路的設(shè)計(jì)上，需要重點(diǎn)考慮編碼器輸出脈沖的接收，由于其輸出脈沖頻率較高，需采用帶高速計(jì)數(shù)器的PLC。根據(jù)編碼器的輸出形式及計(jì)數(shù)模式的選擇，完成編碼器信號線與PLC的接線。為了避免主電路短路，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器要進(jìn)行互鎖。物料口物件及物件顏色檢測可以通過采用光電式接近開關(guān)和光纖式接近開關(guān)完成。在PLC的選擇上，需要考慮PLC外圍電路的輸入、輸出形式、技術(shù)參數(shù)及I/O點(diǎn)數(shù)的要求，同時(shí)要求選擇的控制器具備高速計(jì)數(shù)模塊的功能。根據(jù)選擇的PLC及外圍電路，確定電源的形式及電壓高低。編碼器選擇了增量式光電編碼器，輸出三組方波脈沖A、B和Z相，其中A、B兩路為正交脈沖信號，Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。控制電路如圖4所示。

圖4 控制電路設(shè)計(jì)

3.2 程序設(shè)計(jì)

由于受傳送帶主動軸直徑（包括皮帶厚度）的測量誤差，傳送帶的安裝偏差、張緊度，分揀單元整體在工作臺面上定位偏差等因素的影響[2]，致使物料定位不準(zhǔn)確，不能順利完成分揀。為了保證定位的準(zhǔn)確，需要現(xiàn)場測試編碼器的脈沖當(dāng)量值及在電機(jī)自由停車的過程中返回的脈沖值。程序由主程序和3個(gè)子程序程序構(gòu)成，其中子程序1的功能用于計(jì)算每次PLC上電運(yùn)行時(shí)編碼器的脈沖當(dāng)量及自由停車過程中的脈沖值。子程序2的功能是利用子程序1返回的參數(shù)值，完成物件的準(zhǔn)確分揀。子程序3的功能是完成高速計(jì)數(shù)器的初始化，包括控制字的設(shè)置、初始值、預(yù)置值的設(shè)置、高速計(jì)數(shù)器及模式選擇，該程序被主程序及子程序2調(diào)用。主程序的作用是判斷是否滿足分揀的條件，從而調(diào)用各子程序。主程序和子程序1、2的流程如圖5、6、7所示。

圖5 主程序流程圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

被控制對象采用減速電機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：功率20 W、額定電壓380 V、額定頻率50 Hz、額定電流0.18 A、額定轉(zhuǎn)速1 300 rpm、減速比1:10。控制器選擇西門子S7-200CPU222 CN AC/DC/RLY型號的PLC，本機(jī)集成8輸入/6輸出共14個(gè)數(shù)字量I/O，4個(gè)獨(dú)立的30KHz高速計(jì)數(shù)器，1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力[3]。編碼器選用增量式光電編碼器，旋轉(zhuǎn)一周返回500個(gè)脈沖。根據(jù)圖3、4完成主電路及控制線路的安裝。

依據(jù)編程思路，在S7-200對應(yīng)的編程軟件中完成程序的設(shè)計(jì)，編譯成功后，通過PPI電纜線下載到PLC控制器中。運(yùn)行調(diào)試表明，可實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。

圖6 子程序1流程圖

圖7 子程序2流程圖

5 結(jié)束語

在定位精度要求不高的情況下，通過對異步電動機(jī)的控制達(dá)到準(zhǔn)確的定位效果，實(shí)現(xiàn)了物料的順利分揀。整個(gè)控制系統(tǒng)硬件電路易于實(shí)現(xiàn)，線路較為簡單，硬件成本低，整體經(jīng)濟(jì)型好。為了避免機(jī)械部分在安裝過程中的誤差影響，保證定位準(zhǔn)確，在軟件設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了脈沖當(dāng)量及停車過程中脈沖數(shù)的自動測量。通過對軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能，取得良好的控制效果。

[1]陳嬋娟，薛 愷，常美蓉，等.基于PLC的步進(jìn)電動機(jī)單雙軸運(yùn)動控制的實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009（3）：178-180.

[2]呂景泉.自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[3]廖常初.S7-200PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.