基于PLC控制的機(jī)構(gòu)定位程序的編程技巧

陳廣勝 徐顯悅

摘 要

在自動化生產(chǎn)、加工和控制過程中，經(jīng)常要對加工工件的尺寸或機(jī)械設(shè)備移動的距離進(jìn)行精確定位控制。這種定位控制僅僅要求控制對象按指令進(jìn)入指定的位置，對運動的速度無特殊要求[1]。在自動化設(shè)備中，伺服電機(jī)是進(jìn)行精確定位的常用設(shè)備，實現(xiàn)定位控制的關(guān)鍵則是對伺服電機(jī)的控制。本文旨在闡述利用PLC控制伺服電機(jī)實現(xiàn)準(zhǔn)確定位的方法，同時，在每一個定位都會有其他的動作，如何編寫一個靈活的定位程序和處理好定位與其他動作的關(guān)系，對于工業(yè)生產(chǎn)中定位控制的實現(xiàn)具有較高的實用與參考價值。

關(guān)鍵詞：自動化，伺服定位，編程技巧，PLC

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（b）-0000-00

Abstract

In the process of automatic production， processing and control， it is often necessary to precisely locate and control the size of the workpiece or the moving distance of the mechanical equipment. This kind of positioning control only requires the control object to enter the designated position according to the instruction， and has no special requirement for the speed of movement [1]. In the automation equipment， the servo motor is the common equipment for precise positioning. The key to realize positioning control is the control of the servo motor. The purpose of this paper is to elaborate the method of accurately positioning by using PLC to control servo motor. At the same time， there will be other actions in each positioning. How to write a flexible positioning program and deal with the relationship between positioning and other actions is of great practical and reference value for the realization of positioning control in industrial production.

Key words： automation， servo positioning， programming skills， PLC

在工業(yè)自動化程度越來越高的今天，PLC在工業(yè)自動化中占據(jù)了絕對的優(yōu)勢，市場占有率很高，大中小企業(yè)基本都用PLC控制生產(chǎn)線[2]。隨著市場需求的多樣化，對生產(chǎn)線靈活性要求也越來越高，生產(chǎn)線的改造也越來越頻繁。PLC的編程對生產(chǎn)線的改造升級也顯得越來越重要。生產(chǎn)線中機(jī)構(gòu)的定位是常見的現(xiàn)象，在精確定位中，常用的電機(jī)是伺服電機(jī)。自動控制系統(tǒng)中，伺服電機(jī)常用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓小等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出[3]。本文以亞龍YL-335B生產(chǎn)線的機(jī)械手控制為例，論述定位程序的編程思路。

一、 設(shè)備簡介

亞龍YL-335B型自動生產(chǎn)線由安裝在鋁合金導(dǎo)軌式實訓(xùn)臺上的供料單元、加工單元、裝配單元、輸送單元和分揀單元5個單元組成。

其中，每一工作單元都可自成一個獨立的系統(tǒng)，同時也都是一個機(jī)電一體化的系統(tǒng)。各個單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本上以氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為主，但輸送單元的機(jī)械手裝置整體運動則采取伺服電機(jī)驅(qū)動、精密定位的位置控制，該驅(qū)動系統(tǒng)具有長行程、多定位點的特點，是一個典型的一維位置控制系統(tǒng)。

二、 功能特點分析

輸送單元的基本功能：通過直線運動傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動抓取機(jī)械手裝置到指定單元的物料臺上精確定位，并在該物料臺上抓取工件，把抓取到的工件輸送到指定地點然后放下，實現(xiàn)傳送工件的功能。

圖一 設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖

該系統(tǒng)一共需要五個點定位：原點、供料單元、加工單元、裝配電源和分揀單元。其中在供料單元時，機(jī)械手裝置需要實現(xiàn)抓取工件；加工單元時，機(jī)械手裝置需要放下工件，待加工單元加工完成后再抓取工件；裝配單元時，機(jī)械手裝置需要放下工件，待裝配單元裝配完成后再抓取已裝配的工件；分揀單元時，機(jī)械手裝置需要把工件放下，然后根據(jù)要求繼續(xù)下一動作。

輸送單元單元的功能就是根據(jù)生產(chǎn)的需要，搬運工件給其他幾個單元進(jìn)行處理。該單元的運行效率很大程度決定了整條生產(chǎn)線的運行效率。也是整條生產(chǎn)線最活躍最重要的一個單元。要寫好該單元的控制程序，根據(jù)功能要求，首先對輸送單元的功能進(jìn)行梳理和歸納。輸送單元在每個單元都是送工件或取工件，剩下就是定位的問題。根據(jù)這個特點，我們可以把定位和在每個位置的動作分成兩大功能來控制。

三、系統(tǒng)硬件及伺服參數(shù)設(shè)置

設(shè)備采用了型號為FX3U-48MT的PLC控制，伺服驅(qū)動器為松下madkt1507e，交流伺服電機(jī)型號為松下MHMJ022G1U. 伺服系統(tǒng)的接線主要以伺服驅(qū)動器為中心，基本的接線有四組，一組是電源接線（XA），包括主電源和控制電源；二組是伺服電機(jī)電源動力線（XB），UVW三相電與電機(jī)的三個端要對應(yīng)；三組是I/O接線（X4），保護(hù)來自PLC的控制信號、左右限位信號及伺服警報信號輸出；四組是編碼器反饋接線（X6），有伺服電機(jī)運動時產(chǎn)生反饋信號到伺服驅(qū)動器[4]。

四、程序編寫

核心程序主要分成三大塊，初始化、定位和位置動作、定位請求信號和位置動作啟動程序。首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化：將機(jī)械部分恢復(fù)到初始狀態(tài)，回到機(jī)械原點。在每次設(shè)備啟動和按下回原點按鈕時，啟動系統(tǒng)初始化程序；然后將輸送單元動作分為兩部分：一是機(jī)械手的準(zhǔn)確移位，用M1控制DRVA語句（如圖三），其中用于定位置的操作數(shù)用數(shù)據(jù)寄存器代替，通過改變寄存器的值來改變位置。二是在每個位置機(jī)械手的送工件或取工件動作部分，固定一組M進(jìn)行控制，可以采用子程序?qū)崿F(xiàn)動作，這樣使程序更清晰。最后通過處理請求信號（各單元等待機(jī)械手搬運工件）轉(zhuǎn)換為動作代號放入D110，當(dāng)有請求（0

圖二 編程思維導(dǎo)圖

圖三 定位語句

圖四 定位賦值語句

為了程序結(jié)構(gòu)清晰，提高可讀性，機(jī)械手的取工件和送工件的動作采用子程序處理。采用數(shù)據(jù)寄存器D110的值來表示各單元的請求，可以方便網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸，也方便后續(xù)與觸摸屏的數(shù)據(jù)共享[5]。如果生產(chǎn)線單元組成由發(fā)生變化，對于輸送單元來說，程序的基本結(jié)構(gòu)和思路都可以基本不變。比如，少了一個加工單元，只是D110缺少一個值，程序可以不修改；如果增加一個單元，主要增加D110一個值，然后增加賦值語句。

五、小結(jié)

在程序編寫前，要進(jìn)行充分的功能分析，通過分析歸納出系統(tǒng)的功能模塊，這次才能形成清晰的編程思路。通過畫思維導(dǎo)圖能幫助程序的編寫。當(dāng)各單元共享數(shù)據(jù)比較多時，可以把同一類的數(shù)據(jù)通過用數(shù)據(jù)寄存器的值來共享。程序的編寫重在編程思路的確立，通過功能分析，思維導(dǎo)圖的組建，能使程序編寫更簡單，思路清晰，增加程序的靈活性。為后續(xù)設(shè)備的升級、維修提供便利。

[1] 李 寧，

[2] 陽勝峰.可編程序控制器及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的綜合應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社.2009

[3]三菱電機(jī)自動化（上海）有限公司 FX3U，F(xiàn)X3UC編程手冊.2005

[4]珠海松下馬達(dá)有限公司.minas-A5伺服系統(tǒng)使用手冊綜合版.2009

[5]靳永周.基于PLC的伺服電機(jī)運動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2017，14（16）：116-117.