基于安川MP2300的數控位置控制

劉華偉

摘要：現代可編程序邏輯控制器（PLC）是一種將CPU、I/O集成到一起的、簡易的工業控制計算機，具有抗干擾性能好、高可靠性、高集成度、體積小等優點。本文闡述了簡易數控系統位置控制的原理，并結合實際案例，介紹了安川MP2300 PLC在簡易位置控制中的應用。

關鍵詞：可編程序邏輯控制器;位置控制;伺服定位裝置

中圖分類號：TP241? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0074-02

0? 引言

氣缸及液壓技術，雖然可以實現一些簡單的位置控制，但是其精度和控制的靈活性，遠遠不如伺服控制系統。

近些年來，隨著工廠自動化技術的普及，以及國家“智能制造2025”的深入開展，現代化智能工廠如雨后春筍般涌出。作為智能工廠的執行環節，位置控制的精準化、快速化以及柔性化應用越來越多，位置控制的伺服化應用也隨之變多。然而伺服控制比較復雜，制約了一些對位置控制要求比較簡單，但是精度較高的應用的發展。

MP2300是安川公司開發的用于伺服控制的PLC。本文針對結合實際案例，介紹MP2300伺服控制的方式。

1? 基于MECHATROLINK的伺服控制

傳統的伺服控制，采用模擬量電壓、電流或數字脈沖序列進行控制，需要專門的運動控制卡產生需要的電壓、電流或脈沖序列，不僅控制復雜，還比較容易受到外界信號干擾[2]。MECHATROLINK通信協議[1]是一種基于以太網的實時通訊協議，最大傳輸速度為100MBits/s，最多支持62個從站。該通訊協議，最早由安川公司提出的，因此安川所有的伺服驅動裝置都支持該協議。MP2300 PLC可以通過一根網線，最多同時控制62個伺服單元，接線簡單，運行可靠、穩定。同時，MP2300兼具通用PLC的過程控制的特點，并支持MODBUS TCP、Profibus、EtherCAT、CCLINK等通訊協議，具有很好的擴展性。

2? 伺服定位裝置

2.1 定位裝置機械結構

伺服定位裝置采用十字滑臺結構，由2臺安川SIGMA 7伺服電機以及導軌、絲杠構成。伺服電機和絲杠用聯軸器連接，以提高直線運動的響應速度和精度。根據現場要求，該十字滑臺可以實現精確的定位功能，以及簡單的直線插補和圓弧插補功能。為了防止各軸過行程，在各軸的最大行程和最小行程處安裝了限位開關。（圖1）

2.2 定位裝置的伺服電氣

采用安川SIGMA7伺服電機做為驅動單元，采用帶MECHATROLINK接口的伺服放大器。由于MP2300可以作為MECHATROLINK主站，且可以進行類似BASIC語言的高級語言編程，編程靈活，穩定性好，與伺服放大器采用網線連接，根據SIGMA系列伺服放大器電氣手冊，采用MECHATROLINK協議的伺服放大器，終端放置終端電阻。PLC與伺服放大器的接線如圖2所示。

為了能實時顯示當前坐標，以及滿足設定一些簡單的動作的要求，配備了一個觸摸屏。觸摸屏與PLC采用MODBUS TCP協議通訊。觸摸屏可以實時顯示當前位置坐標、目標位置坐標以及剩余量。當某根軸移動時，其后面的指示燈由紅色變為綠色。（圖3）

2.3 伺服定位裝置功能實現

2.3.1 電子齒輪設定

電子齒輪即每一個單位的輸入，對應多少單位的輸出。因為本文中的機械結構是伺服電機與絲杠能過聯軸器直接連接，因此伺服電機端電子齒輪比為1：1。為了后續編程方便，我們希望通過1個單位的輸入指令，定位裝置移動0.001mm。本裝置采用的是絲杠螺距為10mm，機械裝置旋轉一次的脈沖數為：10/0.001=10000（指令單位），因此電子齒輪設定為：10000：1：1。

2.3.2 加減速設定

為了保證伺服電機運行平穩，避免伺服電機啟動和停止時的沖擊和振蕩，在伺服電機啟動和停止階段，使用SCC命令，設定加減速時間曲線。（圖4）

2.3.3 插補速度計算[3]

在2軸插補控制中，最后的插補速度是各軸的合成速度。在程序中，我們指定的是最后的合成速度，拆分成各軸的運動速度的公式為：

如圖5所示。

設定為以上參數，根據人機界面設定的位置要求，進行伺服控制，如下：

……

……

MOV [A1]0 [B1]0 ; //回原點

MW0010=1; //計數器預設

INC; //指定增量模式

PLN [A1][B1]; //指定在A1、B1平面

WHILE MW0010<=10;//循環操作

MCW [A1]0 [B1]0 U50. V50. F8000;//圓弧插補

MOV [A1]50 [B1]50; //定位

MW0010=MW0010+1; //計數器加1

WEND;

……

……

3? 結論

MP2300 PLC與SIGMA 7伺服放大器可以通過MECHATROLINK協議進行通訊，具有連接簡單、抗干擾性強的特點。MP2300可以使用類似BASIC語言進行編程，提高編程效率。在增加了上位機后，可以實現更復雜的運行控制，而實現成本要比使用數控系統低廉很多。

參考文獻：

[1]Radia Perlman， Interconnections： Bridges， Routers， Switches， and Internetworking Protocols （2nd Edition）. Addison-Wesley 1999. ISBN 0-201-63448-1. In particular Ch. 18 on "network design folklore". [C].

[2]王太勇，李波，李宏偉，等.基于 CAN總線嵌入式結構的運動控制器的研究[J].機床與液壓，2005（9）.

[3]丁亮，尤波，于振中，等.基于 USB.DSP的開放式運動控制器開發[J].電機與控制學報，2006，10（3）.