1、-基于 PLC 的兩軸運動控制系統設計學生：坤森 *：2021062038指導教師;寬棟專業：機電一體化科技職業技術學院摘要：以可編程控制器 PLC 作為運動控制系統的核心，步進電機作為運動控制系統的執行機構，設計了基于 PLC 的兩軸運動控制系統；通過 PLC 高速脈沖口輸出高速脈沖，實現了單軸運動或者兩軸運動；采用觸摸屏作為操作面板，建立了友好的人機交互界面。關鍵詞：機械制造自動化； PLC；步進電機；運動控制0 前言步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。步進電機開環控制構造簡單，可靠性高，價格低。 但當起動頻率太高或者負載太大，步進電機極易失步。 而步進電機閉環控制可以抑制以上缺

2、點，提高系統精度和穩定性。 在閉環控制系統中，采用增量式編碼器作為反響裝置。而 PLC 作為一種工業計算機，具有邏輯控制、 步進控制、 數據處理、 存儲功能、自診斷功能、 通信聯網等功能，而且具有較高的可靠性、 較強的抗干擾性、 較好的通用性等優點。 所以，使用 PLC 控制步進電機，構建兩軸運動控制系統，具有重要意義。1 系統組成本文所實現的示教與再現功能系統組成框圖如圖1所示 。采用西門子S 7-200系列的 C P U226 D C/D C /D CP L C作為主控制器 。該 C P U具有 4個最高 20k H z的正交高速脈沖計數器 ,能夠對輸入的正交編碼脈沖信號進展 4分頻 5

3、; 2個最高 20k Hz 的高速脈沖輸出 ;24個輸入點和 16個輸出點 ; 其布爾型指令執行時間只有 0. 22 s 6 。2系統總體設計該運動控制系統由觸摸屏、 PLC、 步進電機驅動器、 步進電機、 限位開關、 急停開關、 編碼器等組成。操作者通過觸摸屏端操作，向 PLC發出控制指令，PLC 根據控制指令和部梯形圖控制相應步進電機動作，步進電機將帶動相應的進給軸動作，同時，PLC 將采集與步進電機相連的編碼器產生的反響信號，并將反響信號返回給觸摸屏，以完成整個系統的反響環節。 此外，外部限位開關用于限定運動系統的極限位置，急停開關用于發生突發狀況時，立即停頓機器，防止傷害或者損失擴大。

4、 系統總體設計框圖如圖 13系統硬件設計該運動控制系統采用 “脈沖+方向 方式控制步進電機，即 PLC 輸出高速脈沖和方向信號，完成對步進電機的控制。 同時，PLC 輸入端的高速計數口對編碼器信號進展計數。此外，外部限位開關、 急停開關、 功能按鈕也需分配 PLC 相應的輸入端口。因此，選擇了三菱 F*3U-64MT，該 PLC 是第三代微型可編程控制器，置獨立 3 軸 100kHz 定位功能，具有高速計數功能，完全滿足系統要求。 PLC 端口分配如表 1 所示。4系統控制方案設計該運動控制系統主要解決兩方面的問題：一是兩軸運動的插補算法問題，因為 PLC 本身不具有插補計算功能，因此需要設計

5、適宜的插補算法，通過編程方法來實現插補；二是區分單軸運動和兩軸運動，單軸運動時，判斷是哪根軸運動以及怎樣運動，兩軸運動時，兩根軸是怎樣運動。傳統的逐點比較法盡管算法簡單，但是不能實現兩軸同動；數字積分法雖然作了一定的改進，但是該算法兩軸速度比恒定，算法不易掌握，并且不能保證連續實現兩軸同動。 針對以上插補算法的缺乏，提出了另一種插補算法：兩軸同動法，其原理是每次向兩個坐標軸分別輸出各自的進給脈沖，在同一時間，兩個坐標軸分別獨立地完成規定的進給量，根據直線合成原理，兩軸同動的結果是得到一條直線，原給距離為 Ly，則在兩軸同動情況下，各分量如表 2 所示。由于步進電機的輸出位移量與輸入脈沖數成正比

6、，其速度與單位時間輸入脈沖數即脈沖頻率成正比，此時，PLC 只需向 * 軸和 Y 軸步進電機同時輸出各自脈沖總數和脈沖頻率，同時，輸出步進電機方向控制信號，就可以完成直線運動軌跡。兩軸運動控制系統的運動情況主要有 2 種，即單軸運動和兩軸運動。該系統采用如下指令來實現單軸運動或兩軸運動。LD*023MOVD0K2Y004LDY010DDRVAD1D2Y000Y004LDY011DDRVAD3D4Y001Y005LDM8000DHSCRD1C235Y010DHSCRD3C236Y011當按下啟動按鈕后，PLC 執行部梯形圖程序，用 D0 的每個位來控制 Y004 到 Y013 輸出口的動作。其中

7、選擇 Y004 作為 * 軸電機方向控制信號，Y010 作為判斷 * 軸電機是否運行的條件，即當Y010 為高電平時，* 軸電機動作，同時選擇 Y005 作為 Y 軸電機方向控制信號，Y011 作為判斷 Y 軸電機是否運行的條件，即當 Y011 為高電平時，Y 軸電機動作。電機狀態控制表如表 3 所示。 當 PLC 高速計數口對編碼器的計數值與預設值相等時，Y010 或者 Y011 將會被復位，電機停頓。5觸摸屏界面設計該系統采用三菱 GS2107 觸摸屏作為操作面板，操作者通過觸摸屏端操作，實現不同的控制功能。手動模式下，操作者可以進展 * 軸點動、 Y 軸點動操作。 自動模式下，操作者通過

8、輸入起點坐標和終點坐標，并選擇電機的 8 種工作模式，按下啟動按鈕，PLC 會根據部梯形圖，控制電機運行到指定位置。此外，PLC 高速計數口對編碼器進展計數，數值轉化為坐標，實時顯示在觸摸屏上。 觸摸屏界面設計如圖 4 所示。6 結論 1該運動控制系統以 PLC 為核心，步進電機為執行機構，構造簡單，動態性能良好； 2設計的插補算法和應用指令，可以實現單軸運動或兩軸運動； 3采用觸摸屏作為人機交互界面，操作簡單，易于掌握。參考文獻 1 邵強 邵誠 基于PLC的直線插補控制及其實現 機械設計與制造，2007，8:122-123.2 明副.西門子運動控制器在壓機送料線上的應用J鍛壓裝配與制造技術，2004,2:55-56.3紹芳 車廂邊板冷彎成形生產線中點焊機的PLC程序控制J.鍛壓裝配與制造技術，2021，1:64-