摘 要：本文介紹一種PLC間通信的步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程閉環(huán)控制的方案，主要介紹了系統(tǒng)構(gòu)成、主站和從站的程序編制，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，該方案簡單、實(shí)用，適合用于作業(yè)與控制分離的場(chǎng)合。
1 前言
步進(jìn)電機(jī)作為位置控制元件，在工業(yè)上得以廣泛的應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)機(jī)器人、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢驗(yàn)傳送帶、溫室自動(dòng)灌溉等需要連續(xù)控制、精確定位的場(chǎng)合，采用步進(jìn)電機(jī)的位置控制系統(tǒng)，仍是一種比較理想的方案，但在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用中，由于作業(yè)場(chǎng)地和控制大多數(shù)場(chǎng)合是分離的，而且只有作業(yè)與控制分離，才可以更大地減輕人工的勞動(dòng)量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的工廠化作業(yè)。
本文介紹一種基于PLC間通信的步進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程閉環(huán)控制方案，特別適用于農(nóng)業(yè)作業(yè)與控制分離的場(chǎng)合，而且系統(tǒng)構(gòu)成的成本也不高。
2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
整個(gè)系統(tǒng)主要由兩臺(tái)FX系列PLC、兩臺(tái)PLC通信模塊(FX0N-485ADP)、步進(jìn)電機(jī)(4S39Y-06520)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(Kinco的2M420)、編碼器(內(nèi)密控OSS-01-2HC)構(gòu)成。
兩臺(tái)FX系列PLC，一臺(tái)作主站，另一臺(tái)作從站，兩臺(tái)PLC間的通信用兩臺(tái)FX0N-485ADP通信模塊，兩通信模塊間的連接用四芯電纜線。
主站主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制操作，控制信號(hào)通過通信模塊傳送給從站，從站接受主站控制，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。編碼器檢測(cè)出步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的脈沖數(shù)，送入 PLC的高速計(jì)數(shù)輸入端。
從站PLC采用晶體管輸出型，采用脈沖輸出和方向信號(hào)輸出的方式，設(shè)Y0為脈沖輸出點(diǎn)，Y1為方向信號(hào)輸出點(diǎn)。
整個(gè)系統(tǒng)原理如圖1。
圖1 系統(tǒng)的原理圖
3 系統(tǒng)軟件部分
主站和從站分別編制程序，主站程序接受主站的拔碼開關(guān)的輸出脈沖頻率及輸出脈沖數(shù)的設(shè)定，接受控制按鈕啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)并傳送給從站，從站接受主站的信號(hào)，根據(jù)要求控制步進(jìn)電機(jī)走步、啟停及正反轉(zhuǎn)，編碼器輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)PLC的高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后，與主站設(shè)定的輸出脈沖數(shù)比較，經(jīng)過運(yùn)算修正輸出的脈沖數(shù)。
3.1 PLC站的設(shè)定
本系統(tǒng)中主站PLC采用的是FX0N系列，從站PLC采用的是FX1S系列，
所以，兩站間的通信是屬于N:N網(wǎng)絡(luò)通信。N:N網(wǎng)絡(luò)通信的特殊數(shù)據(jù)寄存器及相關(guān)標(biāo)志定義如下：
PLC站號(hào)的設(shè)定是將0～7的值寫入特殊數(shù)據(jù)寄存器是D8176中，主站的(D8176)=0，從站的設(shè)定值是1～7，從站的(D8176)=1;從站的總數(shù)(只有主站需設(shè)定)是將1～7的值寫入特殊數(shù)據(jù)寄存器D8177中，分別對(duì)應(yīng)1～7個(gè)從站點(diǎn)，只有一個(gè)從站，(D8177)=1。
設(shè)置刷新范圍(從站不需設(shè)置)將0～2的值寫入特殊數(shù)據(jù)寄存器D8178中，以確定通信的模式，(D8178)=0, 則為模式0, 則0號(hào)站的通信刷新軟元件范圍是D0～D3, 1號(hào)站的通信刷新軟元件范圍是D10～D13。重試次數(shù)(從站不需設(shè)置)將0～10的值寫入特殊數(shù)據(jù)寄存器D8179中，(D8179)=3，當(dāng)主站試圖以3次或更高的次數(shù)與從站通信時(shí)，此站點(diǎn)發(fā)生通信錯(cuò)誤;通信超時(shí)將5～255的值寫入特殊數(shù)據(jù)寄存器D8180中，此值乘以10ms 就是通信超時(shí)的持續(xù)時(shí)間。
FX0N、FX1S系列通信的參數(shù)設(shè)置輔助繼電器是M8038，主站點(diǎn)產(chǎn)生通信錯(cuò)誤的輔助繼電器是M504, 從站點(diǎn)產(chǎn)生通信錯(cuò)誤的輔助繼電器是M505～M511,分別對(duì)應(yīng)從站1～7, 與其它站點(diǎn)通信時(shí)為ON的輔助繼電器是M503。這些輔助繼電器在用戶程序中不能用作其它用途。
3.2主站程序
主站程序，需根據(jù)系統(tǒng)將主站通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將PLC主站輸入單元的控制信號(hào)讀入主站內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器中，將需要與從站通信的控制信號(hào)置入通信刷新軟元件區(qū)域，以便從站讀取。主站程序如圖2示。
3.3從站程序
從站程序接收主站刷新范圍軟元件的信息，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)的脈沖串和方向信號(hào)輸出給步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器2M420，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，Y1為0時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，Y1為1時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)根據(jù)從站的設(shè)定執(zhí)行。從站程序如圖3示。
圖2 主站梯形圖程序
圖3 從站梯形圖程序
3.4 位置閉環(huán)控制
增量式編碼器OSS-01-2CH提供兩相90°差反饋脈沖信號(hào)，輸入PLC的高速信號(hào)輸入端子X000、X001，用高速計(jì)數(shù)器C255累計(jì)輸入脈沖，根據(jù)輸入計(jì)數(shù)脈沖與設(shè)定脈沖數(shù)的差值，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)脈沖數(shù)的修正。
位置控制的輸出用DRVI指令，相關(guān)元件D8145定義DRVI指令執(zhí)行時(shí)的基底速度，D8146定義DRVI指令執(zhí)行時(shí)的最高速度，D8148定義DRVI指令執(zhí)行時(shí)的加減速時(shí)間。
DRVI的 指令：
D14指定輸出脈沖頻率，D16指定脈沖數(shù)，從Y0輸出，Y1為ON時(shí)正轉(zhuǎn)，OFF時(shí)反轉(zhuǎn)。D16存放的是可刷新的脈沖數(shù)及修正后的脈沖數(shù)。
4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)
步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)是選用Kinco的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器2M420，該系列驅(qū)動(dòng)器采用美國先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的細(xì)分型大電流高性能驅(qū)動(dòng)器，由于采用新的超大規(guī)模集成電路，該款驅(qū)動(dòng)器具有高功率、小體積、性能穩(wěn)定、成本低廉的特點(diǎn)。
驅(qū)動(dòng)器的有八位DIP開關(guān)可以對(duì)驅(qū)動(dòng)器的工作方式和工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，采用雙極型恒流驅(qū)對(duì)方式，對(duì)DIP6-DIP8進(jìn)行設(shè)定可將輸出相電流設(shè)定在0.3A-2.5A,以配合不同型號(hào)的混合式步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。由于采用專用的驅(qū)動(dòng)控制芯片，對(duì)DIP1-DIP4進(jìn)行設(shè)定可以將輸出脈沖細(xì)分,最高可達(dá)到256/200細(xì)分。
5 結(jié)論
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制，可以讓系統(tǒng)的定位控制更精確，避免由于數(shù)據(jù)通信、驅(qū)動(dòng)控制、傳動(dòng)帶來的誤差，另外，用兩臺(tái)PLC單元機(jī)通過通信模塊，組成N:N網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信, 遠(yuǎn)程控制，適合于作業(yè)與控制分離的場(chǎng)合。
該方案通過調(diào)試完全能達(dá)到控制精度要求，在溫室灌溉噴頭，農(nóng)產(chǎn)品特性檢測(cè)傳送帶，農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人等應(yīng)用場(chǎng)合，且系統(tǒng)構(gòu)成靈活，成本低廉，可靠性較高;該系統(tǒng)如果在主站設(shè)立與PC機(jī)的通信或觸摸屏，可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。
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：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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