1引言

現(xiàn)代制造加工業(yè)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制中的精準(zhǔn)定位、運(yùn)動(dòng)速度和加速度、相對(duì)與絕對(duì)位置移動(dòng)以及轉(zhuǎn)矩的控制要求越來(lái)越高。可編程邏輯控制器(PLC)通常都具備脈沖序列輸出能力，可以控制伺服系統(tǒng)或者步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作。此控制方式有較好的通用性和可靠性，成本適宜且軟件開(kāi)發(fā)隨控制要求易于改變，因此被廣泛應(yīng)用[1]。而PLC對(duì)電機(jī)的控制關(guān)鍵就是其產(chǎn)生的脈沖序列，本文以施耐德ModiconM218PLC為例闡述了4種脈沖產(chǎn)生方式。

2電機(jī)脈沖控制原理

PLC電機(jī)控制系統(tǒng)所用的電機(jī)基本是步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)這兩種。這兩種電機(jī)都屬于控制電機(jī)，它們的動(dòng)作取決于控制信號(hào)，需要步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和伺服控制器來(lái)接受控制信號(hào)并將控制信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)[2]。因此，PLC產(chǎn)生的控制信號(hào)是實(shí)現(xiàn)控制的關(guān)鍵。這里的控制信號(hào)包括脈沖和方向信號(hào)等。PLC電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1PLC電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3PLC脈沖序列編程設(shè)計(jì)

3.1PTO脈沖序列輸出

施耐德M218PLC內(nèi)部PTO是占空比50%且頻率可變的脈沖序列，可以精確定位電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其最高頻率100kHz。M218內(nèi)部具有脈沖輸出管理、PTO錯(cuò)誤診斷、相對(duì)位置移動(dòng)、絕對(duì)位置移動(dòng)、恒速連續(xù)移動(dòng)、受控軸停止、快速起停精準(zhǔn)定位等功能塊。為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高精度控制，只需要靈活運(yùn)用功能塊并設(shè)置詳細(xì)參數(shù)即可，省去了更低一級(jí)編程的麻煩。

以快速起停及精確位置補(bǔ)償為例，此功能塊由外部數(shù)字量信號(hào)觸發(fā)，恒定頻率持續(xù)輸出脈沖。啟動(dòng)信號(hào)觸發(fā)后頻率由0開(kāi)始根據(jù)設(shè)定的加速度增加到目標(biāo)頻率。停止信號(hào)觸發(fā)后，功能塊開(kāi)始輸出位置補(bǔ)償值，并根據(jù)設(shè)定的減速度在輸出完位置補(bǔ)償值時(shí)減速到0。PTO_REF_IN是對(duì)PTO的參考輸入。Execute是上升沿使能輸入。StartInput是外部啟動(dòng)輸入。DelayStart是運(yùn)動(dòng)執(zhí)行延遲。Acceleration是加速度值。Direction是運(yùn)動(dòng)方向。Velocity是目標(biāo)速度。MaxDistance是運(yùn)動(dòng)執(zhí)行的最大保護(hù)距離。StopInput是外部停止輸入。Compensation是位置補(bǔ)償脈沖值。Deceleration是減速度值。PTO_REF_OUT是對(duì)PTO的參考輸出。InMode是外部輸入觸發(fā)允許。Status是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。Active是外部輸入觸發(fā)執(zhí)行狀態(tài)。CommendAborted是執(zhí)行請(qǐng)求忽略。Error是監(jiān)測(cè)錯(cuò)誤。ErrID是錯(cuò)誤類(lèi)型。其圖形語(yǔ)言如圖2所示。

圖2快速起停及精確位置補(bǔ)償圖型語(yǔ)言

3.2PWM脈寬調(diào)制

PWM脈寬調(diào)制可以生成具有可變頻率和可變寬度的方波信號(hào)。占空比從1%到99%，頻率可配置為20Hz到1kHz，精度0.1Hz。此信號(hào)可以直接命令軸的變速運(yùn)動(dòng)。

在PWM脈寬調(diào)制的功能塊中，EN_Enable是外部事件觸發(fā)啟動(dòng)PWM輸出使能，F(xiàn)_Enable內(nèi)部變量使能PWM，EN_SYNC是允許硬件觸發(fā)重新啟動(dòng)，F(xiàn)_SYNC是通過(guò)內(nèi)部變量重啟PWM，F(xiàn)requency是PWM輸出信號(hào)的頻率，Duty是PWM輸出信號(hào)的占空比，InFrequency是PWM指定頻率輸出信號(hào)，Busy是布爾變量，頻率或占空比發(fā)生變化輸出TRUE，Error是監(jiān)測(cè)錯(cuò)誤輸出，ErrID是錯(cuò)誤代碼輸出。其圖形語(yǔ)言如圖3所示。

圖3PWM脈寬調(diào)制功能圖形語(yǔ)言

3.3FG頻率發(fā)生器

頻率發(fā)生器可以按指定頻率生成50%占空比的方波信號(hào)。頻率可配置為1Hz到100kHz，步長(zhǎng)為1Hz。

在頻率發(fā)生器功能塊中，EN_Enable是外部使能，若已在頻率發(fā)生器通道配置，則可通過(guò)外部事件觸發(fā)啟動(dòng)，F(xiàn)_Enable是通過(guò)軟件變量使能頻率發(fā)生器，EN_SYNC是允許外部事件重啟頻率發(fā)生器，F(xiàn)_SYNC是通過(guò)軟件變量重啟頻率發(fā)生器，F(xiàn)requency是頻率發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率。InFrequency是頻率發(fā)生器以指定頻率輸出信號(hào)，Busy是布爾變量，如果設(shè)置了啟用命令，并且頻率發(fā)生變化，則設(shè)置為T(mén)RUE，如果設(shè)置了InFrequency或Error，或者啟用命令被復(fù)位，則復(fù)位為FALSE，Error是布爾變量，TRUE表示檢測(cè)到一個(gè)錯(cuò)誤，ErrID是檢測(cè)到的錯(cuò)誤代碼，其圖形語(yǔ)言如圖4所示。

圖4頻率發(fā)生器功能圖形語(yǔ)言

3.4TWDPTO220DT擴(kuò)展模塊

施耐德M218PLC的TWDPTO220DT是一種專(zhuān)門(mén)進(jìn)行脈沖輸出運(yùn)動(dòng)控制的模塊，通過(guò)軟帶狀線纜直接連接方式可以為M218擴(kuò)展兩塊此模塊，該模塊功能與M218內(nèi)部的PTO脈沖序列輸出功能類(lèi)似，其典型的6個(gè)運(yùn)動(dòng)功能塊是頻率發(fā)生器、移動(dòng)速度、絕對(duì)值移動(dòng)、相對(duì)值移動(dòng)、尋原點(diǎn)和設(shè)置位置。

以相對(duì)值移動(dòng)為例，PTO_REF_IN是輸入的模塊通道參考號(hào)，Execute是上升沿觸發(fā)執(zhí)行該功能，Distance是目標(biāo)距離，Velocity是目標(biāo)速度，Mode是緩沖模式，0表示中止，1表示緩沖，2表示混合先前，PTO_REF_OUT是輸出的模塊通道參考號(hào)，Done表示指令成功完成，Busy表示指令已被接收但還未完成，Command_Aborted表示指令已被其他指令打斷，Error表示指令錯(cuò)誤，其圖形語(yǔ)言如圖5所示。

圖5TWDPTO220DT擴(kuò)展模塊相對(duì)值移動(dòng)圖形語(yǔ)言

4結(jié)束語(yǔ)

施耐德M218PLC內(nèi)置的脈沖序列輸出模塊、脈寬調(diào)制模塊和頻率發(fā)生器可以為不同種電機(jī)提供所需脈沖輸出，而它們共用通道0和通道1，因此內(nèi)置模塊只可以控制兩個(gè)電機(jī)，通過(guò)2個(gè)擴(kuò)展模塊的最大擴(kuò)展，最終可以實(shí)現(xiàn)四個(gè)電機(jī)的同時(shí)控制。