臺達(dá)運動控制型PLC應(yīng)用技術(shù)

1、項目內(nèi)容電源電壓電源保險絲容2A/250VAC消耗電力60VA臺達(dá)運動控制型PLC應(yīng)用技術(shù)摘要：本文簡述臺達(dá)DVP20P睚動控制型PLC的硬件及軟件結(jié)構(gòu)，并介紹在應(yīng)用中的方法及特點。關(guān)鍵詞：PLC運動控制邏輯控制數(shù)控系統(tǒng)CAMffi補(bǔ)運算1引言隨著自動化設(shè)備對控制的高精度、高響應(yīng)性需求的不斷增加，自動化控制技術(shù)不斷提高，精確的高速定位控制得到廣泛應(yīng)用，PLC這一工業(yè)控制產(chǎn)品也從早期的邏輯控制領(lǐng)域不斷擴(kuò)展到運動控制領(lǐng)域，實現(xiàn)了以往PLC無法完成的運動控制功能。在運動控制中大多數(shù)采用我們熟悉的數(shù)控系統(tǒng)或者是計算機(jī)運動板卡來完成，雖然作為專門的產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的運動軌跡控制，但同時要完成一些邏輯動作

2、的控制就不如PLC靈活方便。臺達(dá)DVP20P陳列PLC高速定位、雙軸線性及圓弧插補(bǔ)多功能可編程控制器，結(jié)合了PLC邏輯動作控制和數(shù)控系統(tǒng)運動控制的各自優(yōu)點，在功能上滿足雙軸插補(bǔ)的高速定位需求。2臺達(dá)運動控制型PLC硬件結(jié)構(gòu)DVP20PM是臺達(dá)運動控制型PLGDVP20P睡過前后兩個擴(kuò)展口既可作為PLC主機(jī)執(zhí)行也可作為EH2®主機(jī)的擴(kuò)展模塊使用，具有X0-X7、Y0-Y7數(shù)字量輸入輸出各八點，并配置了手搖輪、零點信號、原點信號、極限信號、啟動、停止等各種信號接口滿足應(yīng)用需求。DVP20PM主機(jī)包含64K超大程序容量內(nèi)存（Flash）,可支持100段運動程序，脈沖輸出最高可達(dá)500KHz

3、并具備電子原點返回模式，支持PLC順序語言及定位語言（G碼與M碼），下面先由硬件部分簡單介紹20PMfi成。2.1 電源DVP20PM電源規(guī)格參見表1100240VAC(-15%10%,50/60Hz±5%DC24V供應(yīng)電流500mA電源保護(hù)DC24Vt出具短路保護(hù)突波電壓耐受量1500VAC(Primary-secondary),1500VAC(Primary-PE),500VA(Secondary-PE)絕緣阻5MQ以上（所有輸出/入點對地之抗間500VDQ噪聲免疫力ESD:8KVAirDischarge,EFTPowerLine:2KV,DigitalI/O:1KV,Analo

4、g&CommunicationI/O:250V接地接地配線之線徑不得小于電源端L,N之線徑（多臺20PM同時使用時，請務(wù)必單點接地）操作/儲存環(huán)境操作：0°C55C（溫度）,50959（濕度），污染等級2;儲存：-25°C70°C（溫度），595%（濕度）耐振動/沖擊國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范IEC61131-2,IEC68-2-6(TESTFc)/IEC61131-2&IEC68-2-27(TESTE重量（約g）478/688C2.2I/O點規(guī)格參見圖1,DVP20P配供的數(shù)字量輸入輸出點規(guī)格與臺達(dá)通用PLC規(guī)格基本相同，輸入點支持SINK（漏極）和SOURC

5、E源極）兩種方式，輸出點也有繼電器輸出和晶體管輸出可選。B圖2章分喻人配線示意圖圖1點擊此處查看全部新聞圖片需要提到的是其在運動控制中的特殊輸入輸出點，簡述如下：START0、START1啟動輸入STOP0、STOP1停止輸入LSP0/LSN0、LSP1/LSN1右極BM輸入/左極限輸入A0+、A0-、A1+A1-:手搖輪A相脈波輸入+,-（差動信號輸入）B0+、B0-、B1+B1-:手搖輪B相脈波輸入+,-（差動信號輸入）PG0+、PG0fPG1+PG1-:零點訊號輸入+,-（差動信號輸入）DOG0、DOG1原點回歸的近點信號輸入或多段運動的啟動信號CLR0+、CLR0fCLR1+CLR1-

6、:清除彳9號（Servo驅(qū)動器內(nèi)部偏差計數(shù)器清除信號）FP0+、FP0-、FP1+FP1-:脈沖輸出端口RP0+、RP0-、RP1+RP1-:脈沖輸出端口（注：0表示第一軸，1表示第二軸，如START0ft示啟動第一軸，START1表示啟動第二軸，其他信號依次類推）從端子分布可以看到，除了常用的極限和啟動停止信號外，配置了過零脈沖PG和手搖輪功能輸入端，手搖輪是機(jī)床應(yīng)用中常用而必備功能，而利用過零信號在精確控制場合往往會用到，當(dāng)然更不用說定位控制中都會用到的DOG®點信號。2.3配線規(guī)格一般I/O點配線就不再贅言了，可以關(guān)注一下PLC比較少用到的差分輸入輸出方式，在信號中有一部分是這

7、樣的，一定要注意否則將不能正確完成，參見圖2、圖3。DVP2OPM00D圖3噤竹輔出茂娃錄蝴-圖2差分輸入配線示意圖點擊此處查看全部新聞圖片地咬工二九一、,一中啊r*瓏,機(jī)M一廂鼻«由通*-曬*“一KHlMMi富圖4程序設(shè)計胤面.圖3差分輸出配線示意圖點擊此處查看全部新聞圖片3臺達(dá)運動控制型PLC軟件結(jié)構(gòu)3.1DVP20PM程序結(jié)構(gòu)由于20PM主機(jī)結(jié)合了PLC順序邏輯控制及雙軸插補(bǔ)定位控制的功能，因此在程序架構(gòu)上主要分為O100主程序、Ox運動子程序及Pn子程序等三大類，結(jié)合了基本指令、應(yīng)用指令、運動指令及GCode旨令，使程序設(shè)計更多元化，結(jié)構(gòu)更清晰；程序采用PMSOFT件進(jìn)行編輯

8、，參見圖4。圖4程序設(shè)計界面點擊此處查看全部新聞圖片(1)主程序。主程序以O(shè)100作為起始標(biāo)記，M102作為結(jié)束標(biāo)記，是PLC順序控制程序，主要為控制主機(jī)動作執(zhí)行，在O100主程序區(qū)域中，可以使用基本指令及應(yīng)用指令，或在程序中啟動Ox0Ox991動子程序及調(diào)用Pn子程序。主要提供主控制程序的建立，以及運動子程序的設(shè)定及啟動控制。(3)運動子程序。OxO-Ox99運動子程序為運動控制程序，主要為控制20PM系列主機(jī)進(jìn)行X-Y軸雙軸運動之子程序，于OxgOx99運動子程序區(qū)段中，有支持基本指令、應(yīng)用指令、運動指令及G碼指令，并在程序中可規(guī)劃呼叫Pn指針子程序，通過PLC提供的內(nèi)部特D特M進(jìn)行子程序

9、的控制。主要提供運動子程序的建立，以及運動子程序的運動控制，在架構(gòu)上可算是20PM的運動指令及G碼指令規(guī)劃區(qū)域。(4)子程序。這里所說的子程序是指以Pn開頭的一般用子程序，主要是被O100主程序及Ox運動子程序調(diào)用的子程序。如在O100主程序調(diào)用Pn指針，則Pn指針子程序支持基本指令及應(yīng)用指令；若在Ox0Ox99il動子程序中調(diào)用Pn指針時，則Pn指針子程序區(qū)段可支持基本指令、應(yīng)用指令、運動指令及G碼指令。3.2PMSOFT軟件介紹與臺達(dá)PLC的WPLSoft軟件相似，DVP20PM5編程軟件PMSOF披照IEC61131標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，具有梯形圖和語句表兩種編程方式，且具有G碼匯入、錯誤提示、區(qū)段

10、注釋、裝置注釋、標(biāo)尺、完善的監(jiān)控窗口、運動指令追蹤等便利工具提供給用戶，特別值得一提的是該軟件具有運動軌跡仿真功能，當(dāng)您編輯好程序后可利用此功能對加工軌跡進(jìn)行模擬演示，參見圖5。為方便切換階梯窗口，只要點選系統(tǒng)信息列中的樹枝狀對應(yīng)的程序編號，自動切換對應(yīng)的程序編輯窗口，在PMSoft編輯環(huán)境中同時只能有一個階梯圖窗口，這是為了在龐大復(fù)雜程序中找尋程序方便，同時將主程序、運動子程序、一般子程序這三種程序模塊化處理，O100主程序只有一個編輯窗口，Oxn運動程序有100個編輯窗口，PmT程序有256個編輯窗口，總共有357個窗口，每個窗口未編輯都有10networko程序編輯由網(wǎng)絡(luò)區(qū)段組成，每個網(wǎng)

11、絡(luò)區(qū)段是由輸入與輸出編輯區(qū)域所組成，在編輯過程中，自動產(chǎn)生邏輯結(jié)構(gòu)正確的階梯圖，使用者無須再做額外補(bǔ)線的動作，網(wǎng)絡(luò)區(qū)段編輯并具有錯誤提示功能。圖6蔚斐飾耳壽，圖5梯形圖編程界面點擊此處查看全部新聞圖片運動控制編程相關(guān)概念在談到DVP20PIT品的應(yīng)用之前，我們對以下概念進(jìn)行一個簡要介紹。(1)插補(bǔ)。插補(bǔ)是在組成軌跡的直線段或曲線段的起點和終點之間，按一定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)點的密化工作，以確定一些中間點。從而為軌跡控制的每一步提供逼近目標(biāo)。逐點比較法是以四個象限區(qū)域判別為特征，每走一步都要將加工點的瞬時坐標(biāo)與相應(yīng)給定的圖形上的點相比較，判別一下偏差，然后決定下一步的走向。如果加工點走到圖形外面去了，

12、那么下一步就要向圖形里面走；如果加工點已在圖形里面，則下一步就要向圖形外面走，以縮小偏差，這樣就能得到一個接近給定圖形的軌跡，具最大偏差不超過一個脈沖當(dāng)量(一個進(jìn)給脈沖驅(qū)動下工作臺所走過的距離)。（2）直線插補(bǔ)。這個概念一般是用在計算機(jī)圖形顯示，或者數(shù)控加工的近似走刀等情況下，以數(shù)控加工為例子：一個零件的輪廓往往是多種多樣的，有直線，有圓弧，也有可能是任意曲線，樣條線等。數(shù)控機(jī)床的刀具往往是不能以曲線的實際輪廓去走刀的，而是近似地以若干條很小的直線去走刀，走刀的方向一般是x和y方向。插補(bǔ)方式有：直線插補(bǔ)，圓弧插補(bǔ)，拋物線插補(bǔ)，樣條線插補(bǔ)等等。所謂直線插補(bǔ)就是只能用于實際輪廓是直線的插補(bǔ)方式（如

13、果不是直線，也可以用逼近的方式把曲線用一段段線段去逼近，從而每一段線段就可以用直線插補(bǔ)了）.首先假設(shè)在實際輪廓起始點處沿x方向走一小段（一個脈沖當(dāng)量）,發(fā)現(xiàn)終點在實際輪廓的下方，則下一條線段沿y方向走一小段，此時如果線段終點還在實際輪廓下方，則繼續(xù)沿y方向走一小段，直到在實際輪廓上方以后，再向x方向走一小段，依次循環(huán)類推.直到到達(dá)輪廓終點為止.這樣，實際輪廓就由一段段的折線拼接而成，雖然是折線，但是如果我們每一段走刀線段都非常?。ㄔ诰仍试S范圍內(nèi)）,那么此段折線和實際輪廓還是可以近似地看成相同的曲線的-這即是直線插補(bǔ)。（3）聯(lián)動與插補(bǔ)。一個點的空間位置需要三個坐標(biāo)，決定空間位置需要六個坐標(biāo)。一

14、個運動控制系統(tǒng)可以控制的坐標(biāo)的個數(shù)稱做該運動控制系統(tǒng)的軸數(shù)。而可以同時控制運動的坐標(biāo)的個數(shù)稱做該運動控制系統(tǒng)可聯(lián)動的軸數(shù)。聯(lián)動各軸的運動軌跡具有一定的函數(shù)關(guān)系，例如直線，園弧，拋物線，正弦曲線。直接計算得出運動軌跡的坐標(biāo)值往往要用到乘除法，高次方，無理函數(shù)，超越函數(shù)，會占用很多的CPLH問。為了實時快速控制運動軌跡，往往預(yù)先對運動軌跡進(jìn)行直線和圓弧擬合，擬合后的運動軌跡僅由直線段和圓弧段所組成，而計算運動軌跡時，每一點的運動軌跡跟據(jù)前一個坐標(biāo)點的數(shù)據(jù)通過插補(bǔ)運算得到，這樣就把計算簡化為增量減量移位和加減法。實現(xiàn)多軸聯(lián)動的直線插補(bǔ)并不困難，圓弧插補(bǔ)一般為兩軸聯(lián)動。插補(bǔ)運算可以有多種算法，例如&q

15、uot;DDA算法"，"逐點比較法"，"正負(fù)法"，"最小偏差法（Bresenham算法）”等，其中最小偏差法具有最小的偏差和較快的運行速度。DVP20PM運動控制型PLC可實現(xiàn)2軸聯(lián)動，支持直線和圓弧插補(bǔ)，以及相應(yīng)的第三軸處理。（4）數(shù)控軟件。DVP20DPM持復(fù)雜的運動軌跡控制，那是如何實現(xiàn)的呢？簡單的說，將復(fù)雜軌跡通過AUTOCAD軟件生成圖形，再經(jīng)過CAMK件轉(zhuǎn)換為G代碼，而PMSOFT以直接導(dǎo)入文本格式的G代碼，這樣就可以完成運動程序下載到20PM中執(zhí)行。那么怎樣完成圖形到G代碼的轉(zhuǎn)換呢，這就需要CA啾件了，以下簡單介紹一些常

16、用的CAMK件：目前CAD/CAM亍業(yè)中普遍使用的是MASTERCAMCIMATRONPRO-EUGCATIA.?MASTERCAM常用的一種軟件，大多數(shù)數(shù)控操作員都使用MASTERCA施集畫圖和編程于一身，繪制線架構(gòu)最快，縮放功能最好。?CIMATRON遲一些進(jìn)入中國的軟件，在刀路軌跡上的功能優(yōu)越于MASTERCAM已被廣泛地應(yīng)用o?Pro/E是美國PTC開發(fā)的軟件，現(xiàn)已成為全世界最普及的三維CAD/CA碌統(tǒng)。集多種功能于一體，用于模具設(shè)計、產(chǎn)品畫圖、廣告設(shè)計、圖像處理、燈飾造型設(shè)計，是最好的畫圖軟件，一般來說用PRO-EB圖，用MASTERCAMCIMATRON加工。當(dāng)然還有其他同類軟件也

17、同樣可以使用，通過這些軟件將我們想要加工的軌跡曲線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PLC或數(shù)控系統(tǒng)可以識別執(zhí)行的代碼，從而控制我們的設(shè)備運動。運動控制特點DVP20PMe色。多段速執(zhí)行及中斷定位，利用此項功能實現(xiàn)運動的平滑性及準(zhǔn)確定位。64K步程序容量，100段運動程序，滿足不同加工需求；在20PM中最大可設(shè)置100種運動軌跡，同時利用64K的程序容量，預(yù)先將需要執(zhí)行的各種不同運行曲線的G碼存儲在PLC中，當(dāng)需要加工某種規(guī)格時，可以采用文本顯示器、觸摸屏等來調(diào)用。支持G碼的直接匯入，當(dāng)采用CAh件生成文本格式的G碼后，可利用PMSOFT匯入菜單直接匯入到PLC運動程序中。脈沖輸入輸出采用差動方式，最高達(dá)500KHz

18、滿足了絕大多數(shù)應(yīng)用中速度的要求。支持手搖輪應(yīng)用，這是運動控制中的一個基本功能，可做一些手動的調(diào)整。具備電子原點返回模式，在20PM內(nèi)存中加入了原點記憶功能，只要設(shè)定了電子原點，即使設(shè)備斷電，在下次上電后也可以輕松找到原點位置。可連結(jié)EH2±機(jī)與所有擴(kuò)充模塊，20PM可以靈活配置，即可以接在EH2主機(jī)后作為專門定位擴(kuò)展模塊，也可以做為主機(jī)連接其他的模擬量等特殊功能模塊。支持PLC順序語言及定位語言（G碼與M碼），實現(xiàn)了通用PLC與數(shù)控技術(shù)的一個完美結(jié)合。配置運動軌跡的離線仿真功能，在實際加工前利用該項功能可以檢查運動程序是否存在問題，可及時解決減少錯誤發(fā)生，參見圖6。圖6離線仿真器（2）軸控方式。準(zhǔn)確的說，DVP20PMi實現(xiàn)兩軸（X、Y軸）聯(lián)動插補(bǔ)的產(chǎn)品，支持?jǐn)?shù)控程序中的G碼功能指令，同時可以處理第三軸的動作。20PM支持的G代碼功能如下：G0高速定位；G1雙軸聯(lián)動直線插補(bǔ)；G2順時針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定圓心位置）；G3逆時針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定圓心位置）；G2順時針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定半徑長度）；G3逆時針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定半徑長度）；G4停頓時間；G90設(shè)定絕對坐標(biāo)系統(tǒng)；G91設(shè)定相對坐標(biāo)系統(tǒng)。對于第三軸（Z軸）處理方式如下：20PM目前只規(guī)劃2軸，當(dāng)G0中指定了Z軸時，此G0指令中Z軸將被拆解獨立出來。例:G0XP1YP2ZP3G0ZP3G0XP1YP2G0ZP3