基于PLC的多軸同步跟隨控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

龔文楊++朱細(xì)敏++李燦

摘 要在許多工業(yè)場合，多軸同步控制的高可靠性和高精度直接影響到生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了以貝加萊PLC和交流伺服系統(tǒng)為核心的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，采用一主多從結(jié)構(gòu)的同步控制，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，控制精度較高，適用于工業(yè)現(xiàn)場如飲料瓶封裝、機(jī)床設(shè)備中材料的準(zhǔn)確切割等設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】多軸同步控制 PLC 交流伺服系統(tǒng) POWERLINK通訊

現(xiàn)代工業(yè)對于同步跟隨控制系統(tǒng)的響應(yīng)時間、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性 等性能指標(biāo)的要求越來越高，而傳統(tǒng)的多軸同步往往是通過機(jī)械總軸剛性連接的方法實(shí)現(xiàn)，這種方式的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，靈活性差，無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。近年來，用電氣方式實(shí)現(xiàn)多軸同步控制逐漸取代了機(jī)械總軸同步方式，隨著電子技術(shù)及控制技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯控制器 （PLC）已由傳統(tǒng)的順序邏輯控制延伸至模擬量控制、運(yùn)動控制等高端應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，選擇了以貝加萊PLC、伺服電機(jī)為核心的同步跟隨控制系統(tǒng)，將PLC技術(shù)、伺服控制的優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合起來，使運(yùn)動性能達(dá)到更好的水平。在傳動制造轉(zhuǎn)向智能制造的今天，多軸伺服的應(yīng)用將越來越重要，因此該系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場如飲料瓶封裝、小袋包裝機(jī)、機(jī)床設(shè)備中材料的準(zhǔn)確切割等設(shè)備、機(jī)床設(shè)備主從控制系統(tǒng)改造等方面有良 好的應(yīng)用價值。

1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)使用貝加萊PLC控制器X20CP1584，該P(yáng)LC中運(yùn)行的程序的循環(huán)時間最快可以設(shè)置為400微秒，可以相當(dāng)快速地處理完用戶的應(yīng)用需求，同時，通過PLC上的 POWERLINK通訊接口來發(fā)送運(yùn)動控制中需要的命令和相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)。結(jié)合使用貝加萊伺服控制器和三相交流同步電機(jī)，使用該伺服控制器可以達(dá)到精確控制運(yùn)動位置的目的。硬件設(shè)計(jì)連接圖如圖1所示。

以PLC和交流伺服系統(tǒng)為核心的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，采用主從式結(jié)構(gòu)的同步系統(tǒng)，采用POWERLINK通訊方式實(shí)現(xiàn)主軸和從軸間的通訊。

2 控制系統(tǒng)的硬件配置及同步時間的設(shè)定

2.1 軟件中硬件連接的配置

使用貝加萊的軟件開發(fā)平臺Automaiton Studio，將整個硬件連接系統(tǒng)進(jìn)行配置。如圖2所示。

2.2 軟件中主從軸同步時間的設(shè)定

考慮到在運(yùn)行過程中，從軸需要獲取到需要同步運(yùn)動的信息之后才開始跟隨主軸運(yùn)動起來，中間會有一定延時，因此，需要將該延時時間來補(bǔ)償。具體的延時時間包括：POWERLINK網(wǎng)絡(luò)訪問時間和伺服控制器的循環(huán)時間。

實(shí)際訪問時，從軸伺服控制器會先通過POWERLINK通訊去訪問主軸伺服控制器，主軸伺服控制器處理完后，通過POWERLINK通訊來應(yīng)答給從軸控制器，因此，在從軸側(cè)獲取到信息的話，已延時了2倍的POWERLINK網(wǎng)絡(luò)通訊時間和1次的伺服控制器循環(huán)時間。這個時間是需要在主軸的伺服控制器中的位置環(huán)延時時間中加入進(jìn)去的。具體：POWERLINK循環(huán)時間（2000微秒）* 2 + 伺服控制器的循環(huán)時間（400微秒） +從軸默認(rèn)位置環(huán)延時時間（400微秒）。主軸參數(shù)表中的時間參數(shù)設(shè)置如圖3所示。

3 控制系統(tǒng)的軟件程序?qū)崿F(xiàn)

在主電機(jī)啟動后，PLC根據(jù)主電機(jī)編碼器脈沖輸出信號計(jì)算得出從電機(jī)的速度命令，將該命令轉(zhuǎn)換成一定頻率脈沖控制從電機(jī)跟隨主電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)多電機(jī)的同步控制。

3.1 主軸運(yùn)動控制實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)主軸運(yùn)動控制流程圖如圖4所示。

3.2 從軸運(yùn)功控制實(shí)現(xiàn)

從軸運(yùn)動控制的 流程圖如圖5所示。

圖6為從軸 跟隨的運(yùn)動曲線，計(jì)出運(yùn)動曲線輪廓，在軟件中啟用凸輪曲線編輯器來編輯。

4 結(jié)語

運(yùn)動控制在制造業(yè)中扮演著重要的角色，本文基于 PLC在運(yùn)動控制領(lǐng)域中的新技術(shù)，采用 PLC和伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)多軸運(yùn)動控制，能夠輕松實(shí)現(xiàn)多軸跟隨的準(zhǔn)同步運(yùn)行， 經(jīng)測試運(yùn)行證明該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單合理，具有達(dá)到同步性能好，抗干擾能力、結(jié)構(gòu)調(diào)整方便等特點(diǎn)，對的工業(yè)現(xiàn)場的傳動控制及相關(guān)設(shè)備改造有較強(qiáng)的實(shí)際意義和應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

龔文楊（1974-），女，漢族，湖南省常德市人。講師。研究方向?yàn)閺氖伦詣涌刂啤?/p>

作者單位

1.常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南省常德市 415000

2.貝加萊工業(yè)自動化（上海）有限公司 上海市 200233