基于PLC的数控定位控制系统研究

1 问题的提出

　　在机械加工时，定位控制系统一般用在孔加工机床上。定位控制系统仅控制刀具相对于工件的定位，由一个定位点向另一个定位点。用全功能数控系统来实现定位控制功能，这种系统虽然功能十分完善，但其价格十分昂贵，而且，对于中低档数控机床来说，好多功能对定位控制来说是多余的。如果采用单片机来实现定位控制，需要进行复杂的二次开发，设计硬件电路时，除了微机系统外，还要设计接口电路、抗干扰电路及驱动电路，设计软件时，要求掌握微机原理及微机的指令系统，并且具有程序开发能力。

　　PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境设计的一种工业控制计算机，采用面向用户的指令，编程方便。近年来，PLC在传统的对开关量处理的基础上，又增加了数字运算及对模拟信号处理的能力。这给PLC的应用带来了巨大的发展前景，PLC驱动步进电机实现点位控制，硬件电路设计简单、方便、快捷，编程时，只要熟悉PLC的指令即可。

2 用PLC实现数控系统的定位控制存在的问题

　　在定位控制系统中，刀具或工件移动过程中不进行切削，为了减少辅助时间，提高工作效率，要求快速移动，而在接近定位点时，为了保证定位精度则要降低速度。同时，步进电机的启动是一个加速的过程，为了维护步进电机以及驱动设备，要求驱动脉冲频率也线性增大。

　　PLC以循环扫描的方式工作，PLC循环扫描一次所需的时间称为扫描周期。PLC运行正常时扫描周期的长短与CPU的运算速度，与I/O点的情况，与用户应用程序的长短及编程情况有关。通常用PLC执行1 KB指令所需的时一间来描述扫描速度(一般1-10 ms/KB)。如果采用传统的扫描方式来产件驱动脉冲，则要求PLC扫描频率要比步进电机工柞频率大一个数量级，才不会导致步进电机出现失步现象，所以步进电机只能在极低的频率下工作。道样显然不满足快速定位的要求。综上所述，问题郎关键就是要实现步进电机的软启动和快速而精确症位功能。

3 系统方案设计

　　目前，世界上已有200多个厂家生产PLC随灌微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高性能PLC的功能不断增加，将原来大中型PLC才有的理能部分地移植到小型PLC上，如模拟量处理，数护通信，高速输入输出以及数学计算功能，但价格不断下降。考虑数控机床定位系统的实际工作情况以汉我国对PLC的应用现状，这里决定采用SIMATIC S7-200系列小型品体管输出型可编程控制模(PLC)主机，以满足高速输出的频率要求。

　　SIMATIC S7-200系列PLC的高速脉冲输挂功能是指在PLC某些输出端产生高速脉冲，用来驱动负载实现精确控制。高速脉冲输出有高速脉冲库输出和PTO宽度可调PWM脉冲输出2种方式，朋冲周期变化范围是50--65 535μs或2--65 535 ms为16位无符号数据;脉冲数用双字无符号数表1取值范围是1 -- 4 294 967 295之间。其输出不受PLC扫描周期的影响。这样可以满足数控系统籽确定位的要求。

　　每种PLC主机最多可提供2个高速脉冲输挂端，即Q0.0和Q0.1，一般包括在数字量映像寄有器编号范围内，如果Q0.0和Q0.1在程序执行时拜作高速脉冲输出，其通用功能被自动禁止。每个漓速脉冲发生器对应一定数量的特殊寄存器，包括打制字节寄存器，状态字节寄存器和参数数值寄存器它们用以控制高速脉冲输出形式，反映输出状态泪参数值。各寄存器功能表如表1所示。

　　由以上已知条件可知，可选定Q0.0为脉冲输出端，工作模式为PTO方式，并且确定为多段模式。