PLC在准确定位控制系统中的应用

2.2 设计与实施

　　以货物仓储系统中的对直线导轨的定位控制设计为例加以说明。在仓储系统中，要求由步进电机拖动直线导轨将料块送到指定的仓库门口。假设从起点到终点的运送距离为100 mm，即要求由步进电机带动导轨作直线运动，定位距离为100 mm。为实现准确定位，系统采用西门子S7—200系列CPU226型PLC、四通57BYG250C混合式步进电机和森创SH-20403步进电机驱动器等设备。其中CPU226型PLC的CPU有两个脉冲发生器，分别是Qo．0端子和Q0．1端子。这两个端子均可输出PTO／PWM高速脉冲信，脉冲频率可达20 kHz。根据控制要求，系统拟采用高速脉冲串输出PTO功能，PTO功能可输出一定脉冲个数和占空比为50％的方波信号。输出脉冲的周期以肚s或ms为增量单位。PTO功能允许多个脉冲串排队输出，从而形成流水线。流水线分为两种：单段流水线和多段流水线。

　　为了消除电机的低频振荡，提高分辨率，采用了步进电机细分驱动器，驱动步距角为0．90／1．8。，脉冲细分数设定为4。为保证速度和定位精度要求，步进电机运行一般要经历三个过程，即启动加速、恒速运行和接近定位点时的减速运行。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，所以，本定位控制系统采用多管线操作，控制电机的运行过程。设直线导轨起始位置在A点，现欲从A点移至D点，其中AD=100 mm。定位精度只与步进电机脉冲当量有关，取脉冲当量为0．11 mm／脉冲，则需要900个脉冲完成定位。步进电机运行过程中，要从A点加速到B点后恒速运行，又从C点开始减速到D点完成定位过程，用200个脉冲完成升频加速，500个脉冲恒速运行，200个脉冲完成降频减速。如图2所示。

图2步进电机的运行过程 

　　因此确定PTO为3段脉冲管线(AB，BC，CD)。设最大脉冲频率为1 kHz，将16#Ao写入控制字节SMB67，允许多段PTO脉冲输出，时基为扯s级，建立3段脉冲的包络表并对各段参数分别设置，给定段的周期增量按下式计算：．

　　给定段的周期增量=(该段结束时的周期值一该段初始的周期值)／该段脉冲数

　　包络表结构如表1所示。

　　参考程序如图3所示。

图3参考程序 

　　这种控制方式属于对步进电机的一种开环控制，其优点是结构简单、成本低、定位准确、易于实现等。

　　2.3 控制系统在设计与实施过程中的注意事项

　　(1)PLC类型的选择。首先，PLC必须是可以输出高速脉冲的晶体管输出形式。其次，PLC输出最高脉冲频率大小必须满足控制要求。

　　(2)步进电机脉冲细分驱动器的选择及参数设置。

　　(3)步进电动机的选择。首先考虑的是步进电动机的类型选择，其次才是品种选择，根据系统要求，确定步进电动机的电压值、电流值以及有无定位转矩和使用螺栓机构的定位装置，从而就可以确定步进电动机的相数和拍数。在进行步进电动机的品种选择时，要综合考虑速比i、轴向力F、负载转矩Ti、额定转矩TN和运行频率fy，以确定步进电机的具体规格和控制装置。

　　(4)脉冲当量的计算。

3 利用PLC的其他方式实现的准确定位

　　3.1 利用PI。C的PID指令及软、硬件配合实现准确定位

　　例如在气缸精确定位控制系统中，由PLC、电磁阀、光栅尺、气缸组成一个闭环控制系统。其中PLC作为控制运算中心，光栅尺作为检测装置检测气缸活塞移动量，并将检测结果通过PLC的模拟量输入端子反馈到PLC内部，与设定值比较，并进行PID调节，PID运算结果通过PLC的继电器输出接口驱动交流或直流电磁阀，由电磁阀的开关改变气缸活塞移动的流量，使气缸准确运动到目标位置，达到准确定位的目的。

　　3.2 利用PLC的EM253模块实现的准确定位

　　EM253位控模块是S7—200的特殊功能模块，它能够产生脉冲串，用于步进电机和伺服电机的速度和位置开环控制。它与S7—200系列PLC通过扩展的I／O总线通讯。它带有八个数字输出，在I／O的组态中作为智能模块，可提供单轴、开环移动控制所需要的功能和性能。提供高速控制，12～200 000脉冲／s。STEP7 Micro／WIN为位置控制模块的组态和编程提供了位置EM253的运动参数、运动轨迹包络等。

4 结语

　　实践证明，本文提出的由PLC、旋转编码器、伺服电机等组成的准确定位控制系统具有结构简单、性价比高、易于实现等优点，可广泛地应用于工业生产及军事领域。如板材的精确定长切割、军用雷达定位系统，丝网印刷机停机控制、以及在数控机床、物料计量、送膜包装等用异步电机或步进电机实现的定位控制领域有一定的实用和参考价值。