基于PLC的控制设计
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基于PLC自动门控制系统设计自动门控制系统是一种非常常见的自动化设备,广泛应用于商业建筑、医院、机场、酒店等各种场所。
本文将基于PLC(可编程逻辑控制器)对自动门控制系统进行设计。
一、系统概述在自动门控制系统中,PLC作为控制核心,通过感知传感器的信号,实时监测门的状态,并根据预设的控制逻辑,控制电机进行门的开闭操作。
整个系统依靠PLC的高可靠性和强大的计算能力,实现自动门的安全、快速、可靠运行。
二、系统设计思路根据自动门的特点和功能需求,本系统的设计思路如下:1.选取适当的传感器,如红外线传感器、压力传感器等,用于检测门的状态,包括开门、关门、行人通过等。
2.PLC接收传感器信号,并根据预设的控制逻辑,判断门的状态,决定是否进行开门或关门操作。
3.控制门的电机,实现门的自动开闭,同时监控门的运行状态,确保门的正常运行。
4.设置安全保护机制,如急停开关、防夹手传感器等,以确保人员安全。
5.设计人机界面,方便操作人员对系统进行监控与控制。
三、PLC程序设计PLC程序是自动门控制系统的核心。
根据系统需求,我们可以设计如下主要的PLC程序模块:1.传感器信号的采集与处理模块:负责接收传感器的信号,并进行相应的处理,判断门的状态。
2.开关门控制模块:根据门的状态和预设的逻辑,实现门的自动开闭控制。
3.电机控制模块:负责控制电机的启停、速度调节等操作,并实时监测电机的运行状态,如电流、转速等。
4.安全保护模块:设计相应的安全保护机制,如急停开关、防夹手传感器的监控与控制。
5.监控与报警模块:实现对系统运行状态的实时监控与报警处理,以及记录日志等功能。
四、人机界面设计人机界面是操作人员与系统进行交互的重要途径,通过友好的界面设计可以方便操作人员对系统进行监控与控制。
人机界面可以采用触摸屏或者按钮控制等形式,主要包括以下内容:1.显示当前门的状态,包括开门、关门、停止等。
2.提供开关门的手动控制按钮,以便操作人员手动控制门的运行。
基于PLC的远程监控与控制系统设计引言现代工业领域中,远程监控与控制系统的设计与实施举足轻重。
随着技术的不断进步,工业自动化程度逐渐提高,企业对于能够远程监控与控制生产过程的系统需求也越来越迫切。
基于可编程逻辑控制器(PLC)的远程监控与控制系统成为工业界的主流选择之一。
本文旨在探讨基于PLC的远程监控与控制系统的设计原理、特点以及实现方法。
PLC的基本原理与特点PLC是一种特定用途的数字计算机,其核心是CPU、存储器、输入/输出(I/O)模块以及通信模块等。
PLC的工作原理为:根据预先设定的控制程序,通过输入模块采集外部信号,经过CPU处理后,再通过输出模块控制外部设备。
PLC具有以下特点:1. 高可靠性:PLC采用可靠的硬件结构和操作系统,能够适应各种恶劣工业环境,并且具备故障自诊断和容错能力。
2. 可扩展性:用户可以根据需要,通过添加不同类型的I/O模块或者通信模块,灵活扩展PLC的功能。
3. 强大的运算能力:PLC的处理速度快,具备多通道输入输出功能,能够处理复杂的控制逻辑。
远程监控与控制系统设计的目标与要求在工业生产中,远程监控与控制系统的设计目标是提高生产效率、减少人为错误、降低成本并确保安全。
因此,设计远程监控与控制系统需要满足以下要求:1. 实时性:远程监控与控制系统需要能够及时响应远程操作指令,并且将实时数据反馈给控制中心。
2. 稳定性:远程监控与控制系统需要稳定运行,不易受到外界干扰,保证生产过程的连续性和稳定性。
3. 安全性:远程监控与控制系统需要具备安全保护措施,防止非法访问、数据泄露以及黑客攻击。
PLC与远程监控与控制系统的结合基于PLC的远程监控与控制系统的设计是将传统的PLC系统与现代网络技术相结合,实现远程操作与监控。
其基本架构如下图所示:[插入一张图,展示基于PLC的远程监控与控制系统的基本架构]远程监控与控制系统的设计步骤设计基于PLC的远程监控与控制系统一般包括以下步骤:1. 系统需求分析:根据企业实际需求,确定远程监控与控制系统的功能和性能要求。
1 引言1.1 设计目的温度的测量和控制对人类平常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。
在许多场合,及时准确获得目的的温度、湿度信息是十分重要的。
近年来,温湿度测控领域发展迅速,并且随着数字技术的发展,温湿度的测控芯片也相应的登上历史的舞台,可以在工业、农业等各领域中广泛使用。
1.2 设计内容重要是运用PLC S7-200作为可编程控制器,系统采用PID控制算法,手动整定或自整定PID参数,实时计算控制量,控制加热装置,使加热炉温度为为一定值,并能实现手动启动和停止,运营指示灯监控实时控制系统的运营,实时显示当前温度值。
1.3 设计目的通过对温度控制的设计,提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力,初步培养在完毕工程项目中所应具有的基本素质和规定。
培养团队精神,科学的、实事求是的工作方法,提高查阅资料、语言表达和理论联系实际的技能。
2 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1 PLC型号的选择本温度控制系统采用德国西门子S7-200 PLC。
S7-200 是一种小型的可编程序控制器,合用于各行各业,各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运营中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
2.1.2 PLC CPU的选择S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。
S7-200PLC 硬件系统的组成采用整体式加积木式,即主机中涉及定数量的I/O端口,同时还可以扩展各种功能模块。
S7-200PLC由基本单元(S7-200 CPU模块)、扩展单元、个人计算机(PC)或编程器,STEP 7-Micro/WIN编程软件及通信电缆等组成。
表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元本设计采用的是CUP226。
它具有24输入/16输出共40个数字量I/O点。
基于PLC的控制系统毕业设计1. 引言在工业自动化领域,PLC(可编程逻辑控制器)是一种广泛应用的控制设备。
它通过编程控制输入输出(I/O)模块的状态,实现自动化的逻辑控制。
本毕业设计将基于PLC开发一个控制系统,旨在展示PLC在实际工程中的应用。
2. 毕业设计背景在工业自动化领域,控制系统的设计和实施对于提高生产效率、降低能源消耗和减少人为错误等方面都具有重要意义。
PLC作为一种可靠稳定的控制设备,广泛应用于各种自动化系统中。
本毕业设计将基于PLC开发一个控制系统,以解决某个具体工业过程中的控制问题。
3. 设计目标本毕业设计的主要目标是设计一个基于PLC的控制系统,能够实现对某个工业过程的自动化控制。
具体设计目标如下: - 实现对输入输出设备的控制和监测; - 实现对工业过程的逻辑控制; - 实现人机界面,方便操作和监测; - 提高系统的稳定性和可靠性; - 实现故障诊断和状态监测。
4. 设计方案4.1 系统硬件设计本系统将采用以下硬件设备: - 基于PLC的控制器:选用某款主流PLC控制器,具备足够的输入输出接口,支持编程和通信功能; - 输入输出(I/O)模块:选择适应工业过程需求的I/O模块,用于与外部设备的接口; - 传感器和执行器:根据实际需求选择合适的传感器和执行器,用于检测和控制工业过程中的状态; - 人机界面:采用触摸屏或其它交互设备,方便操作和监测工业过程; - 通信设备:可选配通信模块,实现与上位机或其它设备的数据交互。
4.2 系统软件设计本系统将采用以下软件技术: - 编程语言:选择常用的PLC编程语言,如 ladder diagram (LD) 或 function block diagram (FBD); - 编程编辑软件:根据所选PLC型号选择合适的编程编辑软件; - 数据库管理系统:可选配数据库管理系统,用于存储和管理工业过程中的数据; - 数据通信协议:根据实际需求选择合适的通信协议,实现与其它设备的数据交互。
基于PLC的自动控制系统设计与实现1.引言现代工业已经迈入了智能化、自动化的时代。
为了实现生产过程的快速、高效、可靠的自动控制,所以自动化技术的应用越来越广泛。
自动化控制系统是一种使生产系统自动化的技术,其中最常用的自动控制器是可编程逻辑控制器(PLC)。
PLC在自动化控制系统中发挥了重要作用,成为了目前自动化控制系统中最先进和最重要的设备之一。
本文旨在介绍基于PLC的自动控制系统的设计和实现。
2.什么是PLC?PLC是一种专门用于控制自动化设备的电子设备。
以埃里克·马伯(Eric Matsubara)和约翰·波纳斯(John Ponas)于1968年共同发明的MELSEC (MELdable SEQuence Controller)为代表,PLC在50年代后半叶开始应用于工业控制系统中。
PLC是一个由多种接口、输入/输出设备和微处理器组成的数字控制器。
PLC可以根据设定的程序执行其功能,实现对工业控制系统的监测和控制。
PLC具有稳定性高、运行可靠、抗干扰能力强等特点,同时操作简单,可以编写和调试代码。
3.基于PLC的自动控制系统的设计自动控制系统是由人员、设备和程序构成的系统。
其中,人员负责输入系统的指令和监测系统的状态,设备则负责执行任务和输出结果,程序则负责指导设备执行任务。
本文将从程序的设计方案入手,详述基于PLC的自动控制系统设计过程。
(1)控制系统的功能设计为了实现系统的自动化控制,系统必须具备一定的控制功能。
在进行控制功能设计时,需要根据生产过程的要求来确定控制方案和功能。
这包括计算机的参数设置、输入输出端口、电源接口以及其他相关硬件设备。
在设计过程中,需要考虑电子原件的安装、线路连接以及程序的设计等因素。
(2)PLC的程序设计PLC的程序设计是控制系统设计的重要环节。
在程序设计过程中,需要先明确控制系统的运行流程。
通常情况下,系统的运行流程是由多个逐个执行的程序组成的。
基于PLC的自动化生产线控制系统设计与实现随着技术的不断进步和工业化的发展,自动化生产线在现代工业中扮演着越来越重要的角色。
自动化生产线的设计与实现中,PLC(可编程控制器)技术被广泛应用,其稳定性和可靠性使之成为自动控制的首选。
本文将探讨基于PLC的自动化生产线控制系统的设计与实现。
1. 控制系统框架设计在基于PLC的自动化生产线控制系统中,一个常见的框架设计包括输入模块、输出模块、PLC控制器、执行器和人机界面。
其中,输入模块通过各类传感器将传感信号转换为电信号输入给PLC;输出模块通过电信号将PLC的控制信号转换为动作信号输出给执行器;PLC控制器是系统的核心,负责处理输入信号,根据程序逻辑进行计算控制,并通过输出模块输出相应的动作信号给执行器;执行器负责根据PLC的控制信号进行相应的机构运动;人机界面则通过触摸屏或者其他交互方式与控制系统进行人机对话和监控。
2. PLC程序设计PLC程序的设计是控制系统设计中的关键一环。
根据自动化生产线的需求和具体控制逻辑,编写PLC程序可以实现自动化的逻辑控制。
通常,在PLC程序设计中,可以使用Ladder图、功能块图或者指令表等方式进行梯形逻辑的表示和运算。
根据具体控制要求,逻辑图中可以包含计数器、定时器、比较器等功能模块,实现对传感信号的监测、计数和定时控制等功能。
3. 实时监测与报警处理在自动化生产线控制系统中,实时监测和报警处理是非常重要的环节。
通过PLC与各类传感器的连接,可以实时监测生产线中的各项参数和状态。
一旦出现异常情况,PLC可以及时发出报警信号,并通过人机界面向操作员提示异常信息。
同时,PLC还可以与其他设备进行联动控制,实现故障自动排除或者设备自动停机等功能,保证生产线的安全和稳定运行。
4. 网络通信与数据分析随着信息化的发展,自动化生产线控制系统的网络通信与数据分析功能也变得越来越重要。
通过将PLC与上位机或者云平台进行网络连接,可以实现远程监控和管理。
基于PLC的电气自动化控制系统设计
一、系统架构
基于PLC的电气自动化控制系统一般由PLC、输入输出模块、执行器和传感器等组成。
PLC负责接收和处理输入信号,根据预设的程序逻辑控制输出信号,驱动执行器完成相应
的动作。
输入输出模块负责将外部信号转换为PLC能够识别的信号,同时将PLC输出的信
号转换为外部执行器能够接受的信号。
执行器负责执行具体的操作,例如启动马达、开关
灯等。
传感器负责收集外部环境的信息,并将其转换为PLC能够识别的信号。
二、功能模块
三、设计流程
1.需求分析:根据实际需求确定系统的功能和性能要求,明确系统中各个执行器和传
感器的种类和数量。
2.硬件设计:选择适合系统需求的PLC和相应的输入输出模块,确定系统的硬件架构
和连接方式。
3.软件设计:采用PLC编程软件编写程序,实现系统的逻辑控制功能。
根据需求进行
输入信号的处理、状态检测、逻辑判断和输出信号的驱动等。
4.系统调试:将设计好的硬件和软件组装起来,进行系统调试。
检查系统的各个模块
是否正常工作,解决可能存在的问题。
5.系统维护:一旦系统投入使用,需要进行定期的维护和检修,确保系统的稳定运
行。
基于PLC的电气自动化控制系统设计是一个综合工程,它需要考虑到系统的功能需求、硬件设计和软件设计等方面。
通过合理设计和调试,可以实现对各种电气设备的自动化控制,提高生产效率,降低人为错误,提高产品质量,推动工业生产的现代化进程。
基于PLC的电气自动化控制系统设计1. 引言1.1 背景介绍电气自动化控制系统是现代工业生产中十分重要的一部分,它可以有效提高生产效率、降低成本、提高产品质量和可靠性。
随着科学技术的不断发展,人们对电气自动化控制系统的要求也越来越高,迫切需要一种能够更灵活、更可靠、更智能地实现控制的技术工具。
随着PLC(可编程逻辑控制器)技术的不断成熟和普及,它在电气自动化控制系统中的应用也越来越广泛。
PLC具有高度可靠性、强大的逻辑处理能力、灵活的编程方式、便于使用和维护等优点,使其成为电气控制系统设计中的首选方案。
本文旨在对基于PLC的电气自动化控制系统设计进行深入探讨,从PLC的概念和特点、电气自动化控制系统的基本原理、PLC在电气自动化控制系统中的应用、PLC的选型与配置以及PLC控制程序设计等方面展开详细介绍。
通过本文的研究,可以更好地了解PLC在电气自动化控制系统中的作用,为实际工程应用提供参考和指导。
1.2 研究意义电气自动化控制系统作为现代工业生产中不可或缺的重要组成部分,其设计与应用已经成为工程领域中的研究热点。
通过对电气自动化控制系统的研究,可以提高生产效率,优化生产流程,降低人力成本,提高产品质量,减少生产安全风险等方面的好处。
随着技术的不断发展和进步,电气自动化控制系统在各个领域的应用也越来越广泛,相关研究的意义与价值也日益凸显。
PLC作为电气自动化控制系统中的核心控制设备,具有高度可靠性、灵活性强、适应性广等优点,在工业控制领域得到了广泛应用。
对基于PLC的电气自动化控制系统的设计与研究具有重要的意义。
通过对PLC的概念、特点、应用等方面进行深入分析,不仅可以帮助工程师更好地理解和掌握PLC在电气自动化控制系统中的作用机制,同时也能够为工程实践提供更合理、更高效的解决方案。
对基于PLC的电气自动化控制系统的设计研究具有重要的理论与实践意义。
1.3 文献综述文献综述部分主要对国内外关于基于PLC的电气自动化控制系统设计的相关研究进行总结和分析。
基于PLC的自动化控制系统设计随着科学技术的不断发展,自动化控制技术已经在各个领域取得了广泛应用。
在工业领域,自动化控制技术的应用可以大大提高生产效率和生产品质,同时降低了生产成本。
本文将以基于PLC的自动化控制系统设计为主题,介绍其基本原理、设计流程和注意事项。
一、基本原理PLC(可编程逻辑控制器)是一种专门用于自动化控制的计算机,采用可编程的存储程序控制,可与多种传感器、执行器等设备进行通信,实现自动化控制。
其基本原理就是通过输入信号触发PLC控制器,控制器再通过输出端口驱动各种执行器完成各种动作。
PLC具有可编程性、可扩展性和可靠性等优点,可以编写程序来实现各种控制任务。
其硬件组成包括中央处理器、输入模块、输出模块、电源模块等,而软件部分则主要是编写PLC程序,以实现各种控制逻辑。
二、设计流程PLC的自动化控制系统设计包括以下步骤:1.需求分析:明确系统的控制任务和控制要求,确定所需的输入信号和输出信号,以及其他相关参数。
2.工程调研:了解现场环境、设备情况和用户需求,设计出合适的控制方案。
3.系统设计:确定PLC的型号和规格,配备相应的输入输出模块,设计PLC程序,测试并优化控制逻辑。
4.安装调试:安装PLC设备和其他外部设备,进行初步调试和测试,确保系统正常运行。
5.维护保养:监测PLC的运行状况,定期检查和维护设备,及时处理故障。
三、注意事项在进行PLC的自动化控制系统设计时,还需要注意以下几个方面:1.合理性和可行性:设计方案应符合实际情况,具有可行性。
2.稳定性和可靠性:PLC设备应选择品质可靠、性能稳定的产品,以确保系统的长期稳定运行。
3.灵活性和扩展性:系统设计应具有一定的灵活性和扩展性,能够满足未来的发展需求。
4.安全性和操作性:PLC的自动化控制系统设计需考虑安全和操作性,以确保设备和人员的安全。
5.节能环保:系统设计应符合节能环保要求,避免过度能耗和环境污染。
四、结论基于PLC的自动化控制系统设计是现代工业生产中的重要技术,它能大大提高生产效率和品质。
随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快,人们对生产效率也不断提出新要求。
由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善,使机械手技术快速发展,其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点,已渗透到工业领域的各个部门,在工业发展中占有重要地位。
本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。
主要作用是完成机械部件的搬运工作,能放置在各种不同的生产线或物流流水线中,使零件搬运、货物运输更快捷、便利。
一四轴联动简易机械手的结构及动作过程机械手结构如下图1所示,有气控机械手(1)、XY轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。
其运动控制方式为:(1)由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点);(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y轴限位开关);(3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成);(4)旋转基座主要支撑以上3部分;(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧,放气时机械手松开)。
其工作过程为:当货物到达时,机械手系统开始动作;步进电机控制开始向下运动,同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动;伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处,然后充气,机械手夹住货物。
步进电机驱动纵轴上升,另一个步进电机驱动横轴开始向前走;转盘直流电机转动使机械手整体运动,转到货物接收处;步进电机再次驱动纵轴下降,到达指定位置后,气阀放气,机械手松开货物;系统回位准备下一次动作。
二控制器件选型为达到精确控制的目的,根据市场情况,对各种关键器件选型如下:1.步进电机及其驱动器机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机,步距角为0.9°/1.8°,电流1.5A。
M1是横轴电机,带动机械手机构伸、缩;M2是纵轴电机,带动机械手机构上升、下降。
所选用的步进电机驱动器是SH-20403型,该驱动器采用10~40V直流供电,H桥双极恒相电流驱动,最大3A的8种输出电流可选,最大64细分的7种细分模式可选,输入信号光电隔离,标准单脉冲接口,有脱机保持功能,半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境,提供节能的自动半电流方式。
驱动器内部的开关电源设计,保证了驱动器可适应较宽的电压范围,用户可根据各自情况在10~40VDC之间选择。
一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩,但却会加大驱动器的损耗和温升。
本驱动器最大输出电流值为3A/相(峰值),通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态,对应8种输出电流,从0.9A到3A以配合不同的电机使用。
本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式,利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。
2.伺服电机及其驱动器机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量MSMA5AZA1G,其额定输出50W、100/200V共用,旋转编码器规格为增量式(脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线);有油封,无制动器,轴采用键槽连接。
该电机采用松下公司独特算法,使速度频率响应提高2倍,达到500Hz;定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。
具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能,可弥补机械的刚性不足,从而实现高速定位,也可通过外接高精度的光栅尺,构成全闭环控制,进一步提高系统精度。
具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式,还配有RS-485、RS-232C通信口,使上位控制器可同时控制多达16个轴。
伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A,适用于小惯量电动机。
3.直流电机可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动,系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机,其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高。
无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器,其采用24~48V直流供电,有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护,且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。
4.旋转编码器在可回旋360°的转盘机构上,安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器,编码器将信号传给PLC,实现转盘机构的精确定位。
5. PLC的选型根据系统的设计要求,选用OMRON公司生产的CPM2A小型机。
CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能,包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。
CPM2A的CPU单元又是一个独立单元,能处理广泛的机械控制应用问题,所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。
完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRON PC和OMRON可编程终端的通信。
这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。
三软件编程1.软件流程图流程图是PLC程序设计的基础。
只有设计出流程图,才可能顺利而便捷地编写出梯形图并写出语句表,最终完成程序的设计。
所以写出流程图非常关键也是程序设计首先要做的任务。
依据四轴联动简易机械手的控制要求,绘制流程图如图2所示。
2.程序部分由于论文篇幅有限,这里只列出了开始两段程序,供读者参阅,见图3。
四结束语四轴联动简易机械手的各个动作和状态都由PLC控制,不仅能满足机械手的手动、半自动、自动等操作方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求,更可通过接口元器件与计算机组成PLC工业局域网,实现网络通信与网络控制。
使四轴联动简易机械手能方便地嵌入到工业生产流水线中。
用PLC实现三工位旋转工作台的定位控制王欣,柳滨(中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京东燕郊,065201)1 引言PLC的处理器速度和功能在不断增加,已发展成具有逻辑控制功能过程控制功能运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等的多功能控制器,加上它的价格低廉、操作简便、改变功能灵活易用、维护工作量小等优势,使PLC在工业生产过程自动化中获得广泛应用。
本文介绍采用PLC系统对某设备的三工位旋转工作台进行精确定位的一种低成本、高精度的控制方式(参见图1),该设备的整体结构是以三菱CC-Link网络通讯方式进行主站和从站设备之间的实时通讯的,工作台系统是该设备的重要结构之一,要求工作台在一定范围内实现旋转角度与速度的精确控制,并将定位结果及时反馈给PLC以进行相应的调整。
图1中3个圆形承片台工位以120°均布于旋转工作台面上,要求工位之间能够自由精确地转换位置,各工位的承片台要具有真空、吹气、清洗和按照设定速度值旋转的功能。
按照上述功能要求,选用PLC系统和编码器脉冲计数方式进行工作台的位置控制。
2 控制要求该控制系统根据设备工艺流程的需要来设定定位角度,图1所示的旋转工作台上有3个工位,各工位承片台的位置能根据上位机的控制要求自由转换,(例如操作l号工位的承片台旋转到2号工位进行该工位的工艺加工)所以该系统可以实现的功能有:工作台旋转实现工位的位置转换;各个承片台能按照设定的速度值旋转;工作台需具有在任意位置回零和微调角度的功能;系统运行过程出现异常时能实时报警并停止工作;操作人员可通过确认按钮解除报警信号;还应该具有手动/自动两种控制方式,并设有试验测试功能。
3 PLC选型PLC的选择应着重考虑PLC的性能价格比,选择可靠性高,功能相当,负载能力合适,经济实惠的PLC。
在该设备整体方案选用了三菱CC-Link网络通讯系统的基础上,针对工作台部分控制系统的输入、输出点数和负载能力等要求,选用日本三菱公司FX2N-64MT型PLC。
4 系统硬件相关配置为实现该系统的手动/自动控制,PLC需要不少于输入23点,输出27点的I/O单元,因此选用三菱公司的FX2N-64MT型可编程序控制器作为主控单元,分别有32个输入和32个输出点,输入端为光电隔离,输出端为晶体管源型,该机型结构紧凑、体积小、质量轻,具有很强的抗干扰能力和负载能力,满足设计需求。
由于该设备控制系统采用三菱的现场总线网CC-Link网络通讯方式负责主站对从站发送从控制平台获取的控制信息、从站对主站的反馈信息以及处理各从站之间的信息交换,以实现各台PLC之间的无差错适时自动化运作。
因此工作台控制系统作为整个设备的一部分,需要选用CC-Link扩展模块实现和主站设备的远程通讯,从主站获取控制信号以执行各部分的动作。
为了实现工作台的精确定位,选用能输出高频脉冲的定位扩展模块FX2N.10GM,10GM是三菱公司的单轴定位单元,属于带CPU的智能模块,它可实现完善的位置控制功能,与PLC并行工作,提高了速度,简化了编程。
根据其定位精度选择伺服系统作为执行机构,由于机械传动机构产生的间隙和回程差等外界因素导致的工作台旋转误差,为了测量和补偿这个误差,将一个增量式旋转编码器与工作台同轴安装,伺服电机带动工作台转动的同时,编码器以同样的角速度转动,产生两路相位相差90。
的脉冲,通过判断相位超前滞后的关系确定工作台的旋转方向,工作台的每转动一个位置对应一个脉冲计数值,根据设计需要将工作台的各个位置对应的角度换算成相应的脉冲数,通过比较判断所记录的脉冲数就可以实现工作台的定位控制。
该部分是工作台定位设计的核心,主要依靠软件来实现,其结构参见图2。
各工位承片台的自旋转动作采用模拟量控制模块FX2N-4DA来控制相应伺服系统的转速。
4DA模块有4个输出通道,即可外接4个伺服电机,输出通道接受数字信号并转换成等价的模拟信号,最大分辨率是12位。
基于输入/输出的电压电流通过用户配线完成,可选用的模拟值范围是直流电压一10~10V(分辨率:5 mV),或者0~20 mA(分辨率:20 μA,可被每个通道分别选择控制各电机转速。
所以旋转工作台电气控制系统是由和上位机通讯的CC-Link扩展模块、定位模块、模拟量控制模块、动作执行机构、增量式编码器、外围控制电路和核心器件PLC组成,PLC是集信号采集、信号输出和逻辑控制于一体,与电力拖动系统一起实现了工作台以及各个工位承片台的所有功能。
参见图3系统硬件结构框图。
5 系统软件设计5.1 控制程序流程图基于工作台控制系统的工艺要求,其软件设计思路分为三部分完成控制动作,即:手动状态、测试状态和自动状态。
手动状态下可以单独控制每个执行机构的动作,主要有:工作台3个工位之间的位置转换;旋转工作台的手动回零;3个工位的承片台旋转的启动与停止;对各承片台上真空、吹气、清洗水等动作的开、关等。