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1、PLCPLC 高速计数器功能应用在定位控制上的案例高速计数器功能应用在定位控制上的案例一、概述一、概述切纸机械是印刷和包装行业最常用的设备之一。 切纸机完成的最基本动作是把待裁切的材料送到指定位置，然后进行裁切。其控制的核心是一个单轴定位控制。 我公司引进欧洲一家公司的两台切纸设备，其推进定位系统的实现是利用单片机控制的。 控制过程是这样的，当接收编码器的脉冲信号到达设定值后， 单片机系统输出信号， 断开进给电机的接触器， 同时电磁离合制动器的离合别离， 刹车起作用以消除推进系统的惯性， 从而实现精确定位。由于设备的单片机控制系统老化，造成定位不准，切纸动作紊乱，不能正常生产。 但此控制系统是
2、早期产品，没有合适配件可替换， 只能采取改造这一途径。 目前国内进行切纸设备进给定位系统改造主要有两种方式， 一是利用单片机结合变频器实现， 一是利用单片机结合伺服系统实现，不过此两种改造方案成本都在两万元以上。并且单片机系统是由专业开发公司设计，技术保守，一旦出现故障只能交复原公司维修或更换， 维修周期长且成本高，不利于改造后设备的维护和使用。我们结合自己设备的特点提出了新的改造方案，就是用PLC 的高速计数 器 功 能 结 合 变 频 器 的 多 段 速 功 能 实 现 定 位 控 制 ， 并 利 用 HMI 人 机 界 面HumanMachineInterface进行裁切参数设定和完成一
3、些手动动作。二、改造的可行性分析二、改造的可行性分析现在的大多 PLC 都具有高速计数器功能，不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百 KHz 的脉冲信号，而切纸机对进给系统的精度和响应速度要求不是很高。可以通过对切纸机进给系统相关参数的计算，合理的选用编码器，让脉冲频率即能在PLC 处理的范围内又可以满足进给的精度要求。在进给过程中，让 PLC 对所接收的脉冲数与设定数值进行比较， 根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制， 实现接近设定值时进给速度变慢，从而减小系统惯性，到达精确定位的目的。 另外当今变频器技术取得了长足的发展，使电机在低速时的转矩大幅度提升，从而也保
4、证了进给定位时低速推进的可行性。三、主要控制部件的选取三、主要控制部件的选取1 1、PLCPLC 的选取的选取设备需要的输入输出信号如下：x0 脉冲输入x1 脉冲输入x2 前限位x3 后限位 y3 前进!x4 前减速位 y4 后退x5 电机运转信号 y5 高速x6 刀上位 y6 中速x7 滑刀保护 y7 低速x10 压纸器上位 y10 x11 光电保护 y11x12 小车后位 y12 进给离合x13 双手下刀按钮 y13 压板下x14 停止按钮 y14 刀离合x15 连杆保护 y15 电机禁启动x16 刀回复到位针对这些必需的输入点数，选用了 FX1s30MR 的 PLC，因为选用了人机界面，
5、其它一些手动动作，如前进、后退、换刀等都通过人机界面实现，不需占用 PLC 输入点，从而为选用低价位的 FX1s 系列 PLC 成为可能，因为 FX1s 系列 PLC 输入点最多只有 16 点。另外此系列 PLC 的高速计数器具有处理频率高达60 千赫的脉冲的能力， 足可以满足切纸机对精度的要求。2 2、编码器的选取、编码器的选取编码器的选取要符合两个方面，一是 PLC 接收的最高脉冲频率，二是进给的精度。我们选用的是编码器分辨率是 500P/R每转每相输出 500 个脉冲的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证所需的参数：电机最高转速是1500 转/分25 转/秒 、进给丝杆的
6、导程是 10mm/转。验证如下：本系统脉冲最高频率25 转/秒500 个/转2A/B 两相25KHz理论进给分辨率10mm/500=0.02mm同时由上面的数据知道进给系统每走 1mm 编码器发出 50此数据很重要，在 PLC 程序的数据处理中要用到个脉冲信号。由于此工程中对编码器的 A/B 相脉冲进行了分别计数，使用了两个高速计数器，且在程序中应用了高速定位指令，则此 PLC 可处理的最高脉冲频率为 30 千赫，因此满足了第一个条件;我们的切纸机的载切精度要求是0.2mm，可知理论精度完全满足此要求。3 3、变频器和、变频器和 HMIHMI 的选取的选取这 两 个 部 件 我 们 都 选 用
7、 了 三 菱 公 司 的 产 品 ， 分 别 是FR-E540-0.75K-CH 和F920GOT-BBD-K-C。四、四、F920GOT-BBD-K-CF920GOT-BBD-K-C的特点的特点F920GOT 是带按键型的 HMI，它的使用和编程非常简单方便。它具有以下特点：1可以方便的实现和 PLC 的数据交换；2通过本身自带的 6 个功能按键开关，可以控制 PLC 内部的软继电器，从而可以减少PLC 输入点的使用;3具有两个通讯口，一个RS232C用于和个人电脑通讯和一个 RS422用于和 PLC 通讯 ，利用电脑和 F920GOT 相连后不仅可以对 HMI 进行程序的读取和上传，还可以
8、直接对PLC 的程序进行上传下载、调整和监控。五、五、PLCPLC 和和 HMIHMI 程序的编写程序的编写此工程中程序的难点主要在于数据的处理上。 在切纸机工作过程中除手动让进给定位机构前进后退外，还要实现等分裁切功能和指定具体位置定位功能，并且HMI 上还要即时显示定位机构的当前位置。我们为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器 C235 和 C236。C236 通过计算前进后退的脉冲数， 再进行换算后用于显示进给机构的当前位置； C235 用于进行精确定位。定位过程是这样的，每次进给机构需要定位工作时， 通过计算把需要的脉冲数送到 C235，不管进给机构前进还是后退C235 进行减计数
9、，同时对C235 中的数值进行比较， 根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制， 实现接近设定值时进给速度变慢，从而到达精确定位。因为任何系统都有惯性和时间上的迟滞， 所以变频器停止输出的时间并不是 C235 中的计数值减小到 0 时，而是让 C235 和一个数据寄存器 D130 比较，当 C235 中的值减小到 D130 中的设定值时 PLC 控制变频器停止输出。D130 的值可通过人机界面进行修改和设定， 在调试时通过修改这个值， 以到达定位准确的目的。 显示定位机构当前位置的程序见以下图1，图 1 显示定位机构当前位置程序段实现定位控制的程序段见以下图2。图 2 定位程序段
10、还有一个问题是参数设定时的小数点位问题，实际工作中在设定位置时要精确到 0.1mm。这个问题在一些单片机系统中常会遇到， 常见的处理方法是加大一个数量级， 就是设定数据时，在人机界面上用 1 代替 0.1mm，10 代替 1mm。不过我们在处理此问题时通过 HMI 中对数据的设置和 PLC 的程序编写到达了所见即所得的效果。HMI 中主要是对数值的格式要设定好。HMI 中的设置画面见以下图。图 3 HMI 中数据设置画面比方我要等分裁切 10.5mm 的纸，就可以在 HMI 上设定为 10.5，而不是像我公司其它设备上要设为 105，但 PLC 的寄存器 D128 的内容是 105 而不是 1
11、0.5，这样在计算需要的脉冲数时就要用下面一条命令：MULD128K5D10此命令中尽管编程时D11 不出现但实际上寄存器D11被占用，不能再应用于其它地方，否则会出现问题。 而不是用：MULD128K50D10编程中其它应注意的问题。 一是双线圈问题。 本工程中利用条件跳转和步进指令防止了双线圈问题。二是误信号问题。编码器是一种比较精密的光电产品， 受振动时不可防止的会出现误信号，而切纸机在执行裁切动作时会造成很大振动， 如果无视这个现象， 定位精度和执行机构当前位置的显示都会不准确。本工程中处理方法参见上面例子程序图1，只有 Y3、Y4接通，即只有进给机构前进和后退时才让C236 进行计数
12、，这样就屏蔽了裁切时震动造成的误信号。六、变频器的参数设置此工程中需设定的变频器的主要参数见下。参数号名称设定值0 转矩提升 8%低速时电机转矩不足时可提高此数字43 速设定高速30Hz53 速设定中速10Hz63 速设定低速2Hz7 加速时间 0.5s8 减速时间 0.5s24 多段速设定4 速50Hz79 操作模式 2只执行外部操作在调试过程中为了到达定位速度和精度的完美结合， 应对三段速设定值， 加减速时间和 HMI中 D130、D200 和 D202 的数值进行相应调整。七、结论通过上述的改造过程，完全恢复了我们切纸机的功能， 试用三个月以来运行非常稳定。 由这个应用实例可以看出结合 PLC 的高速计数器功能，合理的进行应用，在一定场合可以取代高成本的定位控制系统， 实现控制系统最优的性价比。 也迎合了我国当前提出的建设节约型社会的宗旨。