1 前 言步進(jìn)電機作為位置控制元件，在工業(yè)上得以廣泛的應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)機器人、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢驗傳送帶、溫室自動灌溉等需要連續(xù)控制、精確定位的場合，采用步進(jìn)電機的位置控制系統(tǒng)，仍是一種比較理想的方案，但在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用中，由于作業(yè)場地和控制大多數(shù)場合是分離的，而且只有作業(yè)與控制分離，才可以更大地減輕人工的勞動量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的工廠化作業(yè)。
本文介紹一種基于PLC間通信的步進(jìn)電機遠(yuǎn)程閉環(huán)控制方案，特別適用于農(nóng)業(yè)作業(yè)與控制分離的場合，而且系統(tǒng)構(gòu)成的成本也不高。
2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成整個系統(tǒng)主要由兩臺FX系列PLC、兩臺PLC通信模塊（FXON-485ADP）、步進(jìn)電機（4S39Y-06520）、步進(jìn)電機驅(qū)動器（Kinco的2M420）、編碼器（內(nèi)密控OSS-01-2HC）構(gòu)成。
兩臺FX系列PLC，一臺作主站，另一臺作從站，兩臺PLC間的通信用兩臺FXON-485ADP通信模塊，兩通信模塊間的連接用四芯電纜線。
主站主要實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制操作，控制信號通過通信模塊傳送給從站，從站接受主站控制，驅(qū)動步進(jìn)電機工作。編碼器檢測出步進(jìn)電機運動的脈沖數(shù)，送入PLC的高速計數(shù)輸入端。
從站PLC采用晶體管輸出型，采用脈沖輸出和方向信號輸出的方式，設(shè)YO為脈沖輸出點，Y1為方向信號輸出點。
整個系統(tǒng)原理如圖1。
圖1 系統(tǒng)的原理圖3 系統(tǒng)軟件部分主站和從站分別編制程序，主站程序接受主站的拔碼開關(guān)的輸出脈沖頻率及輸出脈沖數(shù)的設(shè)定，接受控制按鈕啟動、停止、正反轉(zhuǎn)控制信號并傳送給從站，從站接受主站的信號，根據(jù)要求控制步進(jìn)電機走步、啟停及正反轉(zhuǎn)，編碼器輸出的脈沖信號經(jīng)PLC的高速計數(shù)器計數(shù)后，與主站設(shè)定的輸出脈沖數(shù)比較，經(jīng)過運算修正輸出的脈沖數(shù)。
3.1 PLC站的設(shè)定本系統(tǒng)中主站PLC采用的是FXON系列，從站PLC采用的是FX1S系列，所以，兩站間的通信是屬于N∶N網(wǎng)絡(luò)通信。N∶N網(wǎng)絡(luò)通信的特殊數(shù)據(jù)寄存器及相關(guān)標(biāo)志定義如下：
PLC站號的設(shè)定是將0-7的值寫入特殊數(shù)據(jù)寄存器是D8176中，主站的（D8176）＝0，從站的設(shè)定值是1～7，從站的（D8176）＝1；從站的總數(shù)（只有主站需設(shè)定）是將1～7的值寫入特殊數(shù)據(jù)寄存器D8177中，分別對應(yīng)1～7個從站點，只有一個從站，（D8177）≈1。
設(shè)置刷新范圍（從站不需設(shè)置）將0～2的值寫入特殊數(shù)據(jù)寄存器D8178中，以確定通信的模式，（D8178）＝0，則為模式0，則0號站的通信刷新軟元件范圍是D0～D3，1號站的通信刷新軟元件范圍是D10～D13。重試次數(shù)（從站不需設(shè)置）將0～10的值寫入特殊數(shù)據(jù)寄存器D8179中，（D8179）＝3，當(dāng)主站試圖以3次或更高的次數(shù)與從站通信時，此站點發(fā)生通信錯誤；通信超時將5～255的值寫入特殊數(shù)據(jù)寄存器D8180中，此值乘以10ms就是通信超時的持續(xù)時間。
FX1N，F(xiàn)X1S系列通信的參數(shù)設(shè)置輔助繼電器是M8038，主站點產(chǎn)生通信錯誤的輔助繼電器是M504，從站點產(chǎn)生通信錯誤的輔助繼電器是M505～M511，分別對應(yīng)從站1～7，與其它站點通信時為ON的輔助繼電器是M503。這些輔助繼電器在用戶程序中不能用作其它用途。
3.2 主站程序主站程序 ，需根據(jù)系統(tǒng)將主站通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將PLC主站輸入單元的控制信號讀入主站內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器中，將需要與從站通信的控制信號置入通信刷新軟元件區(qū)域，以便從站讀取。主站程序如圖2示。
3.3 從站程序從站程序接收主站刷新范圍軟元件的信息，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號。步進(jìn)電機的脈沖串和方向信號輸出給步進(jìn)電機的驅(qū)動器2M420，驅(qū)動步進(jìn)電機工作，Y1為0時，步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)，Yl為1時，步進(jìn)電機反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動的步數(shù)根據(jù)從站的設(shè)定執(zhí)行。
3.4 位置閉環(huán)控制增量式編碼器OSS-01-2CH提供兩相90°差反饋脈沖信號，輸入PLC的高速信號輸入端子X000、X001，用高速計數(shù)器C255累計輸入脈沖，根據(jù)輸入計數(shù)脈沖與設(shè)定脈沖數(shù)的差值，進(jìn)行驅(qū)動脈沖數(shù)的修正。
位置控制的輸出用DRVI指令，相關(guān)元件D8145定義DRVI指令執(zhí)行時的基底速度，D8146定義DRVI指令執(zhí)行時的****速度，D8148定義DRVI指令執(zhí)行時的加減速時間。
D14指定輸出脈沖頻率，D16指定脈沖數(shù)，從YO輸出，Y1為ON時正轉(zhuǎn)，OFF時反轉(zhuǎn)。D16存放的是可刷新的脈沖數(shù)及修正后的脈沖數(shù)。
4 步進(jìn)電機驅(qū)動的實現(xiàn)步進(jìn)電機的驅(qū)動是選用Kinco的步進(jìn)驅(qū)動器2M420，該系列驅(qū)動器采用美國先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的細(xì)分型大電流高性能驅(qū)動器，由于采用新的超大規(guī)模集成電路，該款驅(qū)動器具有高功率、小體積、性能穩(wěn)定、成本低廉的特點。
驅(qū)動器的有八位DIP開關(guān)可以對驅(qū)動器的工作方式和工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，采用雙極型恒流驅(qū)對方式，對DIP6-DIP8進(jìn)行設(shè)定可將輸出相電流設(shè)定在0.3A-2.5A，以配合不同型號的混合式步進(jìn)電機的驅(qū)動。由于采用專用的驅(qū)動控制芯片，對DIP1-DIP4進(jìn)行設(shè)定可以將輸出脈沖細(xì)分，****可達(dá)到256/200細(xì)分。
5 結(jié) 論本文作者創(chuàng)新點：步進(jìn)電機的閉環(huán)控制，可以讓系統(tǒng)的定位控制更精確，避免由于數(shù)據(jù)通信、驅(qū)動控制、傳動帶來的誤差，另外，用兩臺PLC單元機通過通信模塊，組成N∶N網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，遠(yuǎn)程控制，適合于作業(yè)與控制分離的場合。
該方案通過調(diào)試完全能達(dá)到控制精度要求，在溫室灌溉噴頭，農(nóng)產(chǎn)品特性檢測傳送帶，農(nóng)業(yè)采摘機器人等應(yīng)用場合，且系統(tǒng)構(gòu)成靈活，成本低廉，可靠性較高；該系統(tǒng)如果在主站設(shè)立與PC機的通信或觸摸屏，可以實現(xiàn)上位機對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。
聯(lián)系方式
電話：18801063276（李先生）
QQ：928221169
淘寶：http://zgbjdj.com/news2.asp?id=9440/ |
