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電子機(jī)械設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文
與普通的機(jī)械設(shè)備相比，電子機(jī)械設(shè)備更加復(fù)雜，為了確保其運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要配置相應(yīng)的控制系統(tǒng)。電子機(jī)械設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，一部分是主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，另一部分是軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。下面本文分別就這兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行論述。
1 電子機(jī)械設(shè)備主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
主控系統(tǒng)由PLC、人機(jī)界面和手動(dòng)脈沖發(fā)生器三個(gè)部分構(gòu)成，其中PLC為總控，人機(jī)界面與控制器程序相配合可完成系統(tǒng)使用界面的編寫(xiě)，手動(dòng)脈沖控制器可在不執(zhí)行程序時(shí)，以手動(dòng)的方式對(duì)負(fù)載的位置運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。
1.1 PLC
PLC是可編程控制器的簡(jiǎn)稱(chēng)，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用的PLC型號(hào)為DVP-20PMOOM，該P(yáng)LC是一款運(yùn)動(dòng)控制主機(jī)，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)三軸直線、圓弧間的運(yùn)動(dòng)控制。由于該P(yáng)LC只能進(jìn)行三軸控制，為進(jìn)一步提升系統(tǒng)的控制能力，并滿足電子機(jī)械設(shè)備三軸聯(lián)動(dòng)的需要，在設(shè)計(jì)時(shí)增加了一個(gè)擴(kuò)展模塊，該模塊能夠擴(kuò)展出一個(gè)輸出軸和一個(gè)高速計(jì)數(shù)器。該P(yáng)LC具有如下運(yùn)動(dòng)控制功能：內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器2組，能夠接收200KHz的頻率;支持手動(dòng)脈沖控制器直接輸入，無(wú)需進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換;最高的差動(dòng)輸出頻率為500KHz�；赑LC的主控系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在主控系統(tǒng)中，PLC是可循控件，其分別對(duì)三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行控制，即X軸、Y軸和Z軸，通過(guò)相關(guān)程序的編寫(xiě)，可對(duì)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，由此就帶動(dòng)上滑塊平移，對(duì)三個(gè)軸的目標(biāo)位置進(jìn)行設(shè)定后，便可達(dá)到三維空間坐標(biāo)點(diǎn)，這是比較簡(jiǎn)單的運(yùn)行軌跡規(guī)劃。如果是復(fù)雜的運(yùn)行軌跡規(guī)劃，則應(yīng)按照實(shí)際情況對(duì)運(yùn)行軌跡進(jìn)行優(yōu)化。可以使用G代碼進(jìn)行PLC編程，工作部分及視覺(jué)檢測(cè)部分的編程則可采用C語(yǔ)言，為實(shí)現(xiàn)三者之間的融合，需要應(yīng)用到MODBUS接口，由于本文選用的PLC控制器本身帶有MODBUS接口，因此不需要再次安裝，只需要給上位PC機(jī)安裝一個(gè)MODBUS接口程序便可實(shí)現(xiàn)三者之間的通訊。人機(jī)界面與PLC之間的通信也是借助MODBUS接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，上位PC機(jī)可將編寫(xiě)好的人機(jī)界面通過(guò)該接口進(jìn)行傳輸。PLC與X、Y、Z三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸之間的數(shù)據(jù)通信也可借助MODBUS接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。所有硬件接線完畢，并完成程序編寫(xiě)后，便可將之下載到PLC當(dāng)中，用戶可利用人機(jī)界面對(duì)相關(guān)控制程序進(jìn)行調(diào)用。
1.2 人機(jī)交互界面
本次設(shè)計(jì)中采用的人機(jī)交互界面為液晶顯示面板，其采用的是當(dāng)前較為流行的2D繪圖加速技術(shù)，由此進(jìn)一步提升了解析度，可對(duì)大量的畫(huà)面元件進(jìn)行規(guī)劃。該顯示面板不但畫(huà)質(zhì)清晰，而且還能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面的快速編輯。該人機(jī)界面能夠借助直連功能，對(duì)PLC程式進(jìn)行修改。
1.3 手動(dòng)脈沖控制器
該裝置也被稱(chēng)之為手搖輪，它在整個(gè)主控系統(tǒng)中具有如下作用：可以在不使用編寫(xiě)的程序?qū)\(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制時(shí)，以手動(dòng)的方式對(duì)X、Y、Z三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的移動(dòng)進(jìn)行控制。該裝置具有如下特點(diǎn)：耐沖擊性強(qiáng)，裝置外殼是以高強(qiáng)度材料制成，從而使裝置具備了極強(qiáng)的抗沖擊性;裝置采用的是驅(qū)動(dòng)器輸出，基本不會(huì)受到外界的干擾，由此使得裝置具備了較強(qiáng)的抗干擾能力;裝置上配有掛鉤，使安裝變得更加簡(jiǎn)單和方便。該裝置可用于電子機(jī)械設(shè)備中運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的手動(dòng)控制，其操作面板上有一個(gè)倍率旋轉(zhuǎn)按鈕，可選擇對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸的倍率，旋轉(zhuǎn)手輪時(shí)，編碼器能夠產(chǎn)生出與之相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)定位。
2 電子機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)中選用的PLC為多功能可編程控制器，其最為突出的特點(diǎn)是結(jié)合了多種功能，如基本指令、運(yùn)動(dòng)指令、應(yīng)用指令等等，由此使得程序的設(shè)計(jì)變得更加多元化。鑒于該P(yáng)LC所具有的順序和定位控制兩大功能，在程式的設(shè)計(jì)中分為三種情況，即一種主程式和兩種副程式設(shè)計(jì)，其中主程式為O100，副程式分別為OX和Pn。下面對(duì)程式的架構(gòu)進(jìn)行分析。
在PLC中O100是程式的主體，它主要起兩個(gè)方面的作用，一方面是對(duì)程序的運(yùn)行順序進(jìn)行控制，另一方面是對(duì)程式的執(zhí)行進(jìn)行控制。PLC的O100程式中，基本和應(yīng)用兩種指令僅有一組主程式，能夠?qū)?00組OX副程式進(jìn)行控制，并提供I/O節(jié)點(diǎn)信號(hào)處理及Pn呼叫功能。鑒于此，需要先對(duì)O100主程式進(jìn)行建立，然后在由其設(shè)定和啟動(dòng)XO與Pn副程式。在對(duì)O100主程式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可依據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行，并在其中直接設(shè)定運(yùn)動(dòng)指令的相關(guān)參數(shù)，同時(shí)還可對(duì)運(yùn)動(dòng)程式啟動(dòng)的編號(hào)進(jìn)行設(shè)定，從而對(duì)100組OX進(jìn)行啟動(dòng)控制。為了便于用戶使用，在O100主程式設(shè)計(jì)時(shí)，增設(shè)了一個(gè)特殊的暫存器，用戶通過(guò)它能夠自行對(duì)手動(dòng)功能運(yùn)功模式進(jìn)行規(guī)劃。由于PLC中的O100僅有1組，因此不能被其它程序呼叫，但其能夠?qū)X和Pn副程式進(jìn)行自由呼叫;OX除了能夠被O100和Pn呼叫之外，還能對(duì)Pn進(jìn)行呼叫;Pn能夠被O100和OX呼叫，同時(shí)也能對(duì)OX進(jìn)行呼叫。具體而言，在PLC當(dāng)中主程式不能被副程式直接呼叫，兩者間為單向呼叫的關(guān)系，而副程式之間可以進(jìn)行互相呼叫，兩者間為雙向聯(lián)系。主程式與副程式運(yùn)動(dòng)特性有所差別，其中O100是循環(huán)進(jìn)行的，而OX和Pn則是預(yù)交一次執(zhí)行一次。與本次設(shè)計(jì)選用的PLC控制器相對(duì)應(yīng)的軟件為PMSoft，該軟件具有如下功能特點(diǎn)：變數(shù)宣告、編輯功能塊、完整監(jiān)控、電子凸輪等。
3 結(jié)論
綜上所述，電子機(jī)械設(shè)備因其本身比較復(fù)雜，所以需要通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)其運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行控制，從而保證設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具體包括兩個(gè)部分，一部分是主控系統(tǒng)，另一部軟件系統(tǒng)。本文針對(duì)這兩個(gè)部分的設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)電子機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。該控制系統(tǒng)已在某企業(yè)的電子機(jī)械設(shè)備中進(jìn)行了應(yīng)用，自該系統(tǒng)應(yīng)用之后，電子機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性較之以往獲得了大幅度提升�？梢�(jiàn)，該控制系統(tǒng)具有一定的推廣使用價(jià)值。
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