一種PLC控制多軸伺服與步進電機經濟方案

康茂

摘 要：隨著工業自動化水平不斷提高，客戶對設備速度要求也越來越高。因此，很多執行機構采用伺服或步進電機進行驅動，由此導致設備制造成本越來越高。怎樣設計一個既穩定又經濟的控制系統，是本文重點研究的內容。針對多軸運動系統，本文采用多臺PLC進行控制，利用PC Link網絡和IO接口構建傳輸周期短、反應速度快的經濟控制系統。

關鍵詞：多軸控制；經濟方案；PLC；PC Link網絡

1 引言

隨著國民經濟高速發展，生產商對自動化設備需求日益增多，同時對設備穩定性和復雜程度要求越來越高，有些設備多達幾十個動作。設備制造商為了滿足客戶需要，逐漸用伺服或步進代替部分氣缸動作，使得設備運行更平穩、調節更方便。目前大多數伺服或步進電機控制都是采用PLC+專用定位模塊來完成，如：OMRON的兩軸位置模塊CJ1W-NC213和4軸位置模塊CJ1W-NC413等，但這些模塊價格昂貴，在各個軸都是獨立運動情況下，用這些定位模塊顯然不劃算。本文主要介紹了OMRON的CP1H-X40DT型PLC控制8臺伺服與步進電機組合控制系統方案，滿足設備運行要求。采用該控制方案，最大可以控制36軸伺服與步進電機。

2 多臺伺服與步進電機的控制方案

OMRON的CP1H-X40DT型是一款多功能小型經濟型PLC，自帶4個100 kHz的高速脈沖輸出，想要更高速的脈沖輸出，可以選用CP1H-Y型，它有2個單相1MHz脈沖輸出和2個100 kHz脈沖輸出。

本文涉及的伺服和步進驅動器都是集電極開路輸入，驅動方式采用脈沖+方向。因此，選用兩臺CP1H-X40DT型PLC，就能夠控制8臺伺服與步進，如圖1所示。

3 系統控制方案

由于控制系統含有兩臺PLC，因此怎樣采用PLC作為控制器并結合人機界面，構建傳輸周期短、反應速度快的實時系統，是兩臺PLC控制的難點。本文主要從PLC與人機界面、PLC與PLC間數據交互進行說明，系統控制基本結構如圖2所示。

3.1 PLC與人機界面通訊

PLC與人機界面采用RS232通訊，在1# PLC串口1安裝RS232選件板CP1W-CIF01，打開PLC的CX-Programmer軟件，進入設置界面，如圖3所示。人機界面也設置相同的通訊協議即可實現通訊。

3.2 PLC與PLC數據交互

兩個PLC控制各自的電機和邏輯，為了用戶使用方便，電機調速、氣缸動作延時等參數需要在人機界面上設置和修改，系統在運行過程中一些狀態或異常信息等也要在人機界面上顯示出來，因此在PLC間要實現數據交換。本文從通訊和IO兩種方式說明數據交換情況。

3.2.1PC Link通訊方式

本系統采用PC Link通訊方式，無需程序進行數據交換，正確設置系統寄存器和通訊模式即可通訊，應用非常方便！

（1） PC Link通訊設置

在CP1H型 CPU單元上安裝RS485選件板（CP1W-CIF11）即可實現CP1H與CP1H CPU單元間數據交換。CP1H 型PLC最大可實現9臺PLC之間通訊（主站1臺，從站最大8臺），每個PLC單元共享最大10通道的數據，主站占用通道3100-3109CH，其他8個從站占用3110-3189CH。本文中的1# PLC作主站，占用串口2單元；2#PLC作從站，占用串口1單元。1# PC Link設置如圖4所示，2# PC Link設置如圖5所示。

（2） PC Link主從站數據映射

在主站設置中，在“PC鏈接模式”選擇“全部”時，就可實現主站和從站都反映對方的數據，如圖6所示。主站3110-3119CH共10個通道可以反映從站3110-3119 CH的數據，而從站3100-3109CH共10個通道也可以反映主站3100-3109 CH的數據。

（3） PC Link主從站通訊周期時間

PLC間用到的參數設置和狀態信息顯示等數據都是通過PC Link通訊傳遞，所以對通訊速度要求不高。因此，該系統通訊周期完全滿足系統需求。PC Link的周期時間計算如下：

通訊周期時間（單位：ms）=從站周期時間×從站臺數+10×脫離從站臺數；

從站通訊時間（單位：ms）=24.6+0.494×（（從站臺數+1）×鏈接CH數×2+12）。

在本系統中，脫離從站臺數=0、從站臺數=1、鏈接CH數=10，因此，通訊周期時間=從站通訊時間=24.6+0.494×（（1+1）×10×2+12）=50.288 ms。

通過分析發現，50 ms左右通訊時間完全滿足本系統需求。

3.2.2 PLC間IO數據交互

兩臺PLC組成一個系統，存在PLC與PLC之間信息傳遞，參數設置、狀態信息等數據交換，用通訊方式傳遞就滿足了；對于一些實時的信息（如：各個PLC控制的準備就緒信號完成信號、控制完成信號等）就不能用通訊方式傳遞。因此，要實現周期短、反應速度快的實時系統，這些信息就要用IO口進行傳遞，如圖7所示。

4 結論

本系統控制方案具有控制成本低、穩定性強、實時性高等優點，在自動化流水線、半導體測試、包裝等設備上被廣泛應用。采用本系統方案，當PLC間數據量太大時，需要在通訊過程中實施分時傳送，這樣會造成數據相應有所延遲。再者，在調試和下載程序時比較麻煩，要分別下載程序。在樣機調試階段，可以采用以太網（PLC單元需配置CP1W-CIF41分選板）與電腦進行聯機，需要下載程序或監控各個PLC運行情況，只需設置與之對應的IP地址即可，比用USB下載線聯機方便。

參考文獻

[1] 李全利. 可編程序控制器及其網絡系統的綜合應用技術[M].北

京：機械工業出版社，2005.

[2] 戴明宏，蘇會林. 基于PC-LinK的自動生產線網絡控制方案[J].

自動化技術與應用，2009， 28（10）.

[3] 付玉升.一種實現多軸控制的經濟解決方案[J].制造技術與機

床，2004：19-21.