PLC-based控制器在自動化工具中的整合作用

文/葛少儒

PLC-based控制器在自動化工具中的整合作用

文/葛少儒

目前由于可編程控制器（PLC）功能提升，甚至具有pulse輸出點，使得PLC具備馬達定位控制信號的輸出功能，因此若以PLC建立PLC-based控制器的架構，將可應用于CNC機床的控制，并可大幅降低CNC機床控制器的設備成本。對于規劃以PLC架構PLC-based控制器，將可結合電腦工程計算能力，計算出工件加工路徑，在通過RS232通訊口下載加工程序到PLC執行。基于PLC使用上的優點，本研究應用PLC在工件上下料平臺與AC伺服車床或銑床間的整合控制，建立以PLC為架構的PLC-based控制系統，并經過RS232通訊口下載加工碼到PLC執行，以同時整合工件上下料平臺與AC伺服車床與銑床的控制。因此，在本文中將探討架構此PLC-based控制系統的重點技術，包括：PLC輸出pulse信號的程序控制方法，RS232通訊格式與各軸位移控制方法等。

自動化 可編程控制器 PLC-based控制器 整合控制

1 引言

雖然目前PLC-based控制器的發展受到相當的重視，且其控制軟件也已相當的成熟，然而在實際工業界機床的應用仍相當有限，其原因是由于PLC-Based控制器與CNC控制器間的功能相近，而且PLC-based控制器的彈性與整合控制的特點并未被凸顯。因此，而如何將各種機床加工能力予以整合，將成為未來PLC-Based控制器應用的重要課題。由于可編程控制器使用方便，可直接連接控制機械系統的輸出入接點，且無須額外提供信號轉換電路的困擾，因此常被應用于工廠自動化中。尤其目前PLC功能逐漸增強，已具備彈性擴充能力，可與電腦連接的RS232通訊接口，并且可提供方便使用的人機界面，使得PLC的應用更具彈性與方便性。此外，新機種PLC甚至更提供pulse輸出接口，而使得PLC具備馬達定位控制信號的輸出功能。因此，若能結合電腦的工程運算能力與PLC彈性且方便的應用特性，利用PLC建立PLC-Based控制器的架構，將可應用于CNC機床的控制器。

2 重點技術簡介

本研究采用永宏點擊的PLC（型號FBN-40M）建立PLC-based控制系統，應用于車床與銑床的整合控制，并結合自動倉儲系統，建立機床自動化系統。本系統分兩部分程序執行：一部分是PLC的執行程序，是以階梯圖程序編寫，用以執行工件的上下料與加工；另一部分是電腦上的執行程序，其功能包括，編譯CNC加工G code程序成為各軸的加工位移碼，與監控PLC程序執行加工指令。以下將分別就：PLC輸出pulse信號的程序控制方法，RS232通信格式與位移控制方法等，以說明PLC運用于機床整合控制的主要技術。

2.1 PLC輸出pulse信號的程序控制方法

永宏FBN系列PLC，對于pulse信號的輸出，須先就其所控制的馬達特性設置適當參數，共有18個參數，占用23個寄存器，其中較重要參數有：單位，脈沖數/轉，位移量/轉以及Z相計數值等，這些參數預先在參數表中輸入，并借由執行參數設置指令FUN141來設置pulse輸出接口的參數值；另外，再由高速pulse輸出指令FUN140執行pulse輸出的計數與控制。以下將以銑床X軸參數設置與原點回歸控制程序為例來說明，如圖1所示。

其中，ps表示銑床X軸的AC伺服馬達連接至PLC pulse0點，SP為該指令參數放置或控制程序的起始位置，WR則為此控制程序系統運作所須用的寄存器起始位置，共占用7個寄存器。M1924為一特殊繼電器，在開始執行PLC程序時會ON一個掃描周期，故可借此執行FUN141來設置參數值。當M92為ON時，將啟動X軸原點回歸程序，FUN140會執行SP指定位置R1060的原點回歸程序。當程序指令執行時，ACT用以指示pulse信號在輸出中，可由M290檢知；ERR則表示指令執行錯誤，可由M291檢知；而當指令完成一步時則DN會ON。

2.2 RS232通訊格式

對于電腦部分的程序，其程序語言選擇工業界廣泛采用的VB(Visual Basic)語言，其程序的主要執行功能包括：（1）加工G Code的編譯，（2）經由Rs232通訊口下載加工程序至PLC執行，（3）監控PLC程序的執行。在VB中利用RS232通訊口，建立與PLC連接功能，可以利用Communications控制項提供 連 線 的Commport，Settings，PortOpen，Input與output等屬性分別來指定串行口的開啟，設置通訊傳輸速度，設置通訊口的連接，讀入通訊口的數據與輸出數據到通訊口。

2.3 位移控制方法

若以銑床X軸位移控制為例，當電腦程序經由RS232通訊協議傳入每步X軸位移的大小，速度與方向，至PLC的對應寄存器中，在監控繼電器的動作即可達成各軸的位移控制。此時，其RS232通訊格式第二，三，四位數據如下：

圖1：示例程序

正轉時：

反轉時：

3 總結

本研究利用利用PLC架構PLC-based控制器，可充分發揮其價格低廉，品質穩定，方便且維護容易的優點，也可以降低使用者對采用新系統的穩定度的疑慮。未來此PLC-based控制系統可進一步加強工件加工輸入的方式，例如：結合CAD/CAM繪圖軟件，結合人工智能輸入工件幾何形狀，或以教導式進行工件加工等，可更充分發揮電腦具親和力人家界面的優點，應有助于未來PLC-based控制器的推廣應用。

[1]趙磊,唐虹.基于PLC的扭矩檢定裝置的設計與實現[J].測控技術,2013(10) .

[2]吳儉敏,顏華,金鑫,郭鈺輝,陳科,董哲.移栽機送盤裝置與定位控制系統研究[J].農業機械學報,2013.

[3]楊傳華,方憲法,楊學軍,王崇,劉忠軍,孫星.基于PLC的蔬菜缽苗移栽機自動輸送裝置[J].農業機械學報,2013.

[4]王云剛,陳文燕.基于MCGS和PLC的水位自動控制系統設計[J].測控技術,2014(01).

[5]王慧,張笑,趙迪.基于PLC的掘進機恒功率變頻調速系統仿真分析[J].電子測量與儀器學報,2013(09).

作者單位 湖北富鴻達工程設備有限公司 湖北省武漢市430300

葛少儒（1984-），男，湖北省武漢市黃陂區人。大學專科學歷。研究方向為電氣工程。