基于PLC伺服控制的送料機的應用

呂思銘

摘要： 隨著科學技術的發展與進步，企業對自動化的需求逐漸增加。原有的生產裝置已經不能滿足目前高度自動化的需求。為了減少人力成本，保證生產的可靠性和安全性，降低企業成本，減少自然環境污染，提高產品質量和經濟收益是企業必須完成的重大問題。本文介紹了基于三菱系列PLC的自動送料機伺服控制系統的硬件和軟件設計，具體的是由PLC控制的伺服系統系統和人機界面觸摸屏組成。根據自動送料的工藝要求，其工作原理是：觸摸屏可設置送料長度，設定值送至PLC，PLC計算出脈沖數，送至伺服電機驅動，控制伺服電機送料，實現準確的定位運行，該系統充分發揮了伺服驅動定位精度的優勢，反應速度快，運行平穩，保證了送料機的高精度和高效率。定位精度達到lm±0.01，達到實際要求。

Abstract： With the development and progress of science and technology， the demand for automation of enterprises is gradually increasing. The original production equipment can no longer meet the current demand for high automation. In order to reduce labor costs， ensure the reliability and safety of production， reduce business costs， reduce natural environmental pollution， and improve product quality and economic benefits are major issues that companies must complete. This article introduces the hardware and software design of the automatic feeder servo control system based on the Mitsubishi series PLC. Specifically， it is composed of a PLC-controlled servo system system and a human-machine interface touch screen. According to the process requirements of automatic feeding， its working principle is： the touch screen can set the feeding length， the set value is sent to the PLC， the PLC calculates the number of pulses， and sends it to the servo motor drive， controls the servo motor feeding， and realizes accurate positioning operation. Give full play to the advantages of servo drive positioning accuracy， fast response speed， stable operation， and ensure the high precision and high efficiency of the feeder. The positioning accuracy reaches lm±0.01， which meets the actual requirements.

關鍵詞： PLC;伺服驅動器;伺服電機;觸摸屏

Key words： PLC;servo drive;servo motor;touch screen

中圖分類號：TP241? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0223-02

1? 控制要求

自動切割系統中最重要的一部分是送料機，如圖1是自動切割機的工藝流程。

自動切割系統用于將金屬卷料加工成一定大小的金屬板材，由送料機、開卷機和沖床三部分組成。

①開卷機包括一個開卷機軸、一個保持架和一個弧形托。由變頻器驅動的電機驅動開卷軸，能主動排料回收卷料。開卷機在轉動時，保持器將壓緊卷料，避免開卷機的卷料松開，弧形托提起展開卷料以避免其接觸地面。②送料機通過伺服電機、伺服驅動裝置直接帶動多組送料軸旋轉，并能精確地給料壓入沖床完成送料，這些滾軸還可以壓平卷料，使送往沖床的卷料更平整持平。送料機配有一個控制板（觸摸屏）和一個供操作員使用的手柄。③沖床對整個生產線完成進給的切割和沖壓，是為提高自動化程度的最后工序，可在壓機的側面安裝自動輸送設備，待薄板切割完成后，由輸送帶送至設備后方。本文將主要介紹PLC伺服控制的送料機系統。送料機應具有如下功能：

①自動送料長度及速度可調。②在手動狀態下，剪板機按設定的自動送料長度和速度，可實現送料操作的點動向前和向后，自動狀態下有自動和手動轉換功能。③通過觸摸屏設置參數設定和實時顯示，實時顯示處理信息。④在緊急停止的情況下，按緊急停止運行模式，設備系統將立即停止以免發生意外。

2? 送料機PLC控制系統，圖2為伺服控制系統

控制系統主要由PLC、光電開關、人機交換觸摸屏、伺服電機、伺服驅動器和電磁閥等硬件組成。①PLC采用三菱FX系列48點的MT機型，它是三菱公司推出的高性能小型可編程控制器，具有較高的性價比，內含高速脈沖輸出功能，可控制伺服電機的運作。為滿足輸入、輸出點的需要，48IO口用于接收系統中按鈕和開關的信號，根據程序所需設定參數和任務控制的要求，控制電磁閥和繼電器按照要求動作。同時，發出規定數量的脈沖數通過高速脈沖輸出送到伺服電機驅動端，控制伺服電機的運行。②采用安川SGDV系列交流伺服控制系統，具有響應快、速度快、頻率高、調節時間短等優點。它可以根據高速定位伺服電機的輸出信號，實現高速定位伺服電機的輸出信號個數，PLC通過高頻率脈沖控制伺服電機的旋轉位置和速度，通過伺服電機準確給出進給長度精準運行。③三菱GT10觸摸屏用于人機交換，把要求的設定和需要修改參數傳送到PLC，PLC控制相應部分機械動作，傳送數據的設備的是通過RS232協議的串行口傳輸線與PLC通訊，實現觸摸屏與PLC間的數據交換，最終給用戶給出舒適的人機界面。④采用電磁閥、電感傳感器、光電開關等專門工業控制設備，PLC接收從沖床傳感器發出的的控制信號，PLC通過程序處理將輸出信號發送給沖床，沖床按照要求有序運作，使整個生產線能夠有條不需的協調運行。

3? 觸摸屏畫面

觸摸屏使用三菱公司GT10系列，其優點是適用于各種普通場合，作為中小型控制面板具有較高的性價比。觸摸屏采用NTz Designer控制軟件設計，主要組成是四部分：參數輸入界面、參數實時顯示界面、操作按鈕界面和錯誤報警顯示界面。參數值輸入界面是指進給長度、加工件數量、進給速度等參數值的輸入界面。上述參數對應于PLC控制程序中D100、D102數據寄存器。當按照需求輸入相應的參數，屏幕上會顯示輸入的參數，并通過觸摸屏連接RS232線將數據存儲到相應的數據寄存器，為數值計算或操作讓程序調用。參數值實時顯示界面為直觀顯示上述參數的界面，分別對應PLC控制程序中D500和D504數據寄存器，顯示D504為當前的PLC計算的計數值，用于顯示當前系統工作完成的工件數量并將通過PLC程序處理的相應參數，通過RS232線傳送到觸摸屏并實時顯示在觸摸屏上，方便操作人員按照需求更及時地掌握整個系統的當前工作情況。觸摸屏界面描述：①送料速度、料環定時、加減速時間等參數設定跳轉界面。②錯誤警報顯示界面指當系統運行出現錯誤時，觸摸屏將跳至顯示有警報信息的警報屏幕，生產線按照要求停止工作防止意外發生，待工作人員關閉系統同時排除故障后按下啟動按鈕，系統才能恢復正常運行。

4? PLC程序

按鈕、開關、檢測裝置的輸入信號送到PLC系統，根據程序和預設參數控制電磁閥、繼電器等執行機構的動作，同時通過高速輸出的脈沖向伺服驅動裝置發送固定數量的脈沖，控制伺服的運行電機PLC程序是整個系統設計的核心控制部分。PLC程序采用GX Developer編程軟件設計，主要由以下環節處理：開關信號、伺服電機控制、變頻器操作、計算工件、警報及數據精準處理等組成。

①PLC脈沖輸出指令。三菱PLC向伺服驅動、伺服驅動、電機運行發送高速脈沖，頻率越高伺服電機越快，脈沖越快伺服電機角度變大進給長度越長，三菱fX1s的脈沖輸出形式為脈沖+所選的脈沖輸入伺服驅動方式為正/負。在PLC程序中使用2個固定速度的定位指令DDRVI發出脈沖指令DDRVI k999999 k1，000 Y0 M10用于反向旋轉，主要用于送料機開始運行時操作員點動進行緩慢調整。此時從Y0輸出脈沖到伺服驅動的反向脈搏輸入用于正轉，從Y1輸出脈搏到伺服驅動的正向脈搏輸入使用指令DDRVI D50 D242 Y1 M11，存儲在D51和D50中的輸出脈沖頻率，存儲在D243和D242中的輸出脈沖數為通過運行PLC計算設定長度、脈數、進給速度、脈率等數據處理程序，將控制伺服電機的進給量發送到伺服驅動，實現準確的伺服定位。②伺服控制程序設計。在手動模式下，伺服系統由DDRVI控制命令通過對D8正轉進給長度和D4點動速度的計算結果，加速脈沖頻率實現CW方向的脈沖輸出，使伺服電機能夠轉動向前。停止脈沖輸出伺服電機的反向操作可以類似。在進料機連續或單一工件的工作模式下，PLC執行程序DDRVI指令，將預先根據需求設定的脈沖數發送至伺服驅動程序，最終伺服電機運作。DDRVI指令指定進給長度為D32，進給速度為D24寄存器。在自動連續工作模式下進料起點或自動單一工作模式，單一上升沿執行DDRVI命令。③報警。當緊急停止、伺服錯誤、變頻器錯誤、壓料警報、缺料警報、計數完全停止等信號接通時，錯誤燈亮，報警信息顯示在觸摸屏警報上屏幕，按重置X27按鈕以重置上述錯誤信號。④制定送料長度。在進料機連續或單一工件的工作模式下，工作人員可以在觸摸屏上的參數設置區設置進料器長度。PLC通過觸摸屏向伺服驅動器發送設定的脈沖來控制伺服電機從而控制系統工作。因此，需要將設定長度的數據通過程序處理轉換為PLC輸出的脈沖數。根據以上分析，設定長度轉脈沖數程序。同時程序中用到32位比較指令，因此輸入變量要32位傳送格式。將觸摸屏參數輸入畫面上送料長度設定值D100，再將D100通過32位傳送指令送到D300。其生產數設定，長度系數設定同理。

5? 結論

本文以三菱FX1N為核心設計了自動剪切生產線上送料機的控制。通過在觸摸屏上設置不同的尺寸參數，系統可連續加工不同長度的板料。系統自投入使用以來，運行穩定可靠。所有功能均達到了最大進給速度、伺服定位精度的設計要求，滿足了加工精度的要求。為了保證給料機的正常運行，需要進行仿真調試。調試包括兩個部分：PLC程序調試和觸摸屏輸入調試。本文成功地解決了送料長度與送料數量結合轉換算法的設計與實現輸入速度和脈沖頻率統一的轉換，類似的送料和伺服電機控制工程中會讓這些算法具有重要的參考價值。由于本人編程能力和實踐經驗非常有限，基于PLC自動切割生產線控制系統的設計還存在一些需要改進的地方請見諒。

參考文獻：

[1]孫炳達.自動控制原理[M].二版.北京：機械工業出版社，2005.

[2]廖常初.PLC編程及應用[M].三版.北京：機械工業出版社，2008.

[3]齊蓉.可編程控制技術[M].北京：電子工業出版社，2009.

[4]王世紅，崔海榮，徐世許.自動剪切生產線的PLC控制系統設計[J].青島大學學報，2009.

[5]張志.PLC伺服電機和觸摸屏在控制系統中的應用[J].包裝與食品機械，2007，25.

[6]王翔.57-20oPLc在數字伺服電機控制中的應用[J].自動化技術與用，2006，25.