基于台达PLC和变频器的位置控制系统实现

1 引言

　　当今自动化控制产品日新月异，相同功能的实现有各种各样不同的方式。比如很多设备上都要使用的定位控制的实现就有很多种方法。有的利用单片机结合伺服系统实现定位控制；有的使用plc高速脉冲输出功能或配定位单元结合伺服系统实现；还有的利用变频器的多段速控制来实现定位控制。但不同的定位控制系统有不同的特点，成本也有很大的差异，于是针对不同的设备对精度和响应速度的要求，选用合适的定位控制系统以实现最优的性价比就非常必要。本文介绍一个高性价比的，应用台达plc的高速计数器和与变频器通讯的功能来实现的定位控制的例子。

2 控制实例

　　切纸机械是印刷和包装行业最常用的设备。其完成的最基本动作是:把待裁切的材料送到指定位置，然后进行裁切。其控制的核心就是一个单轴的位置控制。我们已经成功的利用plc对变频器的端子进行控制，实现多段速调速，从而完成这个单轴控制。因为考虑到控制成本和操作的方便性，我们又应用台达的esplc和vfd-b变频器通过通讯来实现这个位置控制。

3 系统的构成

　　plc作为控制的核心，主要用来接收编码器的反馈信号实现对当前位置的检测，通过和设定值的比较用通讯功能来控制变频器的输出频率从而实现精确定位。同时通过hmi可以方便的设定plc的一些内部寄存器值进行人机交互，并且变频器的工作频率可以在hmi上方便修改和直观显示。台达的dvp系列plc都具有两个通讯口，com1是rs232，com2是rs485，支持modbus ascii/rtu通讯格式，通讯速率最高可达115200bps，两通讯口可以同时使用。所以无需用任何扩展模块就可以实现既可连接用于参数设置的人机界面又可用通讯的方式控制变频器等其它设备。并且dvp系列plc提供了针对modbus ascii/rtu模式的专用通讯指令，这样在编写通讯程序时就可以大大简化，无需像用串行数据传送指令rs那样要进行复杂的校验码计算和遵循复杂的指令格式。台达的vfd系列变频器内建有单独的rs-485串联通讯界面，并且也遵循modbus ascii/rtu通讯格式(vfd-a系列除外)。基与这些特点选用了性价比优异的dvp es plc和vfd-b变频器。整个系统的结构图如图1所示。

图1 控制系统框图

图2 实现显示当前位置的高速计数程序段

4 plc的i/o分配

　　由于使用了通讯控制，可以省去用于控制变频器的五个输出点，plc输出点的使用减少了。因此选用了dvp14es00r2和一个扩展模块dvp08xm11n。i/o点的分配见表1。需要注意的是dvp14es plc的扩展模块地址输入点是从x20开始，输出点是从y20开始。

表1 plc i/o分配表

5 es系列plc高速计数器应用

　　此工程中所选编码器分辨率为500p/r，机器原系统配置编码器分辨率为200p/r，理论精度比过去提高两倍以上。电机为1450r/min，传动系统减速比为2.4。由此可计算出额定转速下编码器输出的最高脉冲频率为：1450r/min÷60s/min÷2.4×500p/r≈5khz。

　　尽管台达es系列的高速计数器功能不算强大，其x0和x1可以接受的最高频率为20khz的脉冲，但在这个系统中还是足以胜任的。为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器c235和c236。c235通过计算所有前进后退的脉冲数，再进行换算后用于显示进给机构的当前位置，此功能实现的程序段见图2所示。其程序中的m45和m47用于滤除定位完成后裁切过程中或其它震动造成的编码器输出的误脉冲，以实现位置的精确性。

　　c236用于进行精确定位。定位过程是这样的，每次进给机构需要定位工作时，通过计算把需要的脉冲数送到c236，不论进给机构前进还是后退，c236进行减计数，同时对c236中的数值进行比较，根据比较结果控制变频器的输出频率，实现接近设定值时进给速度变慢的三段速度控制，从而达到精确定位。精确定位时的高速计数器程序如图3所示。其中m83、m84用来触发写变频器运转方向的数据，m85、m86，m87都用来触发写变频器运转速度的数据。