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基于PLC间通信的步进电机远程闭环控制 |
| 摘 要：本文介绍一种PLC间通信的步进电机远程闭环控制的方案，主要介绍了系统构成、主站和从站的程序编制，步进电机的驱动实现，该方案简单、实用，适合用于作业与控制分离的场合。 关键词：PLC间通信，步进电机，远程控制，闭环控制 1 前言 步进电机作为位置控制元件，在工业上得以广泛的应用。在农业机器人、农产品品质检验传送带、温室自动灌溉等需要连续控制、精确定位的场合，采用步进电机的位置控制系统，仍是一种比较理想的方案，但在农业的应用中，由于作业场地和控制大多数场合是分离的，而且只有作业与控制分离，才可以更大地减轻人工的劳动量，实现农业的工厂化作业。 本文介绍一种基于PLC间通信的步进电机远程闭环控制方案，特别适用于农业作业与控制分离的场合，而且系统构成的成本也不高。 2 系统硬件构成 整个系统主要由两台FX系列PLC、两台PLC通信模块（FX0N-485ADP）、步进电机（4S39Y-06520）、步进电机驱动器（Kinco的2M420）、编码器（内密控OSS-01-2HC）构成。 两台FX系列PLC，一台作主站，另一台作从站，两台PLC间的通信用两台FX0N-485ADP通信模块，两通信模块间的连接用四芯电缆线。 主站主要实现对系统的控制操作，控制信号通过通信模块传送给从站，从站接受主站控制，驱动步进电机工作。编码器检测出步进电机运动的脉冲数，送入 PLC的高速计数输入端。 从站PLC采用晶体管输出型，采用脉冲输出和方向信号输出的方式，设Y0为脉冲输出点，Y1为方向信号输出点。 整个系统原理如图1。  图1 系统的原理图 3 系统软件部分 主站和从站分别编制程序，主站程序接受主站的拔码开关的输出脉冲频率及输出脉冲数的设定，接受控制按钮启动、停止、正反转控制信号并传送给从站，从站接受主站的信号，根据要求控制步进电机走步、启停及正反转，编码器输出的脉冲信号经PLC的高速计数器计数后，与主站设定的输出脉冲数比较，经过运算修正输出的脉冲数。 3.1 PLC站的设定 本系统中主站PLC采用的是FX0N系列，从站PLC采用的是FX1S系列， 所以，两站间的通信是属于N:N网络通信。N:N网络通信的特殊数据寄存器及相关标志定义如下： PLC站号的设定是将0～7的值写入特殊数据寄存器是D8176中，主站的（D8176）=0，从站的设定值是1～7，从站的（D8176）=1;从站的总数（只有主站需设定）是将1～7的值写入特殊数据寄存器D8177中，分别对应1～7个从站点，只有一个从站，（D8177）=1。 设置刷新范围（从站不需设置）将0～2的值写入特殊数据寄存器D8178中，以确定通信的模式，（D8178）=0, 则为模式0, 则0号站的通信刷新软元件范围是D0～D3, 1号站的通信刷新软元件范围是D10～D13。重试次数（从站不需设置）将0～10的值写入特殊数据寄存器D8179中，（D8179）=3，当主站试图以3次或更高的次数与从站通信时，此站点发生通信错误;通信超时将5～255的值写入特殊数据寄存器D8180中，此值乘以10ms 就是通信超时的持续时间。 FX0N、FX1S系列通信的参数设置辅助继电器是M8038，主站点产生通信错误的辅助继电器是M504, 从站点产生通信错误的辅助继电器是M505～M511,分别对应从站1～7, 与其它站点通信时为ON的辅助继电器是M503。这些辅助继电器在用户程序中不能用作其它用途。 3.2主站程序 主站程序，需根据系统将主站通信参数进行设置，将PLC主站输入单元的控制信号读入主站内部的数据寄存器中，将需要与从站通信的控制信号置入通信刷新软元件区域，以便从站读取。主站程序如图2示。 3.3从站程序 从站程序接收主站刷新范围软元件的信息，并转换成相应的控制信号。步进电机的脉冲串和方向信号输出给步进电机的驱动器2M420，驱动步进电机工作，Y1为0时，步进电机正转，Y1为1时，步进电机反转，步进电机转动的步数根据从站的设定执行。从站程序如图3示。  图2 主站梯形图程序  图3 从站梯形图程序 3.4 位置闭环控制 增量式编码器OSS-01-2CH提供两相90°差反馈脉冲信号，输入PLC的高速信号输入端子X000、X001，用高速计数器C255累计输入脉冲，根据输入计数脉冲与设定脉冲数的差值，进行驱动脉冲数的修正。 位置控制的输出用DRVI指令，相关元件D8145定义DRVI指令执行时的基底速度，D8146定义DRVI指令执行时的最高速度，D8148定义DRVI指令执行时的加减速时间。 DRVI的 指令：  D14指定输出脉冲频率，D16指定脉冲数，从Y0输出，Y1为ON时正转，OFF时反转。D16存放的是可刷新的脉冲数及修正后的脉冲数。 4 步进电机驱动的实现 步进电机的驱动是选用Kinco的步进驱动器2M420，该系列驱动器采用美国先进技术生产的细分型大电流高性能驱动器，由于采用新的超大规模集成电路，该款驱动器具有高功率、小体积、性能稳定、成本低廉的特点。 驱动器的有八位DIP开关可以对驱动器的工作方式和工作参数进行设定，采用双极型恒流驱对方式，对DIP6-DIP8进行设定可将输出相电流设定在0.3A-2.5A,以配合不同型号的混合式步进电机的驱动。由于采用专用的驱动控制芯片，对DIP1-DIP4进行设定可以将输出脉冲细分,最高可达到256/200细分。 5 结论 本文作者创新点：步进电机的闭环控制，可以让系统的定位控制更精确，避免由于数据通信、驱动控制、传动带来的误差，另外，用两台PLC单元机通过通信模块，组成N:N网络，可以实现数据通信, 远程控制，适合于作业与控制分离的场合。 该方案通过调试完全能达到控制精度要求，在温室灌溉喷头，农产品特性检测传送带，农业采摘机器人等应用场合，且系统构成灵活，成本低廉，可靠性较高;该系统如果在主站设立与PC机的通信或触摸屏，可以实现上位机对网络控制系统的监控和管理。 |