基于PLC的回转定位装置设计.pdf

务l 匐 似 基于P L C 的回转定位装置设计 Rot ar y posi t i oni n g de vi ce desi gn bas ed on PLC 张锋，许刚，李朋辉 ZHANG F e n g ．XU Ga n g 。L I Pe n g - h u i 解放军陆军军官学院 军用仪器教研室，合肥 2 3 0 0 3 1 摘羹回转定位装置是工业生产中常用的一种装置。设计了一种基于P L C 的回转定位装置，控制面板 发送指令 ，由电机控制装置的回转，绝对值编码器通过发送实时编码值实现精确定位 ，试验 表明，系统设计思路合理，定位速度快、精度高。 关键词P L C；回转定位；绝对值编码器 中圈分类号T P 2 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 4 0 7 下 -- 0 0 9 1 0 3 O o i ；1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． 1 s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 4 ． 0 7 下 ． 2 5 0 引言 回 转定 位 装置 是工 业 生产 中常用 的 一种 装 置 ，主要用于对在一 个环形框架 内的物体进行 回 转并 准确定位 目标 ，其关键是判断 电机的正反转 以及如何实现精确定位 。基于 以上 问题 ，本文设 计了一 种基 于P LC的回转定位 装置，控制面板 发 送 指令 ，由电机控制装置的 回转 。系统工作过程 中，绝对值编码器发送实时编码值 ，通过实时编 码值与 目标编码值的 比较来判断电机 的正反转并 实 现精 确定 位 ， 系统 设计 思 路合理 ，定位 速 度 快、精度高 。 1 系统设计要求 如 图 1 所 示 ，椭 圆形框 架 内有 1 ～2 6 个储 物 筒，每个储物筒 内存储 圆柱形工件 ，每个工件 重 l O 公斤，2 6 个储物筒由回转链连接而成 ，各储物 简在动 力机构带动下绕本体回转。通过操作面板 可实现对 1 ～2 6 号储物筒的任意选择 ，选定的储物 筒以最短路径旋转到 中心点 ，中心点位置有一接 物平 台，将选择的储物筒 内的工件发送 出去 。并 能实现 向储物筒 内工件的快速补充 。 中心 点 图1 回转定位装置示意 图 2 系统总体设计 通过对 系统设计要求 的分析 ，利用可编程 控 制器 、绝对值编码器、 电机控制、通信等领域 的 技术 ，设计 了一套包括主控 装置 、回转装置 、定 位装置、操作面板等的回转定位 系统。系统 总体 设计框图如图2 所示。 回转装置 I 一⋯⋯⋯⋯⋯1 H _ L 图2 系统总体设计框 图 其工作原理为 操作面板发 出操作 指令并将 指令传给主控装置 ，主控装置根 据指令通过变频 器启动 电机 带动 回转 装置转动 ，同时定位装置开 始工作并实时向主控 装置传送编码值 实现定位 ， 完成相应的指令控制。 3 系统硬件设计 系统硬件部分采用可编程控制 器为中心的数 字控制和模拟相结合的控制方式，对各部件 的运 动进 行协 调 和控 制 。其硬 件 系统 主要 由主 控 装 置、回转装置 、定位装置、操作面板等组成 。 3 _ 1 系统主控装置设计 系统主控装置采用De l t a 公司的DVP 一 6 4 E H型号 P L C，该P L C采用2 2 0 V电源供电。内置RS 一 2 3 2 与 R S 一 4 8 5 ，兼容MO DB US AS CⅡ ／ R T U通信协议。上 位机通过RS 一 2 3 2 进行程序 的调试与修 改，P L C与 回转装置和定位装置之 间通过RS 一 4 8 5 进行通信 ， 收稿日期2 0 1 4 - 0 3 - 0 6 基盒项目安徽省自然基金项目 1 3 0 8 0 8 5 ME 8 0 ；装备预研基金项 目 9 1 4 A1 7 0 5 0 3 1 2 J B 9 1 2 0 2 作者简介张锋 1 9 7 9一，男 ，陕西西安人，讲师，硕士，研究方向为电子系统设计和信息通信。 第3 6 卷第7 期2 0 1 4 0 7 下 【 9 1 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 匐 4 1u 操作面板上的键盘和显示部分直接与P L C的I ／ O口相 连，通过对I ／ Ol Z l 的控制实现键盘输入和显示功能。 3 ．2 回转装置设计 回转装置主要 由回转链 条、回转 动力、减速 箱等组 成。回转链条用于存放物体，并在 回转动 力驱动下 按程 序左右转 动，回转链条 可存储2 6 个 工件 。回转动力用来驱动主储物筒的转动 ，本 系 统 选用三相交流 电机 ，型 号为Y2 1 0 0 L1 4；电机 额定功 率2 ． 2 k W ，额定转速为 1 4 2 0 转／ 分 、额定 电 流为5 ． 2 A，额定 电压3 8 0 V。三相 交流 电机 通过 VF D M变频器与P L C相连，P L C与变频器之 间通 过4 8 5 通信实现对电机 的控制。减速箱选用型号为 NWRV0 7 5 8 0 。将电机 与减速箱同轴相连并 安装 在系统本体上 。 3 ．3定位装置设计 定位 装置配合控制系统 ，用于选择 物体 ，并 在选 物时 给储 物 筒准 确定 位 。本 系统 中定位 装 置 的 实现 主要 通过 绝对 值 编码 器 来实 现 。绝对 值编码器型 号为CMX6 0 一 L B，采用 “ 磁 性检测方 式 ”，具有优 异的抗冲击和振 动特性u 1 。工作电 压为 1 0 V3 0 V，本系统 直接由P L C内部2 4 V电压 供 电，输 出信号 为RS 一 4 8 5 信 号 ，线性 分辨 度为 1 ／ 4 0 9 6 ，允许转速为2 4 0 0 转／ 分 。绝对值编码器与 电机 同轴安装，与P L C之 间通过4 8 5 通信来实现编 码 值的传递 。电机 转动过程 中带动编码器转动 ， 编码器通过R S 一 4 8 5 向P L C实时发送编码值。 3 ．4操作面板设计 操作面板主要实现 电源 开关、系统 的启动 、 停 止、按键 、数码显示等。其基本原理是通过面 板上的键盘 发 出指令进行相应的动作控制 ，显示 电路对读入或接收的各种信 息进行显示。 4 系统软件设计 4 ． 1软件总体功能设计 系统 的软件设计 采用模块化结构的程序设计 方法，利用D e l t a WP L S o f t 编写 。系统软件总体流 程图如图3 所示 。 系统通 电后 进行 初 始 化 ，之 后 进 入循 环 扫 描 ，在各子任务模块之 间巡 查和调用 。系统 的初 始化 包括通信协议初始化 、通 信站 号初 始化、寄 存器初始化 、I ／ o端 口初始化等。初始化完成后， 绝对值编 码器向P L C发送实时编码值 ，根 据编码 值判断 系统初始位置 ，即判 断初 始储物筒 号，之 [ g 2 1 第3 6 卷第7 期2 0 1 4 - 0 7 下 图3 系统总体流程图 后 系统进行键盘扫描 ，如果有按键被按下并确认 后 ，根据所选储物筒号和初始储物筒号 的位置关 系判断 电机的正反转 ，然后启动 电机转动并带动 编码器转动 ，电机转动过程中，编码器向P L C发送 实时编码值 ，并实时判断实时编码值和 目标编码 值是否相等，如果相等 I] P L C 发送指令给变频器 ， 控制 电机停止 ，反之 ，继续判断 ，直到相 等，一 次选件过程完成 。之 后再次进 行判 断，循环 以上 过程进行再次选件。 4 ． 2 回转定位装置软件设计 回转 定位 装置软件设计是 系统软件设计 的关 键部分 ，在 回转定位装置软件设计时主要解 决判 断 电机正反转以及如何实现快速精确定位口 】 。 在判断电机正反转时 ，主 要是基于选物后 电 机转动最短距离的原则【3 】 ，采用了如下算法 。 编码 器设为 循环 模式 ，将编码 器在 1 号物位 的编码值置为0 ，供弹机循环一 周的编码值置为X X m 值 由试验值标定 ，当第二 圈开始时编码值 从0 开始 。设编码 器实时编码值为X 。 ， 目标弹号编 码值为】 【 TI ，则判断电机正反转的方法为 当X o 【 I l ，若X o X ． X m X 0 ，电机逆时针 反 转 转动 ，若x o x x 一X o X ，电机顺时针 正 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务I 訇 似 图4 回转定位装置软 件流程图 转 转动 ； 当X o x 一X n X o ，电机顺时针转 动，若X - X o x 一 X n X o ，电机逆时针转动。 其软件设计流程图如图3 所示。 为 了实现系统运行过程 中的快速精确定位 ， 采用当实时编码值 等于 目标编码值时 ，发 出电机 停止运行指令M j 】 。由于编码器分辨率很高，电机 转速较快，因此要 在某一个编码值上使 电机停止 将 非常困难，为了实现无超调控制 ，计算机采用 P I D 控制，控制定位精度0 ． 1 0 以内。 5 结论 试验测试表明 ，系统能够完成选件 、定位等 功能 ，选件过程 中能够 自动判断实现 电机 的正反 转，且满足最短路径原则。样机完成后经过现场测 试，系统定位速度快、精度高 ，满足设计要求。 参考文献 [ 1 】绝对值编码器C A X6 0 - L B 说 明． P d f ． [ 2 】秦琴， 消声水池升降， 回转定位 装置的伺服控制 系统 设计 [ J 】 ． 机械工程与 自动化， 2 0 1 1 ． 0 8 ， 1 5 1 1 5 3 ． [ 3 ]3 汤斌， 王文健， 王华． 两种升降回转定位装置的设计[ J ] _ 计 测技术， 2 0 1 2 ． 0 3 ， 3 0 3 2 ． 【 4 】程昭荣， 姜旭东， 林明智． 挖掘机回转装置定位结构及分析 【 J 】 ． 建筑机械， 2 0 1 2 ． 0 7 ， 1 1 1 - 1 1 2 ． [ 5 】刘玮， 李敬明， 卓凯． 旋挖钻机 自动回转定位装置【 J 】 ． 工程 机械文摘， 2 0 1 2 ． 0 3 ， 4 7 - 4 9 ． 第3 6 卷第7 期2 0 1 4 0 7 下 [ 9 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m