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。

            图3  定位控制时的高速计数器程序

6  plc和变频器通讯的实现
               
　　台达dvp系列plc的每一个通讯口都对应有相关的特殊寄存器d和特殊继电器m，以进行通讯相关的参数设置和信息的传送。此工程中要使用的com2对应的主要特ｄ特m及其意义见表2。

            表2  特殊寄存器和特殊继电器的意义

　　此工程中变频器需要设定的参数及说明见表3。在进行变频器的通讯控制时必需设定这些参数，并且设定值要和plc的d1120值设置一致。其它未设置的参数可以按出厂默认值即可。

            表3  变频器参数设置表

　　当plc对变频器通讯进行数据的写入和读出时，就需要知道变频器所定义的相关功能的地址。然后依据这些地址进行数据写入和读出，才能实现对变频器的控制。vfd-b系列变频器定义的本通讯实例中需用到的字址及其意义如表4所示。根据此表可以知道，当需要变频器以20hz正向运转时，就只需在变频器通讯相关的参数字址2000h写入：0000 0000 0001 0010，即十六进制的h12或十进制的k18；在2001h中写入k2000。此工程中通讯程序段如图4所示。

            图4  应急阀控制梯形图

            表4  变频器的通讯参数字址定义

7  结束语
               
　  通过上述的改造过程，完全恢复了切纸机的功能，试用几个月以来运行非常稳定。plc对变频器的通讯控制响应速度非常快，加减速的过程和停机命令执行迅速，完全不会因通讯控制而有丝毫迟滞现象，可见通讯控制完全替代了硬接线的端子控制，不仅降低了成本，而且操作更方便，性价比更优异。也证明了台达的plc和变频器的通讯功能非常强大和好用。