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电子机械设备的控制系统设计研究

发布时间:2023-12-07 20:16

  与普通的机械设备相比,电子机械设备更加复杂,为了确保其运行的稳定性,需要配置相应的控制系统。电子机械设备的控制系统设计分为两个部分,一部分是主控系统的设计,另一部分是软件系统的设计。下面本文分别就这两个方面的设计过程进行论述。

 

  1 电子机械设备主控系统设计要点

 

  主控系统由PLC、人机界面和手动脉冲发生器三个部分构成,其中PLC为总控,人机界面与控制器程序相配合可完成系统使用界面的编写,手动脉冲控制器可在不执行程序时,以手动的方式对负载的位置运动进行控制。

 

  1.1 PLC

 

  PLC是可编程控制器的简称,本次系统设计中选用的PLC型号为DVP-20PMOOM,该PLC是一款运动控制主机,通过它可以实现三轴直线、圆弧间的运动控制。由于该PLC只能进行三轴控制,为进一步提升系统的控制能力,并满足电子机械设备三轴联动的需要,在设计时增加了一个扩展模块,该模块能够扩展出一个输出轴和一个高速计数器。该PLC具有如下运动控制功能:内置高速计数器2组,能够接收200KHz的频率;支持手动脉冲控制器直接输入,无需进行信号转换;最高的差动输出频率为500KHz。基于PLC的主控系统框架结构如图1所示。

 

  在主控系统中,PLC是可循控件,其分别对三个运动轴进行控制,即X轴、Y轴和Z轴,通过相关程序的编写,可对电机轴的转动进行驱动,从而带动丝杠旋转,由此就带动上滑块平移,对三个轴的目标位置进行设定后,便可达到三维空间坐标点,这是比较简单的运行轨迹规划。如果是复杂的运行轨迹规划,则应按照实际情况对运行轨迹进行优化。可以使用G代码进行PLC编程,工作部分及视觉检测部分的编程则可采用C语言,为实现三者之间的融合,需要应用到MODBUS接口,由于本文选用的PLC控制器本身带有MODBUS接口,因此不需要再次安装,只需要给上位PC机安装一个MODBUS接口程序便可实现三者之间的通讯。人机界面与PLC之间的通信也是借助MODBUS接口来实现的,上位PC机可将编写好的人机界面通过该接口进行传输。PLCXYZ三个运动轴之间的数据通信也可借助MODBUS接口来实现。所有硬件接线完毕,并完成程序编写后,便可将之下载到PLC当中,用户可利用人机界面对相关控制程序进行调用。

 

  1.2 人机交互界面

 

  本次设计中采用的人机交互界面为液晶显示面板,其采用的是当前较为流行的2D绘图加速技术,由此进一步提升了解析度,可对大量的画面元件进行规划。该显示面板不但画质清晰,而且还能实现人机交互界面的快速编辑。该人机界面能够借助直连功能,对PLC程式进行修改。

 

  1.3 手动脉冲控制器

 

  该装置也被称之为手摇轮,它在整个主控系统中具有如下作用:可以在不使用编写的程序对运动进行控制时,以手动的方式对XYZ三个运动轴的移动进行控制。该装置具有如下特点:耐冲击性强,装置外壳是以高强度材料制成,从而使装置具备了极强的抗冲击性;装置采用的是驱动器输出,基本不会受到外界的干扰,由此使得装置具备了较强的抗干扰能力;装置上配有挂钩,使安装变得更加简单和方便。该装置可用于电子机械设备中运动系统的手动控制,其操作面板上有一个倍率旋转按钮,可选择对应运动轴的倍率,旋转手轮时,编码器能够产生出与之相对应的信号,从而实现坐标定位。

 

  2 电子机械设备控制系统的软件设计

 

  本次设计中选用的PLC为多功能可编程控制器,其最为突出的特点是结合了多种功能,如基本指令、运动指令、应用指令等等,由此使得程序的设计变得更加多元化。鉴于该PLC所具有的顺序和定位控制两大功能,在程式的设计中分为三种情况,即一种主程式和两种副程式设计,其中主程式为O100,副程式分别为OXPn。下面对程式的架构进行分析。

 

  在PLCO100是程式的主体,它主要起两个方面的作用,一方面是对程序的运行顺序进行控制,另一方面是对程式的执行进行控制。PLCO100程式中,基本和应用两种指令仅有一组主程式,能够对100OX副程式进行控制,并提供I/O节点信号处理及Pn呼叫功能。鉴于此,需要先对O100主程式进行建立,然后在由其设定和启动XOPn副程式。在对O100主程式进行设计时,可依据实际需要进行,并在其中直接设定运动指令的相关参数,同时还可对运动程式启动的编号进行设定,从而对100OX进行启动控制。为了便于用户使用,在O100主程式设计时,增设了一个特殊的暂存器,用户通过它能够自行对手动功能运功模式进行规划。由于PLC中的O100仅有1组,因此不能被其它程序呼叫,但其能够对OXPn副程式进行自由呼叫;OX除了能够被O100Pn呼叫之外,还能对Pn进行呼叫;Pn能够被O100OX呼叫,同时也能对OX进行呼叫。具体而言,在PLC当中主程式不能被副程式直接呼叫,两者间为单向呼叫的关系,而副程式之间可以进行互相呼叫,两者间为双向联系。主程式与副程式运动特性有所差别,其中O100是循环进行的,而OXPn则是预交一次执行一次。与本次设计选用的PLC控制器相对应的软件为PMSoft,该软件具有如下功能特点:变数宣告、编辑功能块、完整监控、电子凸轮等。

 

  3 结论

 

  综上所述,电子机械设备因其本身比较复杂,所以需要通过控制系统对其运行过程进行控制,从而保证设备的运行稳定、可靠。控制系统的设计具体包括两个部分,一部分是主控系统,另一部软件系统。本文针对这两个部分的设计过程,对电子机械设备控制系统的设计进行了论述。该控制系统已在某企业的电子机械设备中进行了应用,自该系统应用之后,电子机械设备的运行稳定性和可靠性较之以往获得了大幅度提升。可见,该控制系统具有一定的推广使用价值。

 

  作者:杜岩 来源:电子技术与软件工程 201610

 


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