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　　The Application of Delta’s PLC and Inverter in Position Control

摘要：本文講述利用臺達PLC和變頻器通過通訊功能實現的定位控制的應用。通過此案例講述了PLC的高速計數器的使用方法和PLC和變頻器的通訊的實現。

關鍵詞：PLC 變頻器 高速計數器  通訊 定位控制

Abstract: The paper introduce the position control with Delta’s PLC and Inverter which use the Communication function。Also in this paper presents the application of the PLC’s High-speed counter and communication with  Inverter。

KEY WORD: PLC Inverter High-speed Counter Communication Position control

1引言
　　當今自動化控制產品日新月異，相同功能的實現有各種各樣不同的方式。比如很多設備上都要使用的定位控制的實現就有很多種方法。有的利用單片機結合伺服系統實現定位控制；有的使用PLC高速脈沖輸出功能或配定位單元結合伺服系統實現；還有的利用變頻器的多段速控制來實現定位控制。但不同的定位控制系統有不同的特點，成本也有很大的差異，于是針對不同的設備對精度和響應速度的要求，選用合適的定位控制系統以實現最優的性價比就非常必要。本文介紹一個高性價比的，應用臺達PLC的高速計數器和與變頻器通訊的功能來實現的定位控制的例子。

2 控制實例
　　切紙機械是印刷和包裝行業最常用的設備。其完成的最基本動作是:把待裁切的材料送到指定位置，然后進行裁切。其控制的核心就是一個單軸的位置控制。我們已經成功的利用PLC對變頻器的端子進行控制，實現多段速調速，從而完成這個單軸控制。因為考慮到控制成本和操作的方便性，我們又應用臺達的ES PLC和VFD-B變頻器通過通訊來實現這個位置控制。

3 系統的構成
　　PLC作為控制的核心，主要用來接收編碼器的反饋信號實現對當前位置的檢測，通過和設定值的比較用通訊功能來控制變頻器的輸出頻率從而實現精確定位。同時通過HMI可以方便的設定PLC的一些內部寄存器值進行人機交互，并且變頻器的工作頻率可以在HMI上方便修改和直觀顯示。臺達的DVP系列PLC都具有兩個通訊口，COM1是RS232,COM2是RS485，支持ModBus ASCII/RTU通訊格式，通訊速率最高可達115200bps，兩通訊口可以同時使用。所以無需用任何擴展模塊就可以實現既可連接用于參數設置的人機界面又可用通訊的方式控制變頻器等其它設備。并且DVP系列PLC提供了針對ModBus ASCII/RTU模式的專用通訊指令，這樣在編寫通訊程序時就可以大大簡化，無需像用串行數據傳送指令RS那樣要進行復雜的校驗碼計算和遵循復雜的指令格式。臺達的VFD系列變頻器內建有單獨的RS-485串聯通訊界面，并且也遵循MODBUS ASCII/RTU通訊格式（VFD-A系列除外）。基與這些特點我選用了性價比優異的DVP ES PLC和VFD-B變頻器。整個系統的結構圖如圖一所示。
 

圖一：控制系統框圖

4　PLC的I/O分配
　　由于使用了通訊控制，可以省去用于控制變頻器的五個輸出點，PLC輸出點的使用減少了。因此選用了DVP14ES00R2和一個擴展模塊DVP08XM11N。I/O點的分配見表1。需要注意的是DVP14ES PLC的擴展模塊地址輸入點是從X20開始，輸出點是從Y20開始。

表1：PLC I/O分配表  

　 　
5  ES系列PLC的高速計數器的應用
　　此工程中所選編碼器分辨率為500p/r，機器原系統配置編碼器分辨率為200p/r，理論精度比過去提高兩倍以上。電機為1450r/min，傳動系統減速比為2.4。由此可計算出額定轉速下編碼器輸出的最高脈沖頻率為：

　　1450r/min÷60s/min÷2.4×500P/R≈5KHz。

　　盡管臺達ES系列的高速計數器功能不算強大，其X0和X1可以接受的最高頻率為20K Hz的脈沖，但在這個系統中還是足以勝任的。為了簡化程序中的計算，采用了兩個高速計數器C235和C236。C235通過計算所有前進后退的脈沖數，再進行換算后用于顯示進給機構的當前位置，此功能實現的程序段見圖2所示。其程序中的M45和M47用于濾除定位完成后裁切過程中或其它震動造成的編碼器輸出的誤脈沖，以實現位置的精確性。

 
圖2：實現顯示當前位置的高速計數程序段

　　C236用于進行精確定位。定位過程是這樣的，每次進給機構需要定位工作時，通過計算把需要的脈沖數送到C236，不論進給機構前進還是后退，C236進行減計數，同時對C236中的數值進行比較，根據比較結果控制變頻器的輸出頻率，實現接近設定值時進給速度變慢的三段速度控制，從而達到精確定位。精確定位時的高速計數器程序如圖3所示。其中M83、M84用來觸發寫變頻器運轉方向的數據，M85、M86，M87都用來觸發寫變頻器運轉速度的數據。

圖3：定位控制時的高速計數器程序

6 PLC和變頻器通訊的實現
　　臺達DVP系列PLC的每一個通訊口都對應有相關的特殊寄存器D和特殊繼電器M，以進行通訊相關的參數設置和信息的傳送。此工程中要使用的COM2對應的主要特Ｄ特M及其意義見表2。

表2：特殊寄存器和特殊繼電器的意義

　　此工程中變頻器需要設定的參數及說明見表3。在進行變頻器的通訊控制時必需設定這些參數，并且設定值要和PLC的D1120值設置一致。其它未設置的參數可以按出廠默認值即可。

表3：變頻器參數設置表

　　當PLC對變頻器通訊進行數據的寫入和讀出時，就需要知道變頻器所定義的相關功能的地址。然后依據這些地址進行數據寫入和讀出，才能實現對變頻器的控制。VFD-B系列變頻器定義的本通訊實例中需用到的字址及其意義如表4所示。根據此表可以知道，當需要變頻器以20Hz正向運轉時，就只需在變頻器通訊相關的參數字址2000H寫入：0000 0000 0001 0010，即十六進制的H12或十進制的K18；在2001H中寫入K2000。

表4：變頻器的通訊參數字址定義

此工程中通訊程序段如圖4所示。

7    結論
　　通過上述的改造過程，完全恢復了切紙機的功能，試用幾個月以來運行非常穩定。PLC對變頻器的通訊控制響應速度非常快，加減速的過程和停機命令執行迅速，完全不會因通訊控制而有絲毫遲滯現象，可見通訊控制完全替代了硬接線的端子控制，不僅降低了成本，而且操作更方便，性價比更優異。也證明了臺達的PLC和變頻器的通訊功能非常強大和好用。

參考文獻：
1.PLC應用技術手冊（程序篇）,中達電通
2. VFD-B變頻器手冊，中達電通

作者簡介
　　作者1：趙雅，ZhaoYa荷力勝（廣州）蜂窩制品有限公司。Honicel (Guangzhou) Honeycomb Products Ltd.畢業與南陽理工學院，電工技師，從事現場設備維護管理和技術改造工作。聯系方式：廣州市蘿崗區永和開發區新業路七號，郵編：511356

　　電話：020-32221900-605　Mail:hege377@163.com

　　作者2：肖瑞莉XiaoRuili荷力勝（廣州）蜂窩制品有限公司。負責管理工作。