西门子模块6ES7253-1AA22-0XA0供应现货

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1 引言

   随着自动化设备对控制的高精度、高响应性需求的不断增加，自动化控制技术不断提高，jingque的高速定位控制得到广泛应用，plc这一工业控制产品也从早期的逻辑控制领域不断扩展到运动控制领域，实现了以往plc无法完成的运动控制功能。

   在运动控制中大多数采用我们熟悉的数控系统或者是计算机运动板卡来完成，虽然作为专门的产品能够实现复杂的运动轨迹控制，但同时要完成一些逻辑动作的控制就不如plc灵活方便。台达dvp20pm系列plc高速定位、双轴线性及圆弧插补多功能可编程控制器，结合了plc逻辑动作控制和数控系统运动控制的各自优点，在功能上满足双轴插补的高速定位需求。

2       台达运动控制型plc硬件结构

   dvp20pm是台达运动控制型plc。dvp20pm通过前后两个扩展口既可作为plc主机执行也可作为eh2型主机的扩展模块使用，具有x0-x7、y0-y7数字量输入输出各八点，并配置了手摇轮、零点信号、原点信号、极限信号、启动、停止等各种信号接口满足应用需求。

dvp20pm主机包含64k超大程序容量内存（flash），可支持100段运动程序，脉冲输出高可达500khz，并具备电子原点返回模式，支持plc顺序语言及定位语言(g码与m码），下面先由硬件部分简单介绍20pm 组成。

2.1 电源

dvp20pm电源规格参见表1。

表1 电源规格

2.2i/o点规格

参见图1，dvp20pm提供的数字量输入输出点规格与台达通用plc规格基本相同，输入点支持sink（漏极）和source（源极）两种方式，输出点也有继电器输出和晶体管输出可选。

             图1

    需要提到的是其在运动控制中的特殊输入输出点，简述如下：

     start0、start1：启动输入

stop0、stop1：停止输入

lsp0/lsn0、lsp1/lsn1：右极限输入/左极限输入

a0+、a0-、a1+、a1-：手摇轮a相脉波输入+,-（差动信号输入）

b0+、b0-、b1+、b1-：手摇轮b相脉波输入+,-（差动信号输入）

pg0+、pg0-、pg1+、pg1-：零点讯号输入+,- (差动信号输入)

dog0、dog1：原点回归的近点信号输入或多段运动的启动信号

clr0+、clr0-、clr1+、clr1-：清除信号（servo驱动器内部偏差计数器清除信号）

fp0+、fp0-、fp1+、fp1-：脉冲输出端口

rp0+、rp0-、rp1+、rp1-：脉冲输出端口

   （注：0表示轴，1表示第二轴，如start0表示启动轴，start1表示启动第二轴，其他信号依次类推）

   从端子分布可以看到，除了常用的极限和启动停止信号外，配置了过零脉冲pg和手摇轮功能输入端，手摇轮是机床应用中常用而必备功能，而利用过零信号在jingque控制场合往往会用到，当然更不用说定位控制中都会用到的dog原点信号。

2.3配线规格

一般i/o点配线就不再赘言了，可以关注一下plc比较少用到的差分输入输出方式，在信号中有一部分是这样的，一定要注意否则将不能正确完成，参见图2、图3。

图2差分输入配线示意图

图3差分输出配线示意图

3       台达运动控制型plc软件结构

3.1 dvp20pm程序结构

由于20pm主机结合了plc顺序逻辑控制及双轴插补定位控制的功能，因此在程序架构上主要分为o100主程序、ox运动子程序及pn子程序等三大类，结合了基本指令、应用指令、运动指令及gcode指令，使程序设计更多元化，结构更清晰；程序采用pmsoft软件进行编辑，参见图4。

                   图4 程序设计界面

   （1）主程序。主程序以o100作为起始标记，m102作为结束标记，是plc顺序控制程序，主要为控制主机动作执行，在o100主程序区域中，可以使用基本指令及应用指令，或在程序中启动ox0~ox99运动子程序及调用pn子程序。主要提供主控制程序的建立，以及运动子程序的设定及启动控制。

   （3）运动子程序。ox0～ox99运动子程序为运动控制程序，主要为控制20pm系列主机进行x-y轴双轴运动之子程序，于ox0～ox99运动子程序区段中，有支持基本指令、应用指令、运动指令及g码指令，并在程序中可规划呼叫pn指针子程序，通过plc提供的内部特d特m进行子程序的控制。主要提供运动子程序的建立，以及运动子程序的运动控制，在架构上可算是20pm的运动指令及g码指令规划区域。

（4）      子程序。这里所说的子程序是指以pn开头的一般用子程序，主要是被o100主程序及ox运动子程序调用的子程序。如在o100主程序调用pn指针，则pn指针子程序支持基本指令及应用指令；若在ox0~ ox99运动子程序中调用pn指针时，则pn指针子程序区段可支持基本指令、应用指令、运动指令及g码指令。

3.2pmsoft软件介绍

   与台达plc的wplsoft软件相似，dvp20pm的编程软件pmsoft按照iec61131标准设计，具有梯形图和语句表两种编程方式，且具有g码汇入、错误提示、区段注释、装置注释、标尺、完善的监控窗口、运动指令追踪等便利工具提供给用户，特别值得一提的是该软件具有运动轨迹仿真功能，当您编辑好程序后可利用此功能对加工轨迹进行模拟演示，参见图5。

   为方便切换阶梯窗口，只要点选系统信息列中的树枝状对应的程序编号，自动切换对应的程序编辑窗口，在pmsoft编辑环境中同时只能有一个阶梯图窗口，这是为了在庞大复杂程序中找寻程序方便，同时将主程序、运动子程序、一般子程序这三种程序模块化处理，o100主程序只有一个编辑窗口，oxn运动程序有100个编辑窗口，pm子程序有256个编辑窗口，总共有357个窗口，每个窗口未编辑都有10network。程序编辑由网络区段组成，每个网络区段是由输入与输出编辑区域所组成，在编辑过程中，自动产生逻辑结构正确的阶梯图，使用者无须再做额外补线的动作，网络区段编辑并具有错误提示功能。

                      图5 梯形图编程界面

4 运动控制编程

4.1 相关概念

    在谈到dvp20pm产品的应用之前，我们对以下概念进行一个简要介绍。

（1）插补。插补是在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的算法进行数据点的密化工作，以确定一些中间点。从而为轨迹控制的每一步提供逼近目标。

逐点比较法是以四个象限区域判别为特征，每走一步都要将加工点的瞬时坐标与相应给定的图形上的点相比较，判别一下偏差，然后决定下一步的走向。如果加工点走到图形外面去了，那么下一步就要向图形里面走；如果加工点已在图形里面，则下一步就要向图形外面走，以缩小偏差，这样就能得到一个接近给定图形的轨迹，其大偏差不超过一个脉冲当量（一个进给脉冲驱动下工作台所走过的距离）。

（2）直线插补。这个概念一般是用在计算机图形显示,或者数控加工的近似走刀等情况下，以数控加工为例子：

   一个零件的轮廓往往是多种多样的，有直线，有圆弧，也有可能是任意曲线，样条线等。数控机床的刀具往往是不能以曲线的实际轮廓去走刀的，而是近似地以若干条很小的直线去走刀，走刀的方向一般是x和y方向。

    插补方式有:直线插补,圆弧插补,抛物线插补,样条线插补等等。

   所谓直线插补就是只能用于实际轮廓是直线的插补方式(如果不是直线,也可以用逼近的方式把曲线用一段段线段去逼近,从而每一段线段就可以用直线插补了).首先假设在实际轮廓起始点处沿x方向走一小段(一个脉冲当量),发现终点在实际轮廓的下方,则下一条线段沿y方向走一小段,此时如果线段终点还在实际轮廓下方,则继续沿y方向走一小段,直到在实际轮廓上方以后,再向x方向走一小段,依次循环类推.直到到达轮廓终点为止.这样,实际轮廓就由一段段的折线拼接而成,虽然是折线,但是如果我们每一段走刀线段都非常小(在精度允许范围内),那么此段折线和实际轮廓还是可以近似地看成相同的曲线的--这即是直线插补。

（3）联动与插补。一个点的空间位置需要三个坐标，决定空间位置需要六个坐标。

   一个运动控制系统可以控制的坐标的个数称做该运动控制系统的轴数。而可以同时控制运动的坐标的个数称做该运动控制系统可联动的轴数。联动各轴的运动轨迹具有一定的函数关系，例如直线，园弧，抛物线，正弦曲线。直接计算得出运动轨迹的坐标值往往要用到乘除法，高次方，无理函数，超越函数，会占用很多的cpu时间。为了实时快速控制运动轨迹，往往预先对运动轨迹进行直线和圆弧拟合，拟合后的运动轨迹仅由直线段和圆弧段所组成，而计算运动轨迹时，每一点的运动轨迹跟据前一个坐标点的数据通过插补运算得到，这样就把计算简化为增量减量移位和加减法。

实现多轴联动的直线插补并不困难，圆弧插补一般为两轴联动。插补运算可以有多种算法，例如 "dda算法"，"逐点比较法"，"正负法"，"小偏差法（bresenham 算法）"等，其中小偏差法具有小的偏差和较快的运行速度。

   dvp20pm运动控制型plc可实现2轴联动，支持直线和圆弧插补，以及相应的第三轴处理。

（4）数控软件。dvp20dpm支持复杂的运动轨迹控制，那是如何实现的呢？简单的说，将复杂轨迹通过autocad等软件生成图形，再经过cam软件转换为g代码，而pmsoft可以直接导入文本格式的g代码，这样就可以完成运动程序下载到20pm中执行。那么怎样完成图形到g代码的转换呢，这就需要cam软件了，以下简单介绍一些常用的cam软件：

目前cad/cam行业中普遍使用的是 mastercam 、 cimatron 、 pro-e 、 ug 、catia...

•         mastercam是常用的一种软件，大多数数控操作员都使用 mastercam ，它集画图和编程于一身，绘制线架构快，缩放功能好。

•         cimatron是迟一些进入中国的软件，在刀路轨迹上的功能优越于 mastercam，现已被广泛地应用。

•         pro/e 是美国 ptc开发的软件，现已成为全世界普及的三维 cad/cam系统。集多种功能于一体，用于模具设计、产品画图、广告设计、图像处理、灯饰造型设计，是好的画图软件，一般来说用 pro-e 画图，用mastercam 或 cimatron 加工。

当然还有其他同类软件也同样可以使用，通过这些软件将我们想要加工的轨迹曲线数据转换为plc或数控系统可以识别执行的代码，从而控制我们的设备运动。

4.2 运动控制特点

   （1）dvp20pm特色。多段速执行及中断定位，利用此项功能实现运动的平滑性及准确定位。64k步程序容量,100段运动程序，满足不同加工需求；在20pm中大可设置100种运动轨迹，同时利用64k的程序容量，预先将需要执行的各种不同运行曲线的g码存储在plc中，当需要加工某种规格时，可以采用文本显示器、触摸屏等来调用。支持g码的直接汇入，当采用cam软件生成文本格式的g码后，可利用pmsoft的汇入菜单直接汇入到plc运动程序中。脉冲输入输出采用差动方式，高达500khz，满足了绝大多数应用中速度的要求。支持手摇轮应用，这是运动控制中的一个基本功能，可做一些手动的调整。具备电子原点返回模式，在20pm内存中加入了原点记忆功能，只要设定了电子原点，即使设备断电，在下次上电后也可以轻松找到原点位置。可连结eh2主机与所有扩充模块，20pm可以灵活配置，即可以接在eh2主机后作为专门定位扩展模块，也可以做为主机连接其他的模拟量等特殊功能模块。支持plc顺序语言及定位语言(g码与m码），实现了通用plc与数控技术的一个完美结合。配置运动轨迹的离线仿真功能，在实际加工前利用该项功能可以检查运动程序是否存在问题，可及时解决减少错误发生，参见图6。

图6离线仿真器

    （2）轴控方式。准确的说，dvp20pm是实现两轴（x、y轴）联动插补的产品，支持数控程序中的g码功能指令，同时可以处理第三轴的动作。

20pm支持的g 代码功能如下：g0 高速定位；g1 双轴联动直线插补；g2 顺时针圆弧插补（设定圆心位置）；g3逆时针圆弧插补（设定圆心位置）；g2 顺时针圆弧插补（设定半径长度）；g3 逆时针圆弧插补（设定半径长度）；g4 停顿时间；g90设定坐标系统；g91 设定相对坐标系统。

   对于第三轴（z轴）处理方式如下：20pm目前只规划2轴，当g0中指定了z轴时，此g0指令中z轴将被拆解独立出来。

例: g0xp1yp2zp3     g0zp3

                   g0xp1yp2

g0zp3执行时20pm将自动呼叫p255并以d0传递p3，使用者可于p255中处理z轴动作。

4.3 一个案例

液晶切片机的硬件案例。在该设备中配置了dvp32eh2+dvp20pm+dvp01pu*4来控制六轴运动，其中两轴采用圆弧插补完成倒角运动，另外四轴为独立运动。实现了设备的点动、原点回归、半自动及自动运行，达到jingque位置控制。

5 结束语

dvp20pm00d产品是一款同时具有逻辑控制和位置控制的功能强大的plc，可以灵活、高速、jingque的完成平面两轴运动控制，可以广泛应用于木工机械、焊接机械、切割设备以及半导体加工设备等等，特别适合有固定加工轨迹的平面两轴控制场合。我们有理由相信其出色的控制功能具有良好的发展前景。

随着工业自动化控制的发展，一种新的工控产品人机界面(简称触摸屏)出现，给予工业设备现场控制一种全新的图形操作界面─（got）。它采用能高速通信的32位risc芯片，具有交互性好，编程简便、灵活，并且与plc之间的连接简便，简化控制柜设计，节省plc的实际输入输出点，在工业设备控制中开始得到推广应用。现以水针线玻璃瓶消毒生产线为例，介绍系统配置及应用。 
一、工艺流程及要求 
水阵线玻璃瓶消毒生产线设备示意图如图1所示。玻璃瓶从入口处进入，碰到传感器1，启动走带机走带，带动瓶从入口走向出口，途经预热区、消毒区、冷却区。只有进口风机、热风机、出口风机、排风机运转，才能走带。如入口处进瓶过快，挤压传感器2则发出信号去停止前方设备停止进瓶。如出口不畅，传感器3发出信号，停止走带机工作。五个风机中只要有一个停机，就停止加热器运行，并报警显示。检测风机不运行有传感开关装在风机的出口处，风机变频器的故障输出点进入plc，走带机及各电机的空气开关跳闸接点也都进入plc，加热器装在炉子的中央顶部，由热风机向下均匀扩散加温。要求对不同型号大小的玻瓶进行不同温度的设置。能显示各区的温度值，并有反应温度的走势曲线图。对于进风机、热风机、出口风机要有能检测其风压的数值显示，以确定是否过滤网堵塞。

 
图1 生产线设备示意图

在正常工作时，工作下班后，当温度下降到100℃以下，设备能自动关机。如炉内还有瓶未处理完，则启动夜间工作。这样在100℃以下停机后，还有进口风机、出口风机工作，以保证外部的灰尘不能进入炉内。对于消毒时间，由plc采集出口处传感器的数据，通过速度转化为时间，来显示玻瓶在消毒区的消毒时间，以确保消毒的可靠性。设备在保障下，要求能准确显示故障发生点及解决问题对策画面，并有动画反映生产现场工作情况。 
二、系统配置 
对于以上要求，我们选用中达-斯米克公司的人机界面、plc组成一个控制系统。具体如下： 
1．人机界面型号为pws-3760-tft，该屏是真彩色10.4寸屏，采用232口进行下载和编程，采用rs422口和plc通讯。选用真彩能更好地反映现场景色，动画逼真、美观。 
2．plc选用sc—500系列，该机具有1024点输入、输出功能，1个rs232通信口和1个rs422通讯口，是一种模块化机型，可灵活配置功能模块及输入、输出点。 
3．输入选配xdc10十六点dc输入模块2块，输出配1个yry10十六点继电器输出模块。 
4．仿真输入单元采用ad020四路输入模块，输入三个风压模拟量值（4ma～20ma）。 
5．温度输入单元采用thm10五路带pid调节pwm输出温控模块1块，采进三路：加热区、消毒区、冷却区的温度。 
其系统构成如图2所示。

 
图2 系统配置图

三、调试运行情况 
该系统重要的是对消毒区温度精度控制的调试，消毒区的加热系统采用五组电热丝单元加热，其中一组为基本加热单元，其他四组为pid温度调节加热单元。以前该生产线采用omron plc，当时的情况是：生产线试运行时，出现温度曲线波动幅度过大（±8℃）。超过厂家要求的消毒温度波动指针（±2℃）。实际调试时采取了两个措施对温度波动幅度进行控制。（1）采用双位pid温度控制系统堵住温度下降趋势。当铂热电阻检测到消毒区温度低于设定温度1℃时。通过双位pid温度控制系统使plc将七组加热单元全部投入运行30秒，然后通过铂热电阻检测消毒区温度，由温控单元pid控制，直到温度达到设定值为止。（2）温度过调量的控制。首先对消毒区温度进行检测，如果温度大于设定值，plc将七组加热单元全部强行切除，并不断检测消毒区温度，根据实际情况作出实时控制，在现场通过对控制程序的某些参数作一定的修改。并经过反复调试，后温度控制精度完全符合厂家要求。在对系统的调试中发现，该控制系统完全可以通过对程序作进一步的修改、调试。达到更高的温度控制精度。 
在采用sc—500后，由于我们的thm10可以单独设定pid值，因此很方便的就把温度稳定在正负1度内，超过了工艺要求。
四、结束语 
该系统应用于玻瓶消毒生产线设备上，对消毒度控制良好，能对各区温度进行显示，并对不同玻瓶的消毒温度进行设置。现场故障一经发生能马上弹出一详细故障对策画面。经现场工作情况看，满足设计要求。这个系统是一种智能化的专家对策系统，增强了人机交互性，提高设备的控制性能，简化了操作柜设计，提高了设备科技含量，在市场上很有竞争力，有很大发展空间