利用光电编码器和PLC高速计数器进行定位控制

1、利用光电编码器和PLC高速计数器进行定位控制在往返式传动控制系统中，很多时候都会涉及到多点定位问题。即要求在不同的定位点启动不同的机械动作。但由于机械惯性的作用，常常会给系统带来定点误差。本系统以龙门刨床的机械传动为例，采用plc作为控制器，通过变频器调节速度，利用光电编码器和plc高速计数器进行定位控制，从而实现精确定位。<br /><br />变频器；plc；高速计数器；光电编码器<br /><br />1 龙门刨床的机械传动控制要求<br /><br />图1所示的龙门刨床的机械传动示意图。传动系统从原点启动，中速行

2、驶到1000mm，开始高速行驶，高速行驶到3000mm，开始低速爬行，低速爬行到终点（3200mm）停车。停顿2s。反向高速行驶，高速行驶到距原点200mm处开始低速爬行。到达原点停车，停顿2s后重新开始往返。在原点和终点低速爬行的目的是为了避免系统惯性带来的定点误差，做到原点和终点的精确定位停车。<br /><br />2 龙门刨床机械传动的plc控制系统硬件设计<br /><br />2.1 系统对变频器的控制要求<br /><br />变频器的正反转由继电器k1、k2控制，速度的切换由继电器k3、k4完成。变频器故障

3、报警输出触点（30a、30c触点）用于立即停止高速计数器运行，并由指示灯hr指示。<br /><br />变频器具有多段速度设定功能，当k3、k4两个继电器触点都断开时，高速行驶（第一速度）；k3闭合，k4断开时，中速行驶（第二速度）；k3断开，k4闭合时，低速行驶（第三速度）；k3、k4都闭合时，手动调节行驶（第四速度）。<br /><br />旋钮sf用于手动/自动切换，并用指示灯hg1表示自动状态。手动时，能够通过按钮sa1（电机正转）和sa2（电机反转）手动调节传动系统的位置。<br /><br />按钮sa用于传

4、动系统在自动状态下的启动/停止控制。采用“一键开关机”方式实现启动/停止控制，用指示灯hg2表示启动状态。<br /><br />行程开关sq用于自动启动时，确定传动系统在原点位置，自动停止时，传动系统必须返回原点。行程开关sq1、sq2用于传动系统的两端限位，确保传动系统不能脱离设备。<br /><br />2.2 plc系统硬件系统的构成及连接<br /><br />为了实现对龙门刨床机械传动的精确定位，本系统采用plc作为控制器，通过变频器进行速度调节，采用光电编码器和plc高速计数器进行定位控制。根据龙门刨床的机械

5、传动控制要求，系统中有开关量输入点8个，开关量输出点7个，光电编码器a相输入一个，因此选用siemens的cpu224作为控制器，其i/o点的分配及系统接线如图2所示。<br /><br />3 plc梯形图程序的设计<br /><br />plc的梯形图程序设计包含主程序（用于实时调用手动子程序sbr_0和自动子程序sbr_1）、子程序sbr_0（用于实现对系统的手动控制）和sbr_1（用于实现对系统的自动控制）和中断处理程序int_0程序（用于处理高速计数器计数当前值到达不同预置值的处理）。由于篇幅所限，以下将以中断处理程序int_0程序为例

6、，说明变频器对速度的控制和调节。其梯形图如下。<br /><br />4 梯形图设计过程中要注意的几个关键问题<br /><br />4.1通过多次更改高速计数器的中断和预置值实现多点定位<br /><br />实现多点定位控制的关键包括两点，第一点是设置高速计数器中断事件12（计数器当前值=计数器预置值），另一点就是在中断处理程序中更改高速计数器预置值。<br /><br />定位控制需要测量定位点与原点的距离，然后将单位距离（mm）转换成脉冲量，通过光电编码器和plc高速计数器记录脉冲量的变化。

7、本系统中，光电编码器的机械轴和电动机同轴。传动比=10，用于驱动设备的传动辊直径=100mm，光电编码器每转脉冲数=600个/转。可以计算出每毫米距离的脉冲数为：<br /><br />每毫米距离的脉冲数=600÷（10×100×3.14）0.19108脉冲/mm<br /><br />定点位和预置值比较，必须采用高速计数器中断方式，而不能采用一般的比较指令。因为一般的比较指令无法捕捉高速变化的事件。<br /><br />所以，必须通过atch和eni指令将高速计数器中断事件号12（计数器当

8、前值=计数器预置值）与中断处理程序int_0连接。在中断处理程序int_0中，到达预置值时，重新装载下一次的预置值，并执行工艺要求的继电器输出，处理变频器的运行速度。<br /><br />在自动子程序sbr_1中，将高速计数器hc0设置为单相计数输入，没有外部控制功能。在原点和终点通过更改计数方向，便于中断处理程序int_0判断变频器的运行方向。<br /><br />4.2 在中断处理程序int_0中不能使用等于比较指令<br /><br />由于在一个中断处理程序int_0中判断处理多个预置值。需要比较指令和计数方向

9、来判断目前高速计数器计数当前值在哪个阶段，根据判断来决定执行那一段指令。但是，判断不能使用等于比较指令，应该使用大于或小于指令判断。<br /><br />尽管中断事件（计数器当前值=计数器预置值）发生时，plc立即中断当前主程序、子程序，执行中断处理程序int_0中的指令。但是，在中断处理程序int_0中，plc仍然是按照逐条逐行的扫描机制执行。而高速变化的计数值不可能和中断处理程序执行同步，如果采用等于比较指令，plc在执行中断处理程序时，可能会错过等于值，使plc在中断处理程序中无法判断设备运行到哪个阶段。<br /><br />4.3 在

10、自动运行时，高速计数器的初始值寄存器写入必须禁止<br /><br />由于多点定位需要多次装载预置值，写入预置值必须执行hsc指令。<br /><br />执行hsc写入指令，不单单是写入预置值，如果在控制字节中不加以限制，初始值寄存器smd38中的值同样写入。而smd38=0，这样，就会使高速计数器计数当前值置0。因此，在自动运行时，必须设置控制字节smb37的第七位sm37.6为0，在装载预置值时，禁止写入初始值。<br /><br />但是，在高速计数器初始设置和返回原点重新开始运行时，又必须写入初始值，使初始值置

11、0，避免机械原因带来的误差。因此，控制字节必须多次修改。遵循的原则是：允许写入初始值、执行hsc指令后，必须马上修改控制字节，禁止初始值写入，并再次执行hsc指令，中间不能有其它指令存在。<br /><br />4.4 多点定位的输出线圈尽量采用立即指令<br /><br />采用高速计数器进行多点定位，主要为了精确定位。定位精度既决定于高速计数器的测量，同时也决定于执行机构的执行快速性。<br /><br />如果采用普通输出指令，在一个扫描周期的程序执行阶段，改变的仅仅是输出映像存储器，plc的输出点不会立即刷新，只有

12、在程序执行完毕后，plc的输出映像存储器才能对输出点刷新，执行输出。<br /><br />为了增加定位精度，尽量采用立即输出指令。立即输出指令不受plc扫描周期阶段的限制，在改变输出映像存储器的同时，立即刷新plc输出点。<br /><br />4.5自动/手动程序采用for-next循环指令和子程序指令实现<br /><br />本系统中的自动/手动功能通过采用for-next指令和子程序指令实现。自动程序和手动程序实际上就是两个循环指令的循环体。而循环指令仅执行一次循环扫描刷新。<br /><br

13、/>手动子程序sbr_0和自动子程序sbr_1用于整个程序的分段，便于程序的理解，增加程序的可读性。for-next循环指令的作用是使输出线圈能够重复使用，简化程序。<br /><br />当变频器正向运行（由sm36.5判断，增计数为正向运行，sm36.5=1），高速计数器当前值等于19108（1000mm）时，继电器k3（q0.2）、k4（q0.3）断开，变频器速度设定为高速正向行驶（第一速度）。同时将高速计数器预置值更改为57325（3000mm）。<br /><br />当变频器正向运行，高速计数器当前值等于59325（3000mm

14、）时，继电器k3（q0.2）断开、k4（q0.3）接通，变频器速度设定为低速正向爬行行驶（第三速度）。同时将高速计数器预置值更改为61146（3200mm）。<br /><br />当变频器正向运行，高速计数器当前值等于61146（3200mm）时，表明达到终点，继电器k1（q0.0）、k2（q0.1）、k3（q0.2）、k4（q0.3）全部复位断开，变频器立即停止运行。同时，发出终点到达信号m0.1，让子程序sbr_1处理停顿2s时间，并由sbr_1处理反向运行设置。<br /><br />当变频器反向运行（由sm36.5判断，减计数为反向运行

15、，sm36.5=0），高速计数器当前值等于3822（200mm）时，继电器k3（q0.2）断开、k4（q0.3）接通，变频器速度设定为低速反向爬行行驶（第三速度）。同时将高速计数器预置值更改为0。<br /><br />当变频器反向运行（由sm36.5判断，减计数为反向运行，sm36.5=0），高速计数器当前值等于0时，表明变频器返回到达原点。继电器k1（q0.0）、k2（q0.1）、k3（q0.2）、k4（q0.3）全部复位断开，变频器立即停止运行。同时，发出原点到达信号m0.0，让子程序sbr_1处理停顿2s时间，并由sbr_1处理正向重新运行设置。<br /

16、><br />本文创新点：往返式传动控制系统的多点定位是一个较难解决的问题，本系统采用plc作为控制器，通过变频调速，利用光电编码器和plc高速计数器进行定位控制，克服了往返式传动控制系统中由于机械惯性的作用给系统带来的定点误差，从而实现了精确定位。 <br/><br/>PLC为什么要设有高速计数器功能呢?这要从PLC的扫描周期来理解。PLC内部的普通计数器的计数方式是PLC在进行输入扫描而得到的信号变化时计一次数。但是PLC在程序执行过程中，是不进行输入扫描的。也就是说，PLC扫描一次输入信号的状态后（专业语言应该是：输入刷新）进入程序执行过程，程序

17、执行过程中输入再有变化，PLC就不会知道了，程序也不会做出影响。这种状态，我们用普通计数器对高速输入脉冲就无能为力了。如你回家后关上门对家人讲，你在外面看到有一个人醉汉倒在大街上（关门前看到的就是输入扫描）。你想打电话告诉医院来救他（由于有醉汉在的条件，让你有一个打电话的输出动作），而家人说，你还是再看看醉汉现在的状态再说吧。于是你放下电话（没有输出）开门出去再看一次（由于家人这个中间继电器的参预，你把程序直接跳转到结束，再一次输入扫描），回到家后又关门告诉家人醉汉现在的状况。家人还要坚持让你再出门看一次，你不耐烦了，说“我现在就认为他还躺在那，等我打完电话再出去看吧”（屏蔽中间继电器的参预，

18、继续执行程序），电话打完了（程序执行结束），你又一次打开门出去看，醉汉已经走了。没办法，你还得回来打电话告诉医院不用来了（又一次程序执行结束）。然后你又出门了，看到醉汉又躺在了老地方，气死你了。于是你就想在门外安装一个视频头接到层里的一个显示器上随时观察醉汉的状态。来控制你是否打电话。（我说话罗嗦吧，谁让我先声明是家常聊天方式呢。）高速计数器属于硬件计数器,其计数方式与程序的扫描是没有关系的.实时接受外部脉冲信号的变化而计数(当然它的响应也是有一定限制,FX的是 50kHZ).FX系列PLC内置高速计数器按其编号分别分配给X0-X7,X0-X7不可重复使用.下面以分配给输入X0的高速计数器为例

19、写一个简单的程序.分配给X0的高速计数器有:C235,C241,C244,C246,C247,C249,C251,C252,C254(每个高速计数器计数方式各不相同,这里暂不叙述.看附表自己理解.)如果我们使用C235计数器,其他的计数器就不可以再使用了.LD M0 OUT C235 K10000LD C235OUT Y0LD M1RST C235END当M0处于断开状态时,C235不得电所以不能开始计数,当M0闭合时高速C235计数器一直是处于得电等待计数状态.前面说了,C235是分配给X0的高速计数器.那么它就是接收X0的输入脉冲信号,每当X0有一个上升沿到来时,C235就计数一次.当计数

20、到10000时,C235的常开触点闭合使Y0 得电.当M1闭合时C235复位,其常开触点断开.要注意的是：1、只有C235的当前值由9999变化到10000计数器输出点才动作。人为改变C235的值等于10000，其触点是不动作的。2、高速计数器计数不受扫描周期的影响，但他的触点的闭合状态还得程序扫描到LD C235时Y0才动作。如果想让高速计数器到达计数值立即进行输出处理，得用HSCS指令。高速计数与普通计数相比要注意的几点：一是高速计数输入是指定的；不是所有输入点都可以；二是输入频率比较低的还是不要用高速计数；三高速计数的数据一般都是32位的；四是对应的所有高速计数频率相加不能大于PLC所允

21、许的最大值；也就是32位停电保持增型、减型计数器，只对特定输入端子的信号计数。分单向单计数 单向双计数 双向双计数 三种PLC 高速计数器 编码器 开门机 设计改造一、引言自动开门机是车库和仓库常用的设备。其控制核心是单轴定位控制。我公司有一台美国马斯特自动开门机，其驱动定位系统是由单片机控制的。因电脑板子的电源部分和几块集成块都被烧掉，又找不到同型号或能代换的集成块，板子无法修复。此控制系统是早期产品，厂家也没有此系统的配件，只能采取改造这一途径。于是我想利用三菱PLC的高速计数器功能结合编码器和三菱PLC的CALL, HSCS应用指令对自动开门机进行程序设计和改造。二、改造的可行性分析马斯

22、特开门机的工作原理：该马斯特开门机是利用单片机首先通过加、减、调整三个按钮手动调整好门的上限位和下限位，同时由编码器把门在上限位和下限位时的门的驱动电机的脉冲数送入单片机储存记忆起来。在要开门和关门时按开门或关门的按钮，由带机械离合器的直流电机驱动带动卷闸门上升或下降，在上升到单片机记忆的上限位或下降到单片机记忆的下限位时电机停转，并由机械离合器抱闸制动。现在的大多数PLC都具有高速计数器功能，不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百KHz的脉冲信号，合理的选用编码器，让脉冲频率即能在PLC处理的范围内又可以满足升降的精度要求。利用PLC对驱动电机进行脉冲计数成为可能;而开门机对上升，

23、下将系统的精度和响应速度要求不是很高。可以通过PLC对开门机升降系统驱动电机的上升和下降脉冲数的计算，在升降过程中，让PLC对所接收的两个脉冲数与设定好的两个脉冲数值进行比较，根据比较结果确定是否到达门限，控制电机是否运转。从而保证了门的升降的可行性;所有PLC都具有可擦写的软元件，使软元件中的内容可根据要求随时动态更新。在需要更改上限位和下限位时可把手动调整的上限位和下限位的驱动电机分别的脉冲数存储到PLC的辅助继电器中记忆起来，使用PLC做开门机的电子定位也成为可能。在控制系统中，可以利用原来的24V直流电源(电源部分的电容，二极管有配件，24V电源可修复)作为需要24V的控制系统和直流电

24、机的供给电源。从而简化了直流电源部分。还有可以利用开门机的四个按钮，不需另外增加输入按钮。三、 主要控制部件的选取(一) PLC的选取首先确定PLC的输入输出点数及分配情况。开门、关门要分别各用一个输入点，调试要用一输入点，防上限位冲程，防下限位冲程要分别各用一个输入点，停止要用一个输入点，高速计数器要占用两个输入点，合计要用8个输入点。驱动电机正转要用一个输出点，驱动电机反转要用一个输出点，合计要用2个输出点。共计输入8点输出2点。因没有用到PWM脉冲输出，只用继电器控制卷闸门电机的正反转，所以选用继电器输出型，再加上220V电源方便提取，因此要选用交流输入型PLC。在这里我选用三菱的可编程

25、序控制器，由于输入要有8点，输出要2点，所以我选用FX1S-14MR-001，FX1S - 14MR-001的输入点有8点，6点继电器输出(交流220V供电)，它带有高速计数器指令，高速计数器等功能，另外此系列PLC的高速计数器具有处理频率高达60千赫的脉冲的能力，再加上FX1S -14MR -001的性价比高，因此选用FX1S-14MR-001完全可以满足开门机的要求。开门机需要的输入输出点分配如下：X0：脉冲输入 X1：脉冲输入 X2：下降X3：上升 X4：停止 X5：调试X6：防下限位超程 X7：防上限位超程 Y1：下降Y2：上升(二)编码器的选取编码器的选取要符合两个方面，一是PLC接

26、收的最高脉冲频率，二是进给的精度。我选用旋转编码器，旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号(高速脉冲信号)。因些可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。不同型号的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲，有的只有A、B相两相，最简单的只有A相。输出两相脉冲的旋转编码器有4条引线，其中2条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电源线。编码器的电源可以是外接电源，也可直接使用PLC的DC24V电源。电源" - "端要与编码器的COM端连接，"

27、; + "与编码器的电源端连接。编码器的COM端与PLC输入COM端连接，A、B两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接，连接时要注意PLC输入的响应时间。有的旋转编码器还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地。我选用的是宜科 EB28 A4 H6微型增量型编码器。编码器EB是宜科的EB系列，A是代表法兰式，4代表轴径4mm,H6代表10V30V供电,分辨率是500P/R(每转每相输出500个脉冲)的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证所需的参数：电机最高转速是1500转/分(25转/秒)、门高是3m。 本系统脉冲最高频率=25转/秒×500个/转×2(

28、A/B两相)=25KHz 。由于此工程中对编码器的A/B两相脉冲进行了分别计数，使用了两个高速计数器，且在程序中应用了高速比较置位指令，则此PLC可处理的最高脉冲频率为60/2=30(千赫)，30千赫大于25千赫，因此满足要求。四、PLC程序的编写此工程中程序的难点主要在于数据的记忆与比较处理上。在开门机工作过程中，要用一个上升按钮或下降按钮分别设定上限位和下限位，还要用同一个上升按钮或下降按钮来控制门的上升和下将。为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器C235和C236。C236通过增、减计数方式计算上升、下降进行的脉冲数，再把上升、下降的脉冲数分别储存到PLC的数据寄存器D210,D2

29、00中。C235用于计数正常工作中的上升、下降脉冲数。当门下降时，C235减计数的脉冲数等于D200中的数据时，M50常闭触点断开，下降到位自动停止。当上升时，C235增计数的脉冲数等于D210中的数据时，M60常闭触点断开，上升到位自动停止。设定上、下门限的控制程序段见下图：开、关门动作的控制程序段见下图：另外，还要用到子程序调用指令：CALL，SRET。在进行门的上下限设定时就调用设定上下门限的控制程序段，设定完成后返回主程序执行。PLC与编码器的接线图如下：五、操作说明在设定下限门限位时，要先按住X5,再按X2点动门到合适的下限位置时，先松掉X2，在没设定下限门限位时不能松掉调试按钮X5

30、;在设定下限门限位时，也要先按住调试按钮X5，再按X3点动门到合适的上限位置，再松掉X3，最后才能松掉X5.在设定门限的动作中千万不要松开X5。否则不能完成设定门限记忆。在工作中按停止，驱动电机中间停止，或紧急停止。在门停止时，由开门机原本有的机械离合器自动制动停机，并锁住电机轴，确保卷闸门不会因自身重量掉下来。还有，利用了它以前配有的手动链条离合器，在控制系统坏了，或没电时，可以用手拉动链条，使离合器分离，并带动电机主轴旋转，从而带动门的主轴旋转，完成开门或关门动作。在开门或关门过程中，都有程序定位保护，当门开或关到程序记忆的数值时使电机停止，完成开门或关门动作，但万一系统故障没有停机时，还

31、有加装在门上档和门的下档的两个限位超程开关可完成停机动作，确保门不会冲出外面或门顶牢地面而使电机过载。还有在电机主电路有短路和过载保险进行保护。六、结束语通过上述的设计改造过程，我只花了一千来块就能替代5千多元的开门机系统，并能完全恢复了我厂开门机的功能。解决了要急于使用卷闸门而开门机故障不能使卷闸门打开的紧急问题。由这个应用实例可以看出利用编码器结合PLC的高速计数器、传送指令，合理的进行应用，可以作为具有记忆功能的电子限位使用，在一定场合可以取代高成本的定位控制系统，实现控制系统最优的性价比。一、光电编码器与高速计数器1、光电编码器的工作原理光电编码器是一种新型的转速及定位控制用传感器，其

32、工作故事可以用光电码盘说明。光电码盘是沿圆周开有均匀的孔或齿的圆盘，一组发光元件及光敏元件分置在盘的两边，当圆盘转动时，光时而通过孔或齿隙照到光敏元件上，时而被圆盘阻挡，这样光敏元件上就产生了脉冲串波形的电信号。将该信号放大、整形，就能用来测量转速及位移。光电编码器在旋转一周时可以产生数千以至上万的脉冲以满足高精度的转速及定位要求(在选择编码器追求高精度时，也要考虑控制器的接收频率！)。在电梯的应用中，对于编码器的分辨率要求并不高，轿厢运动1mm能产生数个脉冲就可以了。我们希望的是编码器在产生脉冲的同时能解决转向判断的问题，那么如今的编码器一般都是设有两套(或是三套-零位测量用)光电装置的，两

33、套光电装置产生的脉冲的相位有一定的差别，就也就产生了方向信号，如A装置产生脉冲相位超前于B相时为正转。反之，为反转。为了方便论述，我们选择轿厢运行1mm，编码器产生1个脉冲。2、PLC的高速计数器及高速计数指令(以三菱FX系列论述)高速计数器是PLC的编程软元件。相对普通计数器，高速计数器用于频率高于机内扫描频率的机外脉冲计数(建议认真了解一下PLC扫描周期的概念)。由于计数信号频率高，计数以中断方式，计数器的启动、复位、或计数方向的变化也多使用机外信号。PLC的高速计数器分为三种：1、单相单计数输入高速计数器，2、单相双计数输入高速计数器，3、双相双计数输入高速计数器。如单相单计数输入高速计

34、数器C235是采集X0的输入信号。(PLC有其自己的规定，具体参照使用手册。)高速计数器有两种工作方式。第一种利用自身触点的动作为信号，高速计数器和普通32们增减计数器一样，在增计数到达设定值时，触点动作并保持，在做减计数达到设定值时(如触点已置位)触点复位。这种方式的缺点是控制受扫描周期的影响。高速计数器的第二种工作方式为中断方式，这需使用高速计数器的专用指令。FX2N有三条是关于高速计数器的指令：1、高速计数器置位指令(HSCS)，2、高速计数器的复位指令(HSCR)，3、高速计数器区间比较指令(HSZ),此三条指令均为32位指令，均为中断方式执行。结合五层电梯的控制，选择FX2N-64M

35、RPLC为控制器，选取双相双计数输入高速计数器C254作为轿厢的定位计数器。其A相脉冲输入端为X000，B相脉冲输入端为X0001，处复位端为X0002，外启动端为X0006。二、基于高速计数器的轿厢位置确定电梯运行时，高速计数器在光电编码器的驱动下完成计数工作，当轿厢上升时加计数，当轿厢下降时减计数，高速成计数器的当前值即是轿厢在井道中的准确位置，如楼层高度为5M，正常运行时计数范围为0-20000的数值，可设高速计数器设定值为30000或其他大于20000的数值，由于本程序并不打算利用当前值等于预置值事件，便可以设个永远不可能达到的数值。轿厢位置的确定有多重用处。其一是实现门厅及轿厢内楼层

36、数字指示，二是用于运行定向，三是用于确定平层制动的时刻。在每层楼上下各安排200mm轿厢当前位置批示切换区间，当轿厢到达该区间时，将轿厢当前位置数据送到层楼当前值存储单元中保存，用来作为门厅及轿厢处楼层显示数据。为了电梯运行之初的调试及维修时修正机械原因及建筑原因带来的楼层计数器定位误差，可在程序中安排定位自学习程序。通过检修运行获得各层的准确数据切纸机械是印刷和包装行业最常用的设备之一。切纸机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。其控制的核心是一个单轴定位控制。我公司引进欧洲一家公司的两台切纸设备，其推进定位系统的实现是利用单片机控制，当接收编码器的脉冲信号达到设定值后

37、，单片机系统输出信号，断开进给电机的接触器，同时电磁离合制动器的离合分离，刹车制动推进系统的惯性，从而实现精确定位。由于设备的单片机控制系统老化，造成定位不准，切纸动作紊乱，不能正常生产。但此控制系统是早期产品，没有合适配件可替换，只能采取改造这一途径。目前国内进行切纸设备进给定位系统改造主要有两种方式，一是利用单片机结合变频器实现，一是利用单片机结合伺服系统实现，不过此两种改造方案成本都在两万元以上。并且单片机系统是由专业开发公司设计，技术保守，一旦出现故障只能交还原公司维修或更换，维修周期长且成本高，不利于改造后设备的维护和使用。我们结合自己设备的特点提出了新的改造方案，就是用plc的高速

38、计数器功能结合变频器的多段速功能实现定位控制，并利用hmi（人机界面humanmachineinterface）进行裁切参数设定和完成手动操控。 2 改造的可行性分析 现在的大多plc都具有高速计数器功能，不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百khz的脉冲信号。切纸机对进给系统的精度和响应速度要求不是很高，可以通过对切纸机进给系统相关参数的计算，合理的选用编码器，让脉冲频率即能在plc处理的范围内又可以满足进给的精度要求。在进给过程中，plc对所接收的脉冲数与设定数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而减小系统惯性，达到

39、精确定位的目的。另外当今变频器技术取得了长足的发展，使电机在低速时的转矩大幅度提升，从而也保证了进给定位时低速推进的可行性。 3 主要控制部件的选取 3.1 PLC的选取 设备需要的输入输出信号如下： x0脉冲输入 x1脉冲输入 x2前限位 x3后限位 y3 前进! x4前减速位 y4 后退 x5电机运转信号 y5 高速 x6刀上位 y6 中速 x7滑刀保护 y7 低速 x10压纸器上位 y10 x11光电保护 y11 x12小车后位 y12 进给离合x13双手下刀按钮 y13 压板下 x14停止按钮 y14 刀离合 x15连杆保护 y15 电机禁启动 x16刀回复到位 表1plc输入输出分配

40、表针对这些必需的输入点数，选用了fx1s30mr的plc，因为选用了人机界面，其它一些手动动作，如前进、后退、换刀等都通过人机界面实现，不需占用plc输入点，从而为选用低价位的fx1s系列plc成为可能，因为fx1s系列plc输入点最多只有16点。另外此系列plc的高速计数器具有处理频率高达60千赫的脉冲的能力，足可以满足切纸机对精度的要求。 3.2编码器的选取 编码器的选取要符合两个方面，一是plc接收的最高脉冲频率，二是进给的精度。我们选用的是编码器分辨率是500p/r（每转每相输出500个脉冲）的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证所需的参数：电机最高转速是1500转/分

41、（25转/秒）、进给丝杆的导程是10mm/转。验证如下： 本系统脉冲最高频率25转/秒×500个/转×2（a/b两相）25khz 理论进给分辨率10mm/500=0.02mm 同时由上面的数据知道进给系统每走1mm编码器发出50（此数据很重要，在plc程序的数据处理中要用到）个脉冲信号。由于此工程中对编码器的a/b相脉冲进行了分别计数，使用了两个高速计数器，且在程序中应用了高速定位指令，则此plc可处理的最高脉冲频率为30千赫，因此满足了第一个条件;我们的切纸机的载切精度要求是0.2mm，可知理论精度完全满足此要求。 3.3变频器和hmi的选取 这两个部件我们都选用了三菱公

42、司的产品，分别是fr-e540-0.75k-ch和f920got-bbd-k-c。f920got是带按键型的hmi，它的使用和编程非常简单方便。它具有以下特点：（1）可以方便的实现和plc的数据交换；（2）通过本身自带的6个功能按键开关，可以控制plc内部的软继电器，从而可以减少plc输入点的使用；（3）具有两个通讯口，一个rs232c（用于和个人电脑通讯）和一个rs422（用于和plc通讯），利用电脑和f920got相连后不仅可以对hmi进行程序的读取和上传，还可以直接对plc的程序进行上传下载、调整和监控。 4 plc和hmi程序的设计 此工程中程序的难点主要在于数据的处理上。在切纸机工作

43、过程中除手动让进给定位机构前进后退外，还要实现等分裁切功能和指定具体位置定位功能，并且hmi上还要即时显示定位机构的当前位置。我们为了简化程序中的计算，采用了两个高速计数器c235和c236。c236通过计算前进后退的脉冲数，再进行换算后用于显示进给机构的当前位置；c235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c235，不论进给机构前进还是后退c235进行减计数，同时对c235中的数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而达到精确定位。因为任何系统都有惯性和时间上的迟滞，所以变频器

44、停止输出的时间并不是c235中的计数值减小到0时，而是让c235和一个数据寄存器d130比较，当c235中的值减小到d130中的设定值时plc控制变频器停止输出。d130的值可通过人机界面进行修改和设定，在调试时通过修改这个值，以达到定位准确的目的。 1）显示定位机构当前位置的程序 2）实现定位控制的程序段3）参数设定时的小数点位问题。实际工作中在设定位置时要精确到0.1mm。这个问题在一些单片机系统中常会遇到，常见的处理办法是加大一个数量级，就是设定数据时，在人机界面上用1代替0.1mm，10代替1mm。不过我们在处理此问题时通过hmi中对数据的设置和plc的程序编写达到了所见即所得的效果。

45、hmi中主要是对数值的格式要设定好。hmi中的设置画面如图1所示。例如等分裁切10.5mm的纸，就可以在hmi上设定为10.5，而不是像公司的类似其它设备上要设为105，但plc的寄存器d128的内容是105而不是10.5，这样在计算需要的脉冲数时就要用下面一条命令：muld128k5d10（此命令中尽管编程时d11不出现但实际上寄存器d11被占用，不能再应用于其它地方，否则会出现问题。） 而不是用：muld128k50d10。 4）编程中其它应注意的问题 双线圈问题。本工程中利用条件跳转和步进指令避免了双线圈问题。 误差信号问题。编码器是一种比较精密的光电产品，受振动时不可避免的会出现误差信

46、号，而切纸机在执行裁切动作时会造成很大振动，如果忽视这个现象，定位精度和执行机构当前位置的显示都会不准确。本工程中处理方法参见上面例子程序图1，只有y3、y4接通，即只有进给机构前进和后退时才让c236进行计数，这样就屏蔽了裁切时震动造成的误信号。 5 变频器的参数设置 此工程中需设定的变频器的主要参数见下。参数 号名 称设定值 0 转矩提升 8%（低速时电机转矩不足时可提高此数字） 43 速设定（高速） 30Hz 53 速设定（中速） 10Hz 63 速设定（低速） 2Hz 7 加速时间 0.5s8 减速时间 0.5s 24 多段速设定（4速）50Hz 79 操作模式 2（只执行外部操作）在

47、调试过程中为了达到定位速度和精度的完美结合，应对三段速设定值，加减速时间和HMI中D130、D200和D202的数值进行相应调整。 表2变频器主要参数设置一览表 6 结束语 通过改造过程，完全恢复了我们切纸机的功能，试用三个月以来运行非常稳定。由这个应用实例可以看出结合plc的高速计数器功能，合理的进行应用，在一定场合可以取代高成本的定位控制系统，实现控制系统最优的性价比，并且由于选用通用开放的plc变频器集成方案，为企业后期自主设备管理带来长远的效益。PLC内置高速计数器根据特定的输入执行中断处理高速动作，它与PLC的扫描无关。本文以三菱FX系列PLC为例说说高速计数器的使用方法。 不会使用

48、高速计数器的很大原因是对上面的图理解不细，编程手册上已经讲得很清楚，本文只是大致说说，给您抛砖引玉。 如C235下面的U/D对应的是X0，也就表示C235是对输入X0的脉冲信号进行计数，当X0有OFF->ON的变化时，C235在驱动的情况下自动计数。 同理：C241，C244，C246，C247，C249，C251，C252，C254都是针对X0进行计数的。 明白了C235的计数目标，从上图就不难看出C236，C237的计数目标 知道了高速计数器的计数目标，还需要知道高速计数器的计数方向。从上图可看出M8235是控制高速计数器C235的计数方向的，M8235=OFF时是增计数，M8235

49、=ON时是减计数。 同理：M8236-M8245分别是控制高速计数器C236-C245的计数方向。 M8235-M8245初始是断开状态，所以C235等高速计数器默认是增计数。 上图中 1、当M0闭合时，C235得电计数X0动作了217次，其设定值为100，所以C235的常开点闭合.从上图可以看出：C235的计数值超过其设定值后照样计数下去。 2、在C235计数过程中M0断开，C235失电停止计数，但其计数值与触点状态不变。 注：C235的驱动点断开并不能起到复位的作用！ 3、当M2闭合时，C235的计数值清零，其触点状态也断开。 上图中的高速计数器的编程并不合理，因为C235触点的状态改变受

50、到程序扫描周期的影响。 三菱FX系列PLC的高速计数器(HSC)功能简介 1高速计数器概述 21点高速计数器C235C255共用PLC的8个高速计数器输入端X0X7，某一输入端同时只能供一个高速计数器使用。这21个计数器均为32位加/减计数器(见表37)。不同类型的高速计数器可以同时使用，但是它们的高速计数器输入不能冲突。高速计数器的运行建立在中断的基础上，这意味着事件的触发与扫描时间无关。在对外部高速脉冲计数时，梯形图中高速计数器的线圈应一直通电，以表示与它有关的输入点已被使用，其他高速计数器的处理不能与它冲突。可用运行时一直为ON的M8000的常开触点来驱动高速计数器的线圈。例如在图1中，

51、当X14为ON时，选择了高速计数器C235，从表37可知，C235的计数输入端是X0，但是它并不在程序中出现，计数信号不是X14提供的。表1给出了各高速计数器对应的输入端子的元件号，表中的U、D分别为加、减计数输入，A、B分别为A、B相输入，R为复位输入，S为置位输入。2一相高速计数器C235C240为一相无起动/复位输入端的高速计数器，C24lC245为一相带起动/复位端的高速计数器，可用M8235M8245来设置C235C2415的计数方向，M为ON时为减计数，为OFF时为加计数。C235C240只能用RST指令来复位。图1中的C244是1相带起动/复位端的高速计数器，由表1可知，Xl和X

52、6分别为复位输入端和起动输入端，它们的复位和起动与扫描工作方式无关，其作用是立即的和直接的。如果X12为ON，一旦X6变为ON，立即开始计数，计数输入端为X0。X6变为OFF，立即停止计数，C244的设定值由D0和D1指定。除了用Xl来立即复位外，也可以在梯形图中用复位指令复位。3. 两相双向计数器两相双向计数器(C246C250)有一个加计数输入端和一个减计数输入端，例如C246的加、减计数输入端分别是X0和Xl，在计数器的线圈通电时，在X0的上升沿，计数器的当前值加1，在X1的上升沿，计数器的当前值减l。某些计数器还有复位和起动输入端。4A-B相型双计数输入高速计数器 C25lC255为A

53、B相型双计数输入高速计数器，它们有两个计数输入端，某些计数器还有复位和起动输入端。图2中的X12为ON时，C25l通过中断，对X0输入的A相信号和X1输入的B相信号的动作计数。X11为ON时C251被复位，当计数值大于等于设定值时，Y2的线圈通电，若计数值小于设定值，Y2的线圈断电。A/B相输入不仅提供计数信号，根据它们的相对相位关系，还提供了计数的方向。利用旋转轴上安装的A/B相型编码器，在机械正转时自动进行加计数，反转时自动进行减计数。A相输入为ON时，若B相输入由OFF变为ON，为加计数(见图2b)；A相为ON时，若B相由ON变为OFF，为减计数（见图2c）。通过M8251可监视C251

54、的加/减计数状态，加计数时M8251为OFF，减计数时M8251为ON。5高速计数器的计数速度 一般的计数频率：单相和双向计数器最高l0kHz，A/B相计数器最高为5kHz。最高的总计数频率：FXlS和FXlN为60kHz，FX2N和FX2NC为20kHZ，计算总计数频率时A/B相计数器的频率应加倍。FX2N和FX2NC的X0和X1因为具有特殊的硬件，供单相或双相计数时(C235，C236或C246)最高为60kHz，用C25l两相计数时最高为30kHz。应用指令SPD(速度检测，FUC56)具有高速计数器和输入中断的特性，X0X5可能被SPD指令使用，SPD指令使用的输入点不能与高速计数器和

55、中断使用的输入点冲突。在计算高速计数器总的计数频率时，应将SPD指令视为l相高速计数器PLC 中高速计数器的运用特点摘要:可编程控制器中的计数器是基本编程元件之一,本文以FX2 系列可编程控制器为例,介绍了不同类型计数器的运用特点及高速计数器的两个应用实计数器是PLC 中的基本编程元件,它数量多、类型杂。例如FX2 系列PLC 中,可用于编程的计数器元件达256 个,类型有16 位、32 位计数器,有通用型和高速型,高速型还可分四种。计数器使用灵活,编程方便,它既可作为计数器用,又可与时间继电器组合成具有延时的功能。它既可作为基本指令的操作数,也可用于功能指令的操作数。但是,在实际中发现,普通

56、计数器和高速计数器在某些条件下不能互用,并且在编程过程中编写两者的程序也有差异。下面, 笔者介绍FX2 系列PLC 中计数器的运用特点。1 普通型计数器的运用特点FX2 系列PLC 中有普通型计数器256 个,其中C0C99 为16 位递加型,C200C234 为32 位双向型。图1 、图2 所示为递加型和双向型计数器的梯形图。图1 中,计数器C0 对X11 的通断次数进行累积,当累积值与设定值K值相等时,C0 接点闭合,Y0 有输出。当X10 由OFF ON ,C0 复位。在图1 中设定值K 只能取正数,不能取负数,若取负数,则为无效值,C0 不工作。图1 递加型计数器梯形图图2 双向型计数

57、器梯形图图2 中是双向(递加/ 递减) 型计数器梯形图。图中M8200 状态决定C200 计数方向,若M8200 “1”,C200 递减计数。若M8200 “0”,C200 递加计数。设定值K 可双向取值,既可正值,也可取负值,正、负均为有效值。例如,当设定值K为- 10 时,若X12 闭合,C200 则以递减方式计数;当C200 当前值由- 9 变- 10 时,C200 接点闭合,Y1 有输出;当X12 断开,C200 则以递加方式计数;当C200 计数当前值由- 11 变为- 10 ,C200 接点闭合。由图1 、图2 可看出,两种不同类型的计数器,除了计数容量不同外,两计数器在计数方向也

58、有不同,设定值的取值也不同。在图2 中,若不设置计数方向控制,计数器将以递加方式计数。所以说,双向型计数器初始计数方向是递加计数。 27 计算机·PLC 应用PLC 中高速计数器的运用特点机床电器200415从上两图的分析中可以发现,虽然两类计数器在计数方向,设定值的取值方向各有其特点。但它们都是对输入元件的通、断次数进行计数。所以,这类计数器又称内部信号计数器。2 高速计数器运用特点FX2 系列高速计数器有21 个(C235C255) ,根据工作原理上的差异,FX2 系列中的高速计数器又可分为四类:a . 1 相无启动/ 复位端子高速计数器;b. 1 相带启动/ 复位端子高速计数器;c . 2 相两输入高速计数器;d. 2 相两输入(A、B 相) 高速计数器。图3 、图4 、图5 、图6 分别