1 引言
在很多往返式傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，涉及到多點(diǎn)定位。在不同的定位點(diǎn)啟動(dòng)不同的機(jī)械動(dòng)作。如圖1所示的龍門刨床的機(jī)械傳動(dòng)示意圖。
如圖1所示，傳動(dòng)系統(tǒng)從原點(diǎn)啟動(dòng)，中速行駛到1000mm，開始高速行駛，高速行駛到3000mm，開始低速爬行，低速爬行到終點(diǎn)（3200mm）停車。停頓2s。反向高速行駛，高速行駛到距原點(diǎn)200mm處開始低速爬行。到達(dá)原點(diǎn)停車，停頓2s后重新開始往返。在原點(diǎn)和終點(diǎn)的低速爬行的目的是為了避免系統(tǒng)慣性帶來(lái)的定點(diǎn)誤差，做到原點(diǎn)和終點(diǎn)的精確定位停車。
圖1 龍門刨床的傳動(dòng)示意圖
2 系統(tǒng)組成
速度的調(diào)節(jié)采用變頻器，定位控制采用光電編碼器和PLC高速計(jì)數(shù)器精確定位。如圖（2）所示變頻器和PLC接線圖。
圖2（a）PLC接線圖
圖2（b） 變頻器接線圖
變頻器的正反轉(zhuǎn)由繼電器KA1、KA2兩個(gè)觸點(diǎn)控制（對(duì)應(yīng)PLC輸出點(diǎn)Q0.0、Q0.1），速度的切換由繼電器KA3、KA4觸點(diǎn)完成（對(duì)應(yīng) PLC輸出點(diǎn)Q0 .2、Q0.3）。變頻器故障報(bào)警輸出觸點(diǎn)（30A、30C觸點(diǎn)）用于立即停止高速計(jì)數(shù)器運(yùn)行，并由指示燈HR指示（對(duì)應(yīng)PLC輸出點(diǎn) Q0.6）。
變頻器具有多段速度設(shè)定功能，當(dāng)KA3、KA4兩個(gè)觸點(diǎn)都斷開時(shí)，高速行駛（第一速度）;KA3閉合，KA4斷開時(shí)，中速行駛（第二速度）;KA3斷開，KA4閉合時(shí)，低速行駛（第三速度）;KA3、KA4都閉合時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)行駛（第四速度）。
旋鈕SF1（I0.1）用于手動(dòng)/自動(dòng)切換，并用指示燈HG1（Q0.4）表示自動(dòng)狀態(tài)。手動(dòng)時(shí)，能夠通過(guò)按鈕SA1（電機(jī)正轉(zhuǎn)）和SA2（電機(jī)反轉(zhuǎn)）手動(dòng)調(diào)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的位置。
按鈕SA（I0.2）用于傳動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)狀態(tài)下的啟動(dòng)/停止控制。采用"一鍵開關(guān)機(jī)"方式實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)/停止控制，用指示燈HG2（Q0.5）表示啟動(dòng)狀態(tài)。
行程開關(guān)SQ（I0.5）用于自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，確定傳動(dòng)系統(tǒng)在原點(diǎn)位置，自動(dòng)停止時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)必須返回原點(diǎn)。行程開關(guān)SQ1（I0.6）、SQ2（I0.7）用于傳動(dòng)系統(tǒng)的兩端限位，確保傳動(dòng)系統(tǒng)不能脫離設(shè)備。
3 PLC程序流程圖
自動(dòng)運(yùn)行程序:SBR_1，如圖3所示。
圖3 自動(dòng)運(yùn)行程序
中斷處理程序:INT_0，如圖4所示。
4 關(guān)鍵技術(shù)
（1） 高速計(jì)數(shù)器中斷和預(yù)置值的多次更改實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)定位實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)定位控制的關(guān)鍵包括兩點(diǎn)，第一點(diǎn)是設(shè)置高速計(jì)數(shù)器中斷事件12（計(jì)數(shù)器當(dāng)前值=計(jì)數(shù)器預(yù)置值），另一點(diǎn)就是在中斷處理程序中更改高速計(jì)數(shù)器預(yù)置值。
定位控制需要確定定位點(diǎn)與原點(diǎn)的距離，以此確定定位點(diǎn)。
測(cè)量設(shè)備運(yùn)行距離，需要將單位距離（mm）轉(zhuǎn)換成脈沖量，通過(guò)光電編碼器和PLC高速計(jì)數(shù)器記錄脈沖量的變化。
光電編碼器的機(jī)械軸和電動(dòng)機(jī)同軸。傳動(dòng)比=10，用于驅(qū)動(dòng)設(shè)備的傳動(dòng)棍直徑=100mm，光電編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)=600個(gè)。可以計(jì)算出每毫米距離的脈沖數(shù)為:
每毫米距離的脈沖數(shù)
=600÷（10×100×3.14）≈0.19108脈沖/mm
定點(diǎn)位和預(yù)置值比較，必須采用高速計(jì)數(shù)器中斷方式，而不能采用一般的比較指令。因?yàn)橐话愕谋容^指令無(wú)法捕捉高速變化的事件。
所以，必須通過(guò)ATCH和ENI指令將高速計(jì)數(shù)器中斷事件號(hào)12（計(jì)數(shù)器當(dāng)前值=計(jì)數(shù)器預(yù)置值）與中斷處理程序INT_0連接。在中斷處理程序INT_0中，到達(dá)預(yù)置值時(shí)，重新裝載下一次的預(yù)置值，并執(zhí)行工藝要求的繼電器輸出，處理變頻器的運(yùn)行速度。
在自動(dòng)子程序SBR_1中，將高速計(jì)數(shù)器HC0設(shè)置為單相計(jì)數(shù)輸入，取消外部控制功能。在原點(diǎn)和終點(diǎn)通過(guò)更改計(jì)數(shù)方向，便于中斷處理程序INT_0判斷變頻器的運(yùn)行方向。
?。?） 在中斷處理程序INT_0中不能使用等于比較指令
由于在一個(gè)中斷處理程序INT_0中判斷處理多個(gè)預(yù)置值。需要比較指令和計(jì)數(shù)方向來(lái)判斷目前高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)當(dāng)前值在哪個(gè)階段，根據(jù)判斷來(lái)決定執(zhí)行那一段指令。但是，判斷不能使用等于比較指令，應(yīng)該使用大于或小于指令判斷。
盡管中斷事件（計(jì)數(shù)器當(dāng)前值=計(jì)數(shù)器預(yù)置值）發(fā)生時(shí)，PLC立即中斷當(dāng)前主程序、子程序，執(zhí)行中斷處理程序INT_0中的指令。但是，在中斷處理程序 INT_0中，PLC仍然是按照逐條逐行的掃描機(jī)制執(zhí)行。而高速變化的計(jì)數(shù)值不可能和中斷處理程序執(zhí)行同步，如果采用等于比較指令，PLC在執(zhí)行中斷處理程序時(shí)，可能會(huì)錯(cuò)過(guò)等于值，使PLC在中斷處理程序中無(wú)法判斷設(shè)備運(yùn)行到哪個(gè)階段。
?。?） 在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，高速計(jì)數(shù)器的初始值寄存器寫入必須禁止由于多點(diǎn)定位需要多次裝載預(yù)置值，寫入預(yù)置值必須執(zhí)行HSC指令。
執(zhí)行HSC寫入指令，不單單是寫入預(yù)置值，如果在控制字節(jié)中不加以限制，初始值寄存器SMD38中的值同樣寫入。而SMD38=0，這樣，就會(huì)使高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)當(dāng)前值置0。因此，在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，必須設(shè)置控制字節(jié)SMB37的第七位SM37.6為0，在裝載預(yù)置值時(shí)，禁止寫入初始值。
但是，在高速計(jì)數(shù)器初始設(shè)置和返回原點(diǎn)重新開始運(yùn)行時(shí)，又必須寫入初始值，使初始值置0，避免機(jī)械原因帶來(lái)的誤差。因此，控制字節(jié)必須多次修改。遵循的原則是:允許寫入初始值、執(zhí)行HSC指令后，必須馬上修改控制字節(jié)，禁止初始值寫入，并再次執(zhí)行HSC指令，中間不能有其它指令存在。因?yàn)椋琍LC是逐條逐行執(zhí)行指令，中間沒(méi)有其它指令，就不會(huì)產(chǎn)生不必要的影響。
（4） 多點(diǎn)定位的輸出線圈盡量采用立即指令
采用高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行多點(diǎn)定位，主要為了精確定位。定位精度既決定于高速計(jì)數(shù)器的測(cè)量，同時(shí)也決定于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行快速性 。
如果采用普通輸出指令，在一個(gè)掃描周期的程序執(zhí)行階段，改變的僅僅是輸出映像存儲(chǔ)器，PLC的輸出點(diǎn)不會(huì)立即刷新，只有在程序執(zhí)行完畢后，PLC的輸出映像存儲(chǔ)器才能對(duì)輸出點(diǎn)刷新，執(zhí)行輸出。
為了增加定位精度，盡量采用立即輸出指令。立即輸出指令不受PLC掃描周期階段的限制，在改變輸出映像存儲(chǔ)器的同時(shí)，立即刷新PLC輸出點(diǎn)。
（5） 自動(dòng)/手動(dòng)程序采用For-Next循環(huán)指令和子程序指令實(shí)現(xiàn)
因?yàn)榫哂凶詣?dòng)/手動(dòng)功能。自動(dòng)/手動(dòng)程序采用For-Next指令和子程序指令。自動(dòng)程序和手動(dòng)程序?qū)嶋H上就是兩個(gè)循環(huán)指令的循環(huán)體。而循環(huán)指令僅執(zhí)行一次循環(huán)掃描刷新。
手動(dòng)子程序SBR_0和自動(dòng)子程序SBR_1用于整個(gè)程序的分段，便于程序的理解，增加程序的可讀性。
For-Next循環(huán)指令的作用是使輸出線圈能夠重復(fù)使用，簡(jiǎn)化程序。因?yàn)?，兩個(gè)循環(huán)指令的執(zhí)行由旋鈕SF（I0.1）控制，不可能同時(shí)執(zhí)行，循環(huán)體內(nèi)的程序不能同時(shí)掃描刷新。這樣，就可以使輸出線圈重復(fù)使用，沒(méi)必要采用中間變量的轉(zhuǎn)換，大大簡(jiǎn)化了程序的編制。
單單采用子程序或跳轉(zhuǎn)指令也可以實(shí)現(xiàn)輸出線圈的重復(fù)使用，但是，在子程序的切換和跳轉(zhuǎn)指令的布置上非常繁瑣。
采用For-Next指令和子程序結(jié)合方法，就可以避免切換繁瑣，在各自的子程序中編制程序，完全不必要考慮對(duì)方的程序，作為一個(gè)獨(dú)立實(shí)體編制。這種方法唯一的缺點(diǎn)就是各自的初始化編程有重復(fù)，但不會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行。
5 結(jié)束語(yǔ)
機(jī)械裝置的高精度多點(diǎn)定位問(wèn)題廣泛存在于加工業(yè)及制造業(yè)的控制系統(tǒng)中，本文所介紹的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，安全可靠，十分實(shí)用。
