LabVIEW与PLC结合在伺服系统中的应用

李海军

（中北大学 机电工程学院，山西 太原 030051）

0 引言

近年来，随着伺服系统的发展，越来越多的控制设备的控制源由普通电机变为伺服电机。伺服电机与普通步进电机相比，具有以下优点：

（1）由于伺服电机与伺服驱动器之间有编码器连接，克服了步进电机的失步问题，因此，伺服电机控制精度高。

（2）伺服电机有多种控制方式，应用范围较广。（3）伺服电机运转平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。

本文主要介绍了LabVIEW与国产PLC的通信及应用该方法构建的交流伺服控制系统。

1 系统组成

LabVIEW本身是一个功能比较完整的软件开发环境，它是替代常规的BASIC和C语言而设计的，LabVIEW本身具备编程语言的特征，因此也称为G语言。G语言与传统高级编程语言最大的差别在于编程方式，一般高级语言采用文本编程，而G语言采用图形化编程方式［1－2］。

可编程控制器（简称PLC）是一种新型的具有极高可靠性的通用工业自动化控制装置，具有控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点，是当今及今后工业控制的主要手段和重要的自动化控制设备。可以这样说，到目前为止，无论从可靠性上还是从应用领域的广度和深度上还没有任何一种控制设备能够与PLC相媲美。而LabVIEW与PLC之间的结合，其开发环境具有开发周期短、开发速度快等优点［3－4］。

1.1 LabVIEW与台达PLC之间的通信

通过查阅相关资料可知，LabVIEW与众多知名品牌PLC的通信已有很多工程人员进行了应用研究，然而对于LabVIEW与国产品牌的PLC的通信我们了解的还是比较少。

本控制系统选用的台达PLC型号为DVP32EH00M3，通过查相关手册可知，该型号的PLC支持MODBUS ASCII通信协议，而该款PLC只有RS232和RS485两种类型的串口［5］，因此采用LabVIEW上位机软件基于MODBUS ASCII通信协议的串口进行通信。LabVIEW串口通信的一般流程为：VISA配置串口－VISA写入－VISA串口字节数－VISA读取－VISA关闭。

1.1.1 VISA串口配置

图1为VISA串口配置图，从图中可以看到，VISA串口配置的输入有很多参数，而我们所使用的台达PLC需要配置的参数如表1所示。

图1 VISA串口配置图

表1 台达PLC VISA配置参数

1.1.2 VISA串口的写入

VISA串口的写入需要按照一定的格式，通过查找相关的技术手册，获得VISA串口写入格式，如表2所示。

通过上述的写入格式可知：命令码不同，通过操作LabVIEW后实现的功能也不同。通过找相关的技术手册，获得命令码表，如表3所示。

表2 VISA串口写入格式

表3 命令码表

1.1.3 VISA串口字节数和VISA读取

在LabVIEW中，VISA串口字节数与VISA读取是一起使用的，其程序如图2所示。

图2 VISA串口字节数与VISA读取的连接

将VISA串口字节数放在VISA读取的前面其含义为：串口中有多少数据，就会读出多少数据。

1.2 LabVIEW与PLC通信程序

通过上述方法，最终编写了两个LabVIEW与PLC通信流程图，分别见图3、图4。

图3 LabVIEW与PLC通信实例1

图4 LabVIEW与PLC通信实例2

从图3、图4中可以看到，这两个通信程序的相同之处在于通信的流程相同，区别为端口的配置和端口的关闭是否在循环体的内部。如果端口的配置和端口的关闭在循环体的内部，那么LabVIEW在从PLC中读取数据的过程中，LabVIEW软件频繁地进行串口的配置与关闭，很显然图3是不合理的，因此采用图4的方法。

2 控制系统

用交流伺服电机控制负载已经在许多地方得到了应用，然而仅仅通过PLC控制伺服电机，如果伺服电机的台数较多，或者在控制过程中I/O量较多，不仅会增加硬件的接线，同时也会降低整个系统的可靠性。为了能够很好地去控制PLC，采用装有LabVIEW软件的工控机做上位机，用LabVIEW软件设计一个人机交互界面，设计了一个交流伺服电机控制系统，不仅实现了对PLC的控制，同时也实现了对交流伺服电机的监控，以更好地去控制交流伺服电机工作。整个控制系统的操作组成框图如图5所示。

图5 控制系统组成框图

本操作系统通过PLC实现交流伺服电机的启动、停止、正转、反转，同时可以控制伺服电机的加减速时间。PLC控制程序如图6所示。

图6 PLC控制程序

应用LabVIEW与PLC之间的通信，最终编写的LabVIEW程序见图7。LabVIEW人机交互界面见图8。

图7 LabVIEW总控制图

由图8可以看出，操作界面简单明了，而且节省了硬件触点的使用。同时在工作过程中，可以很轻松容易地改变电机的转速、行程及加减速时间。如果采用硬件很难做到这一点。

图8 LabVIEW人机交互界面

3 结论

本测试系统采用LabVIEW与PLC相结合的控制方式，更好地实现了人机交互，同时，采用LabVIEW与PLC的开发环境，大大缩短了系统的开发时间，为工程人员提供了一个更好的开发思路。

［1］龙华伟，顾永刚.LabVIEW 8.2.1与DAQ数据采集［M］.北京：清华大学出版社，2008.

［2］陈树学，刘萱.LabVIEW宝典［M］.北京：电子工业出版社，2011.

［3］胡学林.可编程控制器教程［M］.北京：电子工业出版社，2003.

［4］殷洪义.可编程序控制器选择、设计与维护［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［5］台达电子工业股份有限公司.台达DVP-PLC编程技巧［M］.北京：中国电力出版社，2010.