PLC高速计数器在传送带位置控制中的应用

王丽平　李春亚

【摘 要】自动化生产线中常常要求传送带上的工件在指定位置被推送到料槽内进行分流，因此工件的准确定位非常重要。本文设计一个传送带位置控制系统，利用PLC内置的高速计数器对编码器发出的脉冲进行计数，从而实现传送带上工件的准确位置控制。

【关键词】位置控制；高速计数器；编码器

0 引言

随着自动化水平的不断提高，越来越多的工业场合需要精确的位置控制[1]。本文是以亚龙YL-335B型自动化生产线为平台，该生产线由供料、加工、装配、分拣和输送 5个单元组成。其中，分拣单元是 YL-335B生产线中的最末单元，对输送单元送来的已加工、装配好的工件进行分拣。当输送单元送来工件放到传送带上并被入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，三相异步交流电动机拖动传送带输送工件，使不同颜色和材质的工件在不同的位置从不同的料槽分流。因此，准确的位置控制非常关键。

1 传送带位置控制系统硬件设计

1.1 硬件组成

在YL-335B型自动化生产线上，分拣站主要实现工件到指定料槽的分流。本文设计的传送带位置控制系统由PLC、三相交流异步电机、编码器、变频器及传送带机构组成。其工作原理是变频器启动后，控制电机以一定转速运行，驱动传送带工作，利用旋转编码器将传送带上工件的位移转化为脉冲数，用PLC内置的高速计数器对编码器发出的脉冲进行计数，对传送带上的工件进行准确位置控制，从而实现工件的分流。

PLC选用SIEMENS公司的S7-200-224 XP/DC/RLY型PLC，内置HSC0～HSC5共6个高速计数器；编码器选用增量式旋转编码器，分辨率为500线，工作电源为DC12～24V，与电动机同轴联接；驱动电机采用三相交流异步电动机，功率为0.37Kw，额定电压为380V，其作用是驱动传送带输送工件；变频器采用西门子MM420机型，电源电压为380V，额定功率为750W，用来控制三相交流异步电动机的转速。

1.2 增量式旋转编码器概述

增量式旋转编码器由码盘和光电检测装置组成[2]。码盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形狭缝。由于码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号。为了反映电机旋转的方向，通常利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差 90°。YL-335B 分拣单元的三相交流异步电动机上就使用了这种具有 A、B 两相 90°相位差的通用型旋转编码器。通过计算每秒旋转编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速；通过计算输出脉冲的个数就能得到电机的旋转角度，从而得到传送带上工件移动的位移。

1.3 三相交流异步电动机和变频器概述

三相交流异步电动机结构简单坚固，价格低廉，在电力拖动领域应用广泛。当交流异步电动机电源频率为f1，磁极数为p，转差率为s时，异步电动机的转速n=60f（1-s）/p。通常采用通用变频器对电动机电源频率进行改变，从而调节电机速度。本文所用的变频器为西门子MM420 机型。变频器有上千个设定参数，每个参数均有一定的选择范围，只有系统地、合适地、准确地设置参数才能充分利用变频器性能[3]。本文通过设定操作面板参数，并结合外部端子使电动机按恒定频率进行运转。

设置变频器参数之前，要对变频器进行复位。设置P0010=30，P0970=1，经过大约60s，即可完成变频器的参数复位。复位后，设置P0010=1，按照三相交流异步电动机的具体参数对变频器进行快速调试。由于PLC的输出端Q0.0与变频器的外部端子DIN1相连接，从而实现对变频器进行启动停止控制，故应设置命令源参数P0700=2，即命令源选择“由端子排输入”；设置P0701=16，即将DIN1功能设定为固定频率。为了使交流电动机按恒定频率运行，设置P1000为3，指定频率设定值信号源为固定频率；设置P1001=30，即将电机运行的固定频率值设定为30Hz。参数设置完成以后，当PLC的Q0.0端输出高电平信号时，变频器启动运行，电动机按照30Hz的固定频率旋转，驱动传送带工作。

1.4 硬件连接图

编码器的A、B 两相输出端直接连接到PLC的高速计数器输入端I0.0和I0.1端。变频器的数字输入点DIN1连接到PLC的输出端Q0.0。380V三相交流电源经熔断器、变频器的L1、L2、L3端，输出到交流电动机的U、V、W端。变频器和电动机需接地，高速计数器的脉冲输入端用屏蔽线，以防止外界干扰而产生计数误差。其硬件连接如图1所示。

2 软件设计

2.1 控制要求

当输送单元送来工件放到传送带上并被入料口光电传感器检测到时，PLC的Q0.0端输出高电平信号，启动变频器，控制交流电机以30Hz的频率运行，编码器开始发出脉冲信号，PLC的高速计数器开始对脉冲进行计数。由于分拣单元主动轴的直径为 d=43 mm，编码器为500线，故脉冲当量μ=πd/500≈0.273 mm。按分拣单元上各部分的安装尺寸，当工件从下料口移至第一个料槽中心点时，约发出 614 个脉冲；移至第二个料槽中心点时，约发出 96个脉冲；移至第三个料槽中心点时，约发出 1284个脉冲。当传送带上工件到到达指定位置时，推杆就会将其推到指定料槽内。

2.2 高速计数器认知

当PLC需对比其扫描频率高的输入信号进行计数时，为避免输入脉冲信号丢失，需使用高速计数器来实现。在分拣单元的PLC中，高速计数器有6个，其地址编号为HSC0～HSC5。高速计数器的计数频率与PLC的扫描周期无关，有12种不同的工作模式。

高速计数器的HDEF 指令功能是选定工作模式；HSC 指令功能是启动高速计数器，使高速计数器的设置生效。高速计数器的输入端由系统指定，每个高速计数器都划分有不同的输入点，每个输入点有专用的功能如脉冲输入，方向控制，复位和启动等。如高速计数器HSC0占用I0.0、I0.1和I0.2三个输入点，若其工作模式为9时，则I0.0为A相脉冲输入，I0.1为B相脉冲输入，无复位启动功能。

2.3 程序编写

旋转编码器输出的脉冲信号形式为A/B相正交脉冲，无外部复位和启动信号。故采用工作模式为9，选用计数器为HSC0，B相脉冲从I0.0 输入，A 相脉冲从I0.1输入，计数倍频设定为4倍频。通过 STEP7-Micro/WIN 编程软件进行引导式编程，程序如图2所示。

3 结束语

本文通过构建一种简单可行的位置控制系统，利用PLC的高速计数功能，读取和三相交流异步电机同步的编码器发出的高速脉冲信号，实现传送带上工件的精确位置控制。PLC的高速计数功能在实际中得到了很好的应用，对设备自动化控制具有理论和实际指导意义。

【参考文献】

[1]杨奕.PLC高速计数器在传送带位置控制中的应用[J].电气自动化，2007（4）：21-22/

[2]吕景泉.自动化生产线安装与调试[M].北京：中国铁道出版社，2015.

[3]西门子（中国）有限公司.西门子变频器手册[Z].2003.

[责任编辑：杨玉洁]