基于安川MP2300的数控位置控制

刘华伟

摘要：现代可编程序逻辑控制器（PLC）是一种将CPU、I/O集成到一起的、简易的工业控制计算机，具有抗干扰性能好、高可靠性、高集成度、体积小等优点。本文阐述了简易数控系统位置控制的原理，并结合实际案例，介绍了安川MP2300 PLC在简易位置控制中的应用。

关键词：可编程序逻辑控制器;位置控制;伺服定位装置

中图分类号：TP241                                       文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）02-0074-02

0  引言

气缸及液压技术，虽然可以实现一些简单的位置控制，但是其精度和控制的灵活性，远远不如伺服控制系统。

近些年来，随着工厂自动化技术的普及，以及国家“智能制造2025”的深入开展，现代化智能工厂如雨后春笋般涌出。作为智能工厂的执行环节，位置控制的精准化、快速化以及柔性化应用越来越多，位置控制的伺服化应用也随之变多。然而伺服控制比较复杂，制约了一些对位置控制要求比较简单，但是精度较高的应用的发展。

MP2300是安川公司开发的用于伺服控制的PLC。本文针对结合实际案例，介绍MP2300伺服控制的方式。

1  基于MECHATROLINK的伺服控制

传统的伺服控制，采用模拟量电压、电流或数字脉冲序列进行控制，需要专门的运动控制卡产生需要的电压、电流或脉冲序列，不仅控制复杂，还比较容易受到外界信号干扰[2]。MECHATROLINK通信协议[1]是一种基于以太网的实时通讯协议，最大传输速度为100MBits/s，最多支持62个从站。该通讯协议，最早由安川公司提出的，因此安川所有的伺服驱动装置都支持该协议。MP2300 PLC可以通过一根网线，最多同时控制62个伺服单元，接线简单，运行可靠、稳定。同时，MP2300兼具通用PLC的过程控制的特点，并支持MODBUS TCP、Profibus、EtherCAT、CCLINK等通讯协议，具有很好的扩展性。

2  伺服定位装置

2.1 定位装置机械结构

伺服定位装置采用十字滑台结构，由2台安川SIGMA 7伺服电机以及导轨、丝杠构成。伺服电机和丝杠用联轴器连接，以提高直线运动的响应速度和精度。根据现场要求，该十字滑台可以实现精确的定位功能，以及简单的直线插补和圆弧插补功能。为了防止各轴过行程，在各轴的最大行程和最小行程处安装了限位开关。（图1）

2.2 定位装置的伺服电气

采用安川SIGMA7伺服电机做为驱动单元，采用带MECHATROLINK接口的伺服放大器。由于MP2300可以作为MECHATROLINK主站，且可以进行类似BASIC语言的高级语言编程，编程灵活，稳定性好，与伺服放大器采用网线连接，根据SIGMA系列伺服放大器电气手册，采用MECHATROLINK协议的伺服放大器，终端放置终端电阻。PLC与伺服放大器的接线如图2所示。

为了能实时显示当前坐标，以及满足设定一些简单的动作的要求，配备了一个触摸屏。触摸屏与PLC采用MODBUS TCP协议通讯。触摸屏可以实时显示当前位置坐标、目标位置坐标以及剩余量。当某根轴移动时，其后面的指示灯由红色变为绿色。（图3）

2.3 伺服定位装置功能实现

2.3.1 电子齿轮设定

电子齿轮即每一个单位的输入，对应多少单位的输出。因为本文中的机械结构是伺服电机与丝杠能过联轴器直接连接，因此伺服电机端电子齿轮比为1：1。为了后续编程方便，我们希望通过1个单位的输入指令，定位装置移动0.001mm。本装置采用的是丝杠螺距为10mm，机械装置旋转一次的脉冲数为：10/0.001=10000（指令单位），因此电子齿轮设定为：10000：1：1。

2.3.2 加减速设定

为了保证伺服电机运行平稳，避免伺服电机启动和停止时的冲击和振荡，在伺服电机启动和停止阶段，使用SCC命令，设定加减速时间曲线。（图4）

2.3.3 插补速度计算[3]

在2轴插补控制中，最后的插补速度是各轴的合成速度。在程序中，我们指定的是最后的合成速度，拆分成各轴的运动速度的公式为：

如图5所示。

设定为以上参数，根据人机界面设定的位置要求，进行伺服控制，如下：

……

……

MOV [A1]0 [B1]0 ; //回原点

MW0010=1; //计数器预设

INC; //指定增量模式

PLN [A1][B1]; //指定在A1、B1平面

WHILE MW0010<=10;//循環操作

MCW [A1]0 [B1]0 U50. V50. F8000;//圆弧插补

MOV [A1]50 [B1]50; //定位

MW0010=MW0010+1; //计数器加1

WEND;

……

……

3  结论

MP2300 PLC与SIGMA 7伺服放大器可以通过MECHATROLINK协议进行通讯，具有连接简单、抗干扰性强的特点。MP2300可以使用类似BASIC语言进行编程，提高编程效率。在增加了上位机后，可以实现更复杂的运行控制，而实现成本要比使用数控系统低廉很多。

参考文献：

[1]Radia Perlman， Interconnections： Bridges， Routers， Switches， and Internetworking Protocols （2nd Edition）. Addison-Wesley 1999. ISBN 0-201-63448-1. In particular Ch. 18 on "network design folklore". [C].

[2]王太勇，李波，李宏伟，等.基于 CAN总线嵌入式结构的运动控制器的研究[J].机床与液压，2005（9）.

[3]丁亮，尤波，于振中，等.基于 USB.DSP的开放式运动控制器开发[J].电机与控制学报，2006，10（3）.