PLC高速计数器在凸轮控制器中的应用

摘要： 为了弥补机械式凸轮控制器存在的众多缺点，利用欧姆龙系列PLC的高速计数器设计了可编程凸轮控制器.根据机械轴选择的坐标零点和轴上安装光电编码盘产生的零点信号是否重合，在软件上对凸轮控制器的设置区问采用不同的逻辑处理方法.设计的凸轮控制器可实现对AC伺服电动机进行分段变速控制以及凸轮一周中的两通两断的控制功能.基于以上2种不同的控制功能。该技术可以广泛应用在金属板材加工设备中.

关键词： PLC;高速计数器;可编程凸轮控制器;AC伺服电动机

在工业控制领域中，顺序控制是一种常用的控制方法.以往常用机械方法实现，即用安装在分配轴上的机械凸轮的机械触点发出控制信号，实现外部执行部件的动作.但是，机械式凸轮控制器存在着明显的不足：

(a)由于制造的误差和工作时的机械磨损等原因，使得机械式凸轮控制器的精度比较低，无法应用在要求高速响应的场合;(b)灵活性差，无法适应生产工艺的频繁变化;(c)凸轮高速运行，磨损快、寿命短，当更换调整时，耗时长，影响生产效率的提高，维修后往往需要整机重新安装调试，维修工期长.本文利用高速计数器设计可编程凸轮控制器，该凸轮控制器克服了以上缺点，可以简化系统的硬件设备，提高系统的可靠性.

1欧姆龙小型一体化PLC SYSMAC CPlH简介

欧姆龙的用于逻辑控制的CPlH系列可编程控制器(programmable logic controller，PLC)[4]是一种具有高度扩展性的小型一体化可编程逻辑控制器，主要包括CPlH.X(标准型)、CPlH.xA(模拟量内置型)和CPIH.Y(高速定位型)3种型号.其中CPlH.Y具有4点高速计数器，其计数器模式可以为相位差输入、加减法脉冲输入、脉冲+方向输入、加法脉冲输入中的任何一种.高速计数器0和1为线路驱动器输入，最高响应频率可以达到1 MHz;高速计数器2和3为DC24V输入，最高响应频率可以达到100k/-/z.高速计数器可以采用目标值一致比较方法或者区域比较方法实现中断，执行指定的中断任务.CPlH.Y内置l MHz的线性驱动器输入/输出，还具有20点(12点输入、8点输出)的通用输入/输出功能，可实现100kHz×2轴和30kHz×2轴的脉冲输出功能.其内置的6点输人中断功能，具有50玲脉宽的脉冲捕捉能力.

CPlH系列PIE支持标准的DeviceNet现场总线，并扩展了多种I/0功能.如集成的高速脉冲输出功能，可标准搭载4轴;计数器功能可标准搭载4轴相位差方式;配备的通用USBl.1串联端口可实现标准搭载.在连接PI.、各种元器件(变频器、温控器和智能传感器等)以及PLC之间的串行连接的同时，CPlH系列PLC还能方便地实现与计算机的连接.

2可编程凸轮控制器硬件结构

可编程凸轮控制器主要由型号为CPlH.Y的PLC外接角度检测传感器(光电编码盘)等组成，如图I所示.PLC可采用RS一232或者RS一422A/485通信方式与上位机(也可以使用触摸屏)连接，实现相关参数的设置和输入;光电编码盘将角度信号转化为脉冲信号输入PIE高速计数器;开关量输入可以作为凸轮控制的条件输入或者作为其他的开关量输入.输出点实现凸轮控制器输出量的接通和断开.

3可编程凸轮控制器软件设计

可编程凸轮控制器的核心控制装置为PIE，PIE的主要功能包括：(a)完成用户设定的起始角度和终点角度(输出口接通区间或者断开区间)的输入;(b)完成光电编码盘的脉冲计数;(c)完成当前角度和设定角度的比较、判断并决定相应输出量的状态. 本文来自:PLC网 www.plcs.cn

3.1起始角度和终点角度的设定

用户设定起始角度和终点角度的方法有2种：

a.通过上位机(也可以使用触摸屏)界面，设定接通区间的起始角度和终点角度，利用串行通信将其存入PIE指定的数据存储区.该设定方法适用于接通区间的起始角度和终点角度经常变化的场合.

b.利用PIE的编程软件，修改设定接通区间的起始角度和终点角度存储PIE的数据存储区，重新下载数据存储器的值.数据存储区的数据在PIE断电(OFF到ON)或者模式切换(程序模式、运行模式/监视模式间的切换)时也不会丢失，方便快捷.该设定方法适用于接通区间的起始角度和终点角度固定不变的场合.

3.2通断区间设定和实现方法

当机械轴选用的坐标零点和轴上安装的光电编码盘产生的零点信号重合时，采用图2(a)的设定方法.设置的接通区间为60度一120度和240度一300度，逻辑设置为1.。当机械轴选用的坐标零点和轴上安装的光电编码盘产生的零点信号不重合时，采用图2(b)的设定方法.设置的接通区间为60度~120度和240度~350度，逻辑设置为0，因此实际接通区间为设置的接通区间取反后输出，即为120度~240度，350度~5度和5度~60度。

图2的设定方法采用如下处理程序：

将区间通断判断结果存人内部辅助继电器点W0.00.1表示该区间为接通区间，O为断开区间.逻辑设置以逻辑真为1，1表示根据区间通断判断结果进行输出，逻辑假为O，0表示根据通断判断结果取反后输出.逻辑输出结果如表l所示.

采用上述程序处理的优点是当安装的光电编码盘产生的零点信号与机械轴选用的坐标零点不重合时，可以进行跨0度和360度。设置(表1中的第4种设置方法).

若要实现多于两通两断的功能，可以采用PIE的高速计数器中断.当CPlH CPU单元内置的高速计数器当前值与预先登陆的比较数据一致时，使指定的中断任务(0—255)起动，快速接通或者关断相关触点.