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 張志敏，路敦民，張厚江，王天偉

 （北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京  100083）

摘要：目前各工廠對(duì)人造板的力學(xué)性能檢測(cè)均采用人工靜態(tài)破壞性檢測(cè)方法，存在效率低、不方便、工作量大等缺點(diǎn)。設(shè)計(jì)了基于PLC的人造板力學(xué)性能檢測(cè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)被檢測(cè)人造板的全自動(dòng)化搬運(yùn)。所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際使用，滿足人造板快速、自動(dòng)化搬運(yùn)的要求，可顯著地提高人造板的檢測(cè)效率。

關(guān)鍵詞：PLC；運(yùn)動(dòng)控制；人造板；檢測(cè)樣機(jī) 中圖分類號(hào)：TP273 

0  引言

 隨著人造板產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有人造板企業(yè)已達(dá)1萬(wàn)多家，產(chǎn)能超過(guò)2億立方米，是世界人造板生產(chǎn)、消費(fèi)和進(jìn)出口貿(mào)易的第一大國(guó)。但目前各生產(chǎn)廠家在檢測(cè)木材力學(xué)性能時(shí)還是采用人工靜態(tài)破壞性檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法不僅檢測(cè)效率低下，而且浪費(fèi)率很高，屬于粗放型生產(chǎn)。為改變這一現(xiàn)狀，本研究在已有人造板檢測(cè)樣機(jī)的基礎(chǔ)上基于可編程控制器

(PLC)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人造板的全自動(dòng)搬運(yùn)，節(jié)省人力，提高生產(chǎn)效率。

1  人造板力學(xué)性能檢測(cè)樣機(jī)介紹

 人造板力學(xué)性能檢測(cè)樣機(jī)有3大工作區(qū)，分別為待檢區(qū)、檢測(cè)區(qū)以及放料區(qū)，實(shí)物如圖1所示。其具有兩大功能，分別為人造板的搬運(yùn)以及人造板的檢測(cè)。本文主要介紹人造板的搬運(yùn)過(guò)程，其采用吸盤將人造板從待檢區(qū)運(yùn)送到檢測(cè)區(qū)，待檢測(cè)完畢后，再將人造板運(yùn)送到放料區(qū)。其運(yùn)動(dòng)示意圖如圖2所示。

 具體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程為：?jiǎn)��?dòng)Z軸伺服電機(jī)帶動(dòng)吸盤由A1運(yùn)動(dòng)到A2，吸盤吸附人造板由A2運(yùn)動(dòng)到A1;然后啟動(dòng)X軸伺服電機(jī)帶動(dòng)吸盤及人造板由A1運(yùn)動(dòng)到B1，即運(yùn)動(dòng)到檢測(cè)位；開啟Z軸伺服電機(jī)帶動(dòng)吸盤及人造板由B1運(yùn)動(dòng)到B2，將人造板放置到檢測(cè)位，然后帶動(dòng)吸盤由B2運(yùn)動(dòng)到B3進(jìn)行等待，當(dāng)人造板檢測(cè)完畢，Z軸電機(jī)帶動(dòng)吸盤由B3運(yùn)動(dòng)到B2，吸盤吸附人造板，然后帶動(dòng)人造板由B2運(yùn)動(dòng)到B1開啟X軸伺服電機(jī)，帶動(dòng)吸盤及人造板由B1運(yùn)動(dòng)到C1;啟動(dòng)Z軸伺服電機(jī)帶動(dòng)人造板由C1運(yùn)動(dòng)到C2，將人造板放置到放料區(qū)，然后帶動(dòng)吸盤由C2運(yùn)動(dòng)到C1。最后啟動(dòng)X軸伺服電機(jī)，帶動(dòng)吸盤由C1運(yùn)動(dòng)到A1，即返回原點(diǎn)。至此，完成一次人造板搬運(yùn)。本研究設(shè)計(jì)的基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)人造板的全自動(dòng)搬運(yùn)，節(jié)省檢測(cè)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

2  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

 本文研究的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由PC機(jī)、臺(tái)達(dá)PLC（型號(hào)為DVP48EHOOT3）、臺(tái)達(dá)伺服電機(jī)(型號(hào)為EC-MA-C30604PS)，兩個(gè)臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器(型號(hào)為ASD-A2-1521-M)、直流電源ABL2REM24020、直流電源NES-200-24、兩個(gè)測(cè)距傳感器LE550等組成，硬件連接方式如圖3所示。

 其中臺(tái)達(dá)PLC和臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器CN3接口之間通過(guò)RS485數(shù)據(jù)總線連接，X軸臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器CN1接口的第7、5、3、1、28管腳分別連接PLC的X16、X17、X20、X21、X22輸入接口，分別代表X軸電機(jī)準(zhǔn)備就緒、X軸運(yùn)行到位、X軸回零到位、X軸驅(qū)動(dòng)器報(bào)警、X軸備用；Z軸臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器CN1接口的第7、5、3、1管腳分別連接PLC的X23、X24、X25、X26（這只有4個(gè)接口）輸入接口，分別代表Z軸電機(jī)準(zhǔn)備就緒、Z軸運(yùn)行到位、Z軸回零到位和Z軸驅(qū)動(dòng)器報(bào)警。X軸和Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器的CN2接口連接電機(jī)的編碼器，回傳電機(jī)轉(zhuǎn)速。

3  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

 本文研究的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件分為控制層和現(xiàn)場(chǎng)層兩層。其中控制層采用臺(tái)達(dá)PLC編程軟件ISP-Soft2. 38編寫，可以實(shí)現(xiàn)：伺服電機(jī)的啟停；X軸和Z軸的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)；電機(jī)高、中、低速的選擇；手動(dòng)／自動(dòng)運(yùn)行設(shè)定�，F(xiàn)場(chǎng)層由伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及測(cè)距傳感器組成，實(shí)現(xiàn)人造板力學(xué)性能檢測(cè)樣機(jī)的全自動(dòng)運(yùn)行。本文根據(jù)設(shè)計(jì)目的對(duì)該運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，即分為PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器通信模塊、X軸及Z軸運(yùn)動(dòng)控制模塊、回零模塊及速度模塊4大部分，下面分別做介紹。

3.1  PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器通信模塊

 PLC與X軸及Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)RS485總線連接，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的寫入及讀取。伺服驅(qū)動(dòng)器和PLC之間通信必須事先設(shè)定伺服驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)通信參數(shù)，設(shè)定參數(shù)如表1所示。

實(shí)現(xiàn)PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器通信的程序如圖4所示。

3.2  X軸及Z軸運(yùn)動(dòng)控制模塊

 通過(guò)PLC向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令，控制X軸及Z軸的電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)完成人造板的全自動(dòng)搬運(yùn)，本設(shè)計(jì)中伺服驅(qū)動(dòng)器采用位置控制模式，由于要搬運(yùn)不同類型的人造板，因此Z軸電機(jī)每次運(yùn)動(dòng)的距離均不同，本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)測(cè)距傳感器，分別安裝在待檢位和放料位，每次下降之前都要將運(yùn)動(dòng)的距離傳輸?shù)剿欧��?qū)動(dòng)器的特定位置命令緩存器中，即(P6-00．P6-01)到(P7-23，P7-24)中。其實(shí)現(xiàn)程序如圖5、圖6所示。

3.3  回零模塊

 本設(shè)計(jì)中設(shè)置的回零模塊有兩個(gè)作用：①由于機(jī)械結(jié)構(gòu)存在一定的誤差，因此每次搬運(yùn)結(jié)束機(jī)構(gòu)總會(huì)與初始位置有偏差，為了使每次運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)無(wú)誤，在每次運(yùn)動(dòng)完成后儀器會(huì)自動(dòng)回零；②若機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)卡死或意外，會(huì)直接急停，當(dāng)故障排查完畢后，儀器可以自動(dòng)回到初始位置，不用再改動(dòng)控制程序來(lái)讓儀器回零�；亓憧刂撇捎盟欧�驅(qū)動(dòng)器中位置命令寄存器中的P6-00，即原點(diǎn)回歸定義，當(dāng)人造板檢測(cè)儀器出現(xiàn)卡死或急停，操作人員只要按下回零按鈕，伺服驅(qū)動(dòng)器就會(huì)調(diào)用位置命令寄存器P6-00中的數(shù)值完成檢測(cè)儀器的歸零動(dòng)作。

3.4速度模塊

 為了適應(yīng)各種工況下的搬運(yùn)，本文設(shè)計(jì)的人造板力學(xué)性能檢測(cè)樣機(jī)采用了高、中、低速3檔，并且可以任意轉(zhuǎn)換。由于采用的控制模式是位置模式，因此該運(yùn)動(dòng)速度可以通過(guò)寄存器P5-60至P5-75進(jìn)行內(nèi)部目標(biāo)速度的設(shè)定，本文選用P5-60來(lái)設(shè)定運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的高、中、低速，其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速值分別為2 000 r/min、1 000 r／min和200 r／min。速度的轉(zhuǎn)換是通過(guò)向目標(biāo)速度寄存器P5-60中輸入不同的速度值來(lái)實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)程序如圖7所示。該程序?qū)崿F(xiàn)的X軸高速設(shè)定與中、低速的設(shè)定相同。

4  總結(jié)

 本文介紹的基于PLC的人造板力學(xué)性能檢測(cè)樣機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，完成了PLC對(duì)電機(jī)的初始化、啟停、速度及轉(zhuǎn)速寫入等操作，最終實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)樣機(jī)對(duì)人造板的全自動(dòng)搬運(yùn)。實(shí)踐證明，該平臺(tái)具有界面友好、操作簡(jiǎn)單功能豐富、可擴(kuò)展性強(qiáng)、可移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足人造板的全自動(dòng)搬運(yùn)要求。