[电子机械设备的控制系统设计研究] 控制系统

【关键词】电子机械设备控制系统设计

1 电子机械设备主控系统设计要点

主控系统由PLC、人机界面和手动脉冲

发生器三个部分构成，其中PLC 为总控，人

机界面与控制器程序相配合可完成系统使用界

面的编写，手动脉冲控制器可在不执行程序时，

以手动的方式对负载的位置运动进行控制。

1.1 PLC

PLC 是可编程控制器的简称，本次系统

设计中选用的PLC 型号为DVP-20PMOOM，

该PLC 是一款运动控制主机，通过它可以实

现三轴直线、圆弧间的运动控制。由于该PLC

只能进行三轴控制，为进一步提升系统的控制

能力，并满足电子机械设备三轴联动的需要，

在设计时增加了一个扩展模块，该模块能够扩

展出一个输出轴和一个高速计数器。该PLC

具有如下运动控制功能：内置高速计数器2 组，

能够接收200KHz 的频率；支持手动脉冲控制

器直接输入，无需进行信号转换；最高的差动

输出频率为500KHz。基于PLC 的主控系统框

架结构如图1 所示。

在主控系统中，PLC 是可循控件，其分

别对三个运动轴进行控制，即X 轴、Y 轴和Z

轴，通过相关程序的编写，可对电机轴的转动

进行驱动，从而带动丝杠旋转，由此就带动上

滑块平移，对三个轴的目标位置进行设定后，

便可达到三维空间坐标点，这是比较简单的运

行轨迹规划。如果是复杂的运行轨迹规划，则

应按照实际情况对运行轨迹进行优化。可以使

用G 代码进行PLC 编程，工作部分及视觉检

测部分的编程则可采用C 语言，为实现三者之

间的融合，需要应用到MODBUS 接口，由于

本文选用的PLC 控制器本身带有MODBUS 接

口，因此不需要再次安装，只需要给上位PC

机安装一个MODBUS 接口程序便可实现三者

之间的通讯。人机界面与PLC 之间的通信也

是借助MODBUS 接口来实现的，上位PC 机

可将编写好的人机界面通过该接口进行传输。

PLC 与X、Y、Z 三个运动轴之间的数据通信

文/杜岩

与普通的机械设备相比，电

子机械设备更加复杂，为了确保

其运行的稳定性，需要配置相应

的控制系统。电子机械设备的控

制系统设计分为两个部分，一部

分是主控系统的设计，另一部分

是软件系统的设计。下面本文分

别就这两个方面的设计过程进行

论述。

摘要

也可借助MODBUS 接口来实现。所有硬件接

线完毕，并完成程序编写后，便可将之下载到

PLC 当中，用户可利用人机界面对相关控制程

序进行调用。

1.2 人机交互界面

本次设计中采用的人机交互界面为液晶

显示面板，其采用的是当前较为流行的2D 绘

图加速技术，由此进一步提升了解析度，可对

大量的画面元件进行规划。该显示面板不但画

质清晰，而且还能实现人机交互界面的快速编

辑。该人机界面能够借助直连功能，对PLC

程式进行修改。

1.3 手动脉冲控制器

该装置也被称之为手摇轮，它在整个主

控系统中具有如下作用：可以在不使用编写的

程序对运动进行控制时，以手动的方式对X、Y、

Z 三个运动轴的移动进行控制。该装置具有如

下特点：耐冲击性强，装置外壳是以高强度材

料制成，从而使装置具备了极强的抗冲击性；

装置采用的是驱动器输出，基本不会受到外界

的干扰，由此使得装置具备了较强的抗干扰能

力；装置上配有挂钩，使安装变得更加简单和

方便。该装置可用于电子机械设备中运动系统

的手动控制，其操作面板上有一个倍率旋转按

钮，可选择对应运动轴的倍率，旋转手轮时，

编码器能够产生出与之相对应的信号，从而实

现坐标定位。

2 电子机械设备控制系统的软件设计

本次设计中选用的PLC 为多功能可编程

控制器，其最为突出的特点是结合了多种功能，

如基本指令、运动指令、应用指令等等，由此

使得程序的设计变得更加多元化。鉴于该PLC

所具有的顺序和定位控制两大功能，在程式的

设计中分为三种情况，即一种主程式和两种副

程式设计，其中主程式为O100，副程式分别

为OX 和Pn。下面对程式的架构进行分析。

在PLC 中O100 是程式的主体，它主要

起两个方面的作用，一方面是对程序的运行顺

序进行控制，另一方面是对程式的执行进行控

制。PLC 的O100 程式中，基本和应用两种指

令仅有一组主程式，能够对100 组OX 副程式

进行控制，并提供I/O 节点信号处理及Pn 呼

叫功能。鉴于此，需要先对O100 主程式进行

建立，然后在由其设定和启动XO与Pn 副程式。

在对O100 主程式进行设计时，可依据实际需

要进行，并在其中直接设定运动指令的相关参

数，同时还可对运动程式启动的编号进行设定，

从而对100 组OX 进行启动控制。为了便于用

户使用，在O100 主程式设计时，增设了一个

特殊的暂存器，用户通过它能够自行对手动功

能运功模式进行规划。由于PLC 中的O100 仅

有1 组，因此不能被其它程序呼叫，但其能够

对OX 和Pn 副程式进行自由呼叫；OX 除了

能够被O100 和Pn 呼叫之外，还能对Pn 进行

呼叫；Pn 能够被O100 和OX 呼叫，同时也能

对OX 进行呼叫。具体而言，在PLC 当中主

程式不能被副程式直接呼叫，两者间为单向呼

叫的关系，而副程式之间可以进行互相呼叫，

两者间为双向联系。主程式与副程式运动特性

有所差别，其中O100 是循环进行的，而OX

和Pn 则是预交一次执行一次。与本次设计选

用的PLC 控制器相对应的软件为PMSoft，该

软件具有如下功能特点：变数宣告、编辑功能

块、完整监控、电子凸轮等。

3 结论

综上所述，电子机械设备因其本身比较

复杂，所以需要通过控制系统对其运行过程进

行控制，从而保证设备的运行稳定、可靠。控

制系统的设计具体包括两个部分，一部分是主

控系统，另一部软件系统。本文针对这两个部

分的设计过程，对电子机械设备控制系统的设

计进行了论述。该控制系统已在某企业的电子

机械设备中进行了应用，自该系统应用之后，

电子机械设备的运行稳定性和可靠性较之以往

获得了大幅度提升。可见，该控制系统具有一

定的推广使用价值。

参考文献

[1] 田犁. 机械电子式软启动装置控制系统的

设计[J]. 科技风,2015(1):65-67.

[2] 韩俊. 机械电子式软起动装置控制系统的

设计[J]. 机械管理开发,2013(1):121-

122.

[3] 荆志远. 汽车电子机械制动系统设计与仿

真[J]. 科技风,2015(18):58-60.

[4] 丁言武. 机械设计自动化设备安全控制研

究[J]. 农村牧区机械化,2014(3):102-

104.

作者简介

杜岩(1982-)，男，辽宁省沈阳市人。大学本

科学历，研究方向为机械工艺与设备。

作者单位