电子机械设备的控制系统设计研究

　　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。

　　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。

　　作者：杜岩 来源：电子技术与软件工程 2016年10期