1 引言
某進口設(shè)備大面積的嚴(yán)重損壞。經(jīng)過修理，更換了一大批電子元件，才勉強恢復(fù)原有的技術(shù)指標(biāo)。但其工作已不是很可靠。由于該設(shè)備已停產(chǎn)，并且沒有相關(guān)的代替設(shè)備.為配合生產(chǎn)需要，我們投入了對該設(shè)備的研制。原設(shè)備完全由晶體管電路構(gòu)成，考慮到研制周期及可靠性等因素。我們決定采用PLC(Fx2N-32T)和觸摸屏(MT506S)控制技術(shù)重新進行設(shè)計。
2 功能概述
該設(shè)備實質(zhì)上就是一臺專用的測控步進電機裝置的設(shè)備。步進電機裝置由步進電機及其相關(guān)電路組成。該設(shè)備功能包括:距離(工作步數(shù))設(shè)定、啟動、位置顯示及清零，(自動、手動)連續(xù)或單次運行，(自動、手動)回原點，步進電機欠電流檢測報警，原點到位顯示等。
3 裝置原理介紹
3.1 系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)工作原理如圖1所示。圖中觸摸屏作為人機界面,用來顯示并進行操作;PLC作為控制器,接收觸摸屏的設(shè)定數(shù)據(jù)并進行邏輯處理,再控制步進電機。步進電機裝置是受控對象，不能進行修改。它包括多種電源形式:步進電機工作在－24V三相雙三拍直流矩形波的供電方式，還包括＋12V、－12V、+5V等電壓和極性不同的信號。為了使多種信號的檢測和驅(qū)動、步進電機裝置相匹配，增加了信號的轉(zhuǎn)換電路。
圖1 系統(tǒng)工作原理框圖
3.2 轉(zhuǎn)換電路原理
信號轉(zhuǎn)換電路的部分電路，如圖2，3所示。
圖2中,當(dāng)5V或0V信號到達電阻R1后，通過光電耦合器使PLC輸入1信號接通，此時電機回原點運行的過程中開始計數(shù),記錄運行步數(shù)。當(dāng)+12V信號到達“±12V信號”后, 首先點亮發(fā)光管D6，然后通過光電耦合器U1-3使PLC輸入3接通，指示到達原點，電機停止運行;當(dāng)-12V信號到達“±12V信號”后,通過光電耦合器U1-2使PLC輸入2接通，超出設(shè)定極限。當(dāng)-12V信號到達“-12V信號2”通過光電耦合器U1-3使PLC輸入接通，指示到達原點，電機停止運行。
圖2 信號轉(zhuǎn)換電路
圖3 步進電機驅(qū)動電路
3.3 電流檢測原理
在步進電機驅(qū)動器中，內(nèi)置了電流檢測電路。電機發(fā)生斷電或欠電流運行時，發(fā)出報警信號，使系統(tǒng)停止運行。檢測原理是利用三相雙三拍步進電機的工作特性，在任意時刻均有兩相得電。只要檢測任意時刻流過公共地線的電流大于相應(yīng)額定電流的2/3即可認為工作正常，如小于相應(yīng)額定電流的2/3，則認為欠電流運行。電路原理和時序圖，如圖3，4所示。
圖3中，R是電流檢測電阻，C用于消除競爭。在圖4中IN表示三相雙三拍電機流過公共點電流檢測電阻的額定工作電流;In表示檢測電流的門限，In=2/3IN;I表示電機的實際工作電流。ALM表示欠電流報警。系統(tǒng)運行后，當(dāng)I≥In時，ALM報警，直到故障排除，系統(tǒng)復(fù)位后報警解除。圖4中的細實線表示ALM未報警時的時序圖。
圖4 電流波形圖
3.4 觸摸屏的軟件設(shè)計
(1) 首頁:打開電源開關(guān)后，提示輸入登錄密碼。正確輸入密碼后，自動進入首頁。設(shè)備進入準(zhǔn)備狀態(tài)。
(2) 輸入窗口:輸入窗口主要用于設(shè)定并進行操作。包括鍵盤和主要操作控件，操作者可以直接對設(shè)備進行操作。
(3) 配方數(shù)據(jù)窗口:對于經(jīng)常用到的操作數(shù)據(jù)，可以按照提供的格式存放到配方卡記憶體里面,當(dāng)需要時把它調(diào)出來，而不需要臨時輸入數(shù)據(jù)，可以大大地提高操作效率。
(4) 控制窗口:控制窗口主要用于對設(shè)備的基本功能的操作和顯示。包括一個隱藏的小鍵盤窗口，可以在需要設(shè)定數(shù)據(jù)時彈出。
(5) 元件檢查窗口:用于對PLC內(nèi)部關(guān)鍵元件的監(jiān)測，以便出錯時查找故障。
(6) 梯形圖檢查窗口:用于對PLC梯形圖的實時監(jiān)控(由于MT506S不具備直接顯示PLC內(nèi)部梯形圖的功能，故采用了單獨制作顯示PLC各元件的方法組合成關(guān)鍵部分梯形圖)。
3.5 PLC的軟件設(shè)計
PLC程序流程圖如圖5所示。
系統(tǒng)初始化后,完成了距離設(shè)定,選擇運行方式后.再看系統(tǒng)是否有故障或是否到達原點。當(dāng)完全準(zhǔn)備妥后，分別執(zhí)行自動或手動操作。在按設(shè)定距離執(zhí)行自動往返運行的過程中，當(dāng)中間執(zhí)行斷開操作后，系統(tǒng)保持運行方向，運行到設(shè)定距離，保持顯示，然后停止運行;當(dāng)執(zhí)行復(fù)位操作后，系統(tǒng)首先運行顯示歸零(計數(shù)清零)，然后停止運行。在執(zhí)行手動運行中，當(dāng)?shù)竭_設(shè)定距離后，系統(tǒng)保持顯示，并停止運行;當(dāng)運行中執(zhí)行斷開操作，方向不變，到達設(shè)定距離后，系統(tǒng)保持顯示并停止運行;當(dāng)執(zhí)行復(fù)位操作，則運行顯示歸零(計數(shù)清零)，然后停止運行。
圖5 PLC程序流程框圖
4 結(jié)束語
控制器采用觸摸屏和PLC來實現(xiàn),縮短了開發(fā)周期，提高了運行的可靠性，尤其適合此類要求工程周期短，可靠性高，批量小的設(shè)備開發(fā)。另外，軟件的靈活性還有利于設(shè)備的改造和升級。
