基于plc的多軸運動控制系統(tǒng)的設計

基于plc的多軸運動控制系統(tǒng)的設計

0plc與系統(tǒng)的概述由于該算法的輸出能力非常弱，因此無法直接工作，因此在強電設計的結合下，由于它有限，只使用小型電源。PLC因其運行可靠、使用簡單、抗干擾能力強,并且負載驅動能力強,適用于環(huán)境條件較差的工業(yè)現(xiàn)場,所以在機械制造、鋼鐵、化工、石油、電力、輕紡、汽車、交通運輸?shù)壬a(chǎn)機械和生產(chǎn)過程的自動控制中得到廣泛的應用。但是,單片機作為一款智能化程度較高的嵌入式系統(tǒng)的核心處理器,在系統(tǒng)設計和外設管理過程中起著至關重要的作用,因此成為弱電控制強電的環(huán)境最佳的選擇。同時,單片機價格低、體積小、使用靈活以及智能化程度高,適用于家電、辦公設備、儀表儀器及傳感器內(nèi)部的核心器件。PLC雖然控制能力極強,但是缺乏智能化,沒有可操作的人機界面,無法外接鍵盤等外設,所以在使用PLC時就必需通過外部的智能設備編程來實現(xiàn)它的控制要求。因此在實際使用中往往希望能將兩者結合起來,為實現(xiàn)更為優(yōu)化的設計具有重要的意義。通過單片機與PLC進行通信,對PLC編寫新的控制要求,就可以充分利用單片機擴展方便的特點,使得PLC應用更具靈活性。本文設計了PLC與單片機實現(xiàn)串行通信的軟件編程與硬件連接的方法。通過RS232轉RS485轉換電路,將單片機開發(fā)板與實驗室PLC進行硬件的連接,以單片機為上位機,向PLC發(fā)送數(shù)據(jù),控制PLC上三相異步電動機的正、反轉。PLC通過異或校驗碼對接受到的數(shù)據(jù)進行核對,以進一步提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?然后PLC將自身狀態(tài)信息反饋給單片機,最終實現(xiàn)單片機和PLC結合控制電機,下面通過實例就單片機與PLC的通訊設計與實現(xiàn)介紹如下。1plc的rcv指令設計任務是實現(xiàn)單片機與PLC的通信,單片機作為主站,通過COM口發(fā)送控制指令到PLC的PORT0口,PLC通過RCV指令接收數(shù)據(jù),然后對指令進行譯碼,譯碼后控制程序,以實現(xiàn)指令要求的操作,同時返回指令的狀態(tài)信息。1.1plc用戶儲存信息編碼在單片機與PLC的通信中,主要是利用單片機向PLC發(fā)送命令和接收返回數(shù)據(jù),通信協(xié)議采用命令/響應模式,一次通信發(fā)送的一組數(shù)據(jù)作一幀,每幀由33個字符組成,單片機發(fā)送的命令具體格式如表1所示。(1)起始字符占用一個字符,用“g”表示開始;(2)指令類型占一個字符,分為讀/寫兩種,本文用到了寫指令,用“06H”表示;(3)目標PLC站地址用十六進制ASCII碼表示,占用兩個字符,先在PLC程序中設定好,保持與單片機中一樣,占用指令兩個字節(jié)。如設定地址為03H,用十六進制ASCII碼表示為兩個字節(jié)為B2=30,B3=33;(4)目標寄存器地址用十六進制ASCII碼表示,占八個字符,寄存器在PLC內(nèi)部可以用4個字節(jié)來表示,其中,前兩個字節(jié)用來表示寄存器類型,后兩個字節(jié)用來表示寄存器號,例如:0000H:I寄存器區(qū),0100H:Q寄存器區(qū),0200H:M寄存器區(qū),0800H:V寄存器區(qū)。若將數(shù)據(jù)傳輸V寄存器區(qū)中,如VB99,則地址表示為08000063H;(5)讀/寫字節(jié)數(shù)M,占一個字符,它表示要寫入PLC的十六進制ASCII碼數(shù)據(jù)所占的字節(jié)數(shù);(6)要寫入的數(shù)據(jù),也用十六進制ASCII碼表示,所以這部分數(shù)據(jù)共16個字節(jié),最多可以寫入8個字節(jié)的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)區(qū)要填滿,但PLC只讀前M個字節(jié)的數(shù)據(jù);(7)BCC校驗碼,占兩個字符,用來檢驗傳輸數(shù)據(jù)是否發(fā)生錯誤,以提高傳輸?shù)臏蚀_率;(8)結束字符,占一個字符,用來辨認指令的結束,這里設定為“G”。單片機接收數(shù)據(jù)格式如表2所示。PLC向單片機反饋相應信息,如現(xiàn)在是執(zhí)行開始命令或者結束命令等,開始字符與結束字符還是為“g”和“G”,而狀態(tài)信息中則為電動機的狀態(tài)信息。S7-200PLC支持多種通信協(xié)議,如多點接口協(xié)議(MPI協(xié)議)、點對點接口協(xié)議(PPI協(xié)議)和自由通信協(xié)議以及PROFIBUS協(xié)議等。其中自由口通信模式允許應用程序控制S7-200的串行通訊口,S7-200處于RUN方式時,當選擇了自由口通信,用戶程序通過接受中斷、發(fā)送中斷來收發(fā)指令,用戶程序通過使用發(fā)送指令、接受指令、發(fā)送接收中斷指令來控制通信口的操作。PLC通信參數(shù)的設置有控制寄存器SMB30或者SMB130來設定,包括波特率、數(shù)據(jù)位、校驗方式等都要與單片機保持一致,而PLC內(nèi)部運行過程如圖1所示。1.2系統(tǒng)的主要程序通信協(xié)議設計主要包括單片機程序設計和PLC程序設計。單片機部分程序:(1)單片機初始化部分子程序(2)單片機發(fā)送數(shù)據(jù)子程序(3)單片機接收數(shù)據(jù)子程序PLC的部分通信程序:(1)主程序部分2系統(tǒng)開發(fā)板及繼電器集成硬件部分主要由STC89C52單片機、S7-200PLC、MAX485接口芯片以及三相異步電動機組成,如下圖2所示。其中STC89C52單片機與MAX232芯片被集成在單片機開發(fā)板上,從單片機開發(fā)板上出來的電平已經(jīng)轉換成RS232電平,所以單片機開發(fā)板直接與RS485總線相連,然后再接PLC,由PLC上的輸出信號控制繼電器來實現(xiàn)控制電動機的目的。將電動機的狀態(tài)以及傳輸過程中是否發(fā)生錯誤等信息以及PLC反饋信息顯示在與單片機相連接的1602LCD屏幕上。2.32rs495接口電路設計PLC上的PPI電纜是一根RS232轉RS485的匹配電纜,因為PLC使用RS485,而單片通信口采用RS232,兩者的電氣規(guī)范并不相容,需要用中間電路進行匹配。RS232接口收RXD和發(fā)TXD線獨立,可以同時進行收發(fā)通訊,同時RS232設計成兩個設備之間的單獨通訊,不支持多于兩個設備的聯(lián)接,所以它的收發(fā)隨時都可進行,不會發(fā)生通訊碰撞。而RS485采用差分的兩根A/B線進行通訊,A和B兩根線的相對電平來表達0和1,同一時刻只能由一個設備驅動總線。MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS485芯片,采用半雙工通訊方式工作在+5V單一電源的環(huán)境下。其中,RO腳為數(shù)據(jù)輸出引腳,DI腳為數(shù)據(jù)輸入引腳,RE腳為RO的使能端,低電平時有效,DE腳為DI的使能端,高電平時選通。A、B兩腳既是MAX485的輸入端也是輸出端,在選擇作為輸入還是輸出時,由使能端RE、DE的電平來確定,該芯片與PLC的連接如圖3所示。3rs-4-5接口標準的特點由51單片機和