基于plc的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于plc的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0plc與系統(tǒng)的概述由于該算法的輸出能力非常弱，因此無(wú)法直接工作，因此在強(qiáng)電設(shè)計(jì)的結(jié)合下，由于它有限，只使用小型電源。PLC因其運(yùn)行可靠、使用簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng),并且負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng),適用于環(huán)境條件較差的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),所以在機(jī)械制造、鋼鐵、化工、石油、電力、輕紡、汽車、交通運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中得到廣泛的應(yīng)用。但是,單片機(jī)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(shè)計(jì)和外設(shè)管理過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用,因此成為弱電控制強(qiáng)電的環(huán)境最佳的選擇。同時(shí),單片機(jī)價(jià)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(shè)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(qiáng),但是缺乏智能化,沒(méi)有可操作的人機(jī)界面,無(wú)法外接鍵盤(pán)等外設(shè),所以在使用PLC時(shí)就必需通過(guò)外部的智能設(shè)備編程來(lái)實(shí)現(xiàn)它的控制要求。因此在實(shí)際使用中往往希望能將兩者結(jié)合起來(lái),為實(shí)現(xiàn)更為優(yōu)化的設(shè)計(jì)具有重要的意義。通過(guò)單片機(jī)與PLC進(jìn)行通信,對(duì)PLC編寫(xiě)新的控制要求,就可以充分利用單片機(jī)擴(kuò)展方便的特點(diǎn),使得PLC應(yīng)用更具靈活性。本文設(shè)計(jì)了PLC與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)串行通信的軟件編程與硬件連接的方法。通過(guò)RS232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換電路,將單片機(jī)開(kāi)發(fā)板與實(shí)驗(yàn)室PLC進(jìn)行硬件的連接,以單片機(jī)為上位機(jī),向PLC發(fā)送數(shù)據(jù),控制PLC上三相異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。PLC通過(guò)異或校驗(yàn)碼對(duì)接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì),以進(jìn)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(jī),最終實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PLC結(jié)合控制電機(jī),下面通過(guò)實(shí)例就單片機(jī)與PLC的通訊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)介紹如下。1plc的rcv指令設(shè)計(jì)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PLC的通信,單片機(jī)作為主站,通過(guò)COM口發(fā)送控制指令到PLC的PORT0口,PLC通過(guò)RCV指令接收數(shù)據(jù),然后對(duì)指令進(jìn)行譯碼,譯碼后控制程序,以實(shí)現(xiàn)指令要求的操作,同時(shí)返回指令的狀態(tài)信息。1.1plc用戶儲(chǔ)存信息編碼在單片機(jī)與PLC的通信中,主要是利用單片機(jī)向PLC發(fā)送命令和接收返回?cái)?shù)據(jù),通信協(xié)議采用命令/響應(yīng)模式,一次通信發(fā)送的一組數(shù)據(jù)作一幀,每幀由33個(gè)字符組成,單片機(jī)發(fā)送的命令具體格式如表1所示。(1)起始字符占用一個(gè)字符,用“g”表示開(kāi)始;(2)指令類型占一個(gè)字符,分為讀/寫(xiě)兩種,本文用到了寫(xiě)指令,用“06H”表示;(3)目標(biāo)PLC站地址用十六進(jìn)制ASCII碼表示,占用兩個(gè)字符,先在PLC程序中設(shè)定好,保持與單片機(jī)中一樣,占用指令兩個(gè)字節(jié)。如設(shè)定地址為03H,用十六進(jìn)制ASCII碼表示為兩個(gè)字節(jié)為B2=30,B3=33;(4)目標(biāo)寄存器地址用十六進(jìn)制ASCII碼表示,占八個(gè)字符,寄存器在PLC內(nèi)部可以用4個(gè)字節(jié)來(lái)表示,其中,前兩個(gè)字節(jié)用來(lái)表示寄存器類型,后兩個(gè)字節(jié)用來(lái)表示寄存器號(hào),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(xiě)字節(jié)數(shù)M,占一個(gè)字符,它表示要寫(xiě)入PLC的十六進(jìn)制ASCII碼數(shù)據(jù)所占的字節(jié)數(shù);(6)要寫(xiě)入的數(shù)據(jù),也用十六進(jìn)制ASCII碼表示,所以這部分?jǐn)?shù)據(jù)共16個(gè)字節(jié),最多可以寫(xiě)入8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)區(qū)要填滿,但PLC只讀前M個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù);(7)BCC校驗(yàn)碼,占兩個(gè)字符,用來(lái)檢驗(yàn)傳輸數(shù)據(jù)是否發(fā)生錯(cuò)誤,以提高傳輸?shù)臏?zhǔn)確率;(8)結(jié)束字符,占一個(gè)字符,用來(lái)辨認(rèn)指令的結(jié)束,這里設(shè)定為“G”。單片機(jī)接收數(shù)據(jù)格式如表2所示。PLC向單片機(jī)反饋相應(yīng)信息,如現(xiàn)在是執(zhí)行開(kāi)始命令或者結(jié)束命令等,開(kāi)始字符與結(jié)束字符還是為“g”和“G”,而狀態(tài)信息中則為電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)信息。S7-200PLC支持多種通信協(xié)議,如多點(diǎn)接口協(xié)議(MPI協(xié)議)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(yīng)用程序控制S7-200的串行通訊口,S7-200處于RUN方式時(shí),當(dāng)選擇了自由口通信,用戶程序通過(guò)接受中斷、發(fā)送中斷來(lái)收發(fā)指令,用戶程序通過(guò)使用發(fā)送指令、接受指令、發(fā)送接收中斷指令來(lái)控制通信口的操作。PLC通信參數(shù)的設(shè)置有控制寄存器SMB30或者SMB130來(lái)設(shè)定,包括波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)方式等都要與單片機(jī)保持一致,而PLC內(nèi)部運(yùn)行過(guò)程如圖1所示。1.2系統(tǒng)的主要程序通信協(xié)議設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和PLC程序設(shè)計(jì)。單片機(jī)部分程序:(1)單片機(jī)初始化部分子程序(2)單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)子程序(3)單片機(jī)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(kāi)發(fā)板及繼電器集成硬件部分主要由STC89C52單片機(jī)、S7-200PLC、MAX485接口芯片以及三相異步電動(dòng)機(jī)組成,如下圖2所示。其中STC89C52單片機(jī)與MAX232芯片被集成在單片機(jī)開(kāi)發(fā)板上,從單片機(jī)開(kāi)發(fā)板上出來(lái)的電平已經(jīng)轉(zhuǎn)換成RS232電平,所以單片機(jī)開(kāi)發(fā)板直接與RS485總線相連,然后再接PLC,由PLC上的輸出信號(hào)控制繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)的目的。將電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)以及傳輸過(guò)程中是否發(fā)生錯(cuò)誤等信息以及PLC反饋信息顯示在與單片機(jī)相連接的1602LCD屏幕上。2.32rs495接口電路設(shè)計(jì)PLC上的PPI電纜是一根RS232轉(zhuǎn)RS485的匹配電纜,因?yàn)镻LC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(jìn)行匹配。RS232接口收RXD和發(fā)TXD線獨(dú)立,可以同時(shí)進(jìn)行收發(fā)通訊,同時(shí)RS232設(shè)計(jì)成兩個(gè)設(shè)備之間的單獨(dú)通訊,不支持多于兩個(gè)設(shè)備的聯(lián)接,所以它的收發(fā)隨時(shí)都可進(jìn)行,不會(huì)發(fā)生通訊碰撞。而RS485采用差分的兩根A/B線進(jìn)行通訊,A和B兩根線的相對(duì)電平來(lái)表達(dá)0和1,同一時(shí)刻只能由一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(shí)有效,DE腳為DI的使能端,高電平時(shí)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(shí),由使能端RE、DE的電平來(lái)確定,該芯片與PLC的連接如圖3所示。3rs-4-5接口標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)由51單片機(jī)和