[实用新型]一种用于实现双轴同步控制的PLC

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用PLC实现主轴与从轴同步控制的方法。

背景技术

PLC(可编程控制器)由于在恶劣的环境中工作可靠性高，实时性好，功能强大，使用方便，所以被广泛应用于实际工程中。高速脉冲输出功能和高速计数器功能是PLC在位置控制和运动控制领域中的重要组成部分。通过高速脉冲输出来驱动电机，利用脉冲编码器可以采样电机的转速和转动方向，转化为脉冲形式，然后通过高速计数器对其高频率的脉冲进行精确的计数，从而实现PLC对电机的控制。具备这两种功能的PLC可以应用在位置控制和运动控制如纺织机械、小型包装机械等各个工业领域。

在上述位置控制和运动控制的闭环控制中，特别是用于两个独立电机间的同步控制，需要PLC多条指令的配合。通过PLC的高速计数器采集装在电机上旋转编码器的数据，得到电机的速度信息。然后在PLC程序中加入计算过程，再通过PLC的高速脉冲输出将计算结果通过脉冲形式输出到驱动电机。这样的做法PLC程序量比较大，更重要的是，PLC采用顺序扫描的方式执行指令，采用多条分离指令的方式会大大增加PLC扫描周期的时间，使得运动控制的输出滞后于输入的变化，同步性不好。实际控制效果不理想，例如会使生产线传送带堆料或者产生牵拉传送带现象。

另外目前多数PLC的高速计数器功能和高速脉冲输出功能集成在主CPU中，占用主CPU的资源，影响整个PLC的扫描周期，使得输出滞后于输入现象更加明显，这大大缩小了此种PLC的使用范围。并且即便是一些进口的PLC在多个端口同时工作时，标称的最高频率就大打折扣，往往几路同时使用，实际频率只能达到最高频率的几分之一，这在他们的说明书和技术参数上都有说明。

为了达到两个或多个独立电机间同步控制的目的，在需要高精度同步控制的场合，就不得不选用价格昂贵的专用同步控制器，或者需要PLC编写复杂的同步算法应用程序，并且带有独立的运动控制模块、高速计数器模块。这大大的增加了整个系统的成本，对资源造成了很大的浪费。如实用新型专利：一种伺服调速PLC控制的定尺飞锯机控制系统(201010567491.X)，为了完成从轴同步主轴的功能，采用了西门子的中型PLC主机CPU315-2DP和一个高速计数扩展模块FM350-2以及带profibus通信功能的伺服驱动器，这一套系统的价格非常昂贵。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种在低成本的前提下实现双轴同步控制的PLC。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种用于实现双轴同步控制的PLC，包括主控单元，其特征在于，还包括同步控制单元，主控单元连接人机交互单元；同步控制单元至少包括高速计数器模块、同步算法处理模块及高速脉冲输出模块，由高速计数器模块对与主轴及从轴相连的编码器的脉冲信号进行精确计数，由高速脉冲输出模块向主轴及从轴输出控制其动作的脉冲信号。

优选地，所述同步控制单元还包括通信控制模块，所述主控单元与所述同步控制单元之间通过该通信控制模块进行数据传递。

本实用新型提供了一种具有脉冲同步输出功能的低成本通用型小型PLC，指令功能采用和主CPU的分离设计，同步功能在FPGA中执行完成，而不影响整个PLC的扫描周期，使得同步功能响应速度快。

附图说明

图1为本实用新型的PLC的设计框图。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本实用新型提供的一种实现双轴同步控制的方法仅使用一条指令即可完成主从轴同步功能。本实用新型中的PLC主机采用主控单元及同步控制单元，本实施例中，主控单元由ARM芯片实现，同步控制单元由大容量可编程逻辑器件FPGA实现。FPGA负责高速脉冲输入采样、同步算法处理以及高速脉冲输出等功能。同步功能的实现在FPGA中完成，和主芯片ARM的分离设计大大减轻了主芯片的工作量，减少了整个PLC的扫描周期。

如图1所示，在本实施例中，FPGA主要分成4个大的模块。高速计数器模块对编码器的脉冲信号进行精确的计数，驱动主轴及从轴的电机G通过编码器M将运动转化为脉冲信号输入FPGA。通信模块主要负责FPGA和主芯片ARM的数据交换。ARM根据用户设定的同步参数传送给FPGA，通信模块将收到的这些参数分别传送给高速计数器模块、高速脉冲输出模块和同步算法处理模块。最终又将实时数据和处理结果传回到ARM主控制器，用户可对指令进行监控，并进行数据的读取。同步算法处理模块将高速计数模块采集的数据进行分析，计算出主轴实时的运行频率、运行距离，再通过特定的算法计算出从轴应当维持怎样的频率保持和主轴同步。并且，同步算法处理模块有预判功能，根据一段时间主轴的运行和用户输入的参数，事先计算从轴的运行参数。这种算法使得从轴同步精度高，延时小。最终同步算法处理模块将从轴的跟随频率和跟随距离实时发送给高速脉冲输出模块。这样就完成了一个同步周期的工作。