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電子機械設備的控制系統設計研究論文
與普通的機械設備相比，電子機械設備更加復雜，為了確保其運行的穩定性，需要配置相應的控制系統。電子機械設備的控制系統設計分為兩個部分，一部分是主控系統的設計，另一部分是軟件系統的設計。下面本文分別就這兩個方面的設計過程進行論述。
1 電子機械設備主控系統設計要點
主控系統由PLC、人機界面和手動脈沖發生器三個部分構成，其中PLC為總控，人機界面與控制器程序相配合可完成系統使用界面的編寫，手動脈沖控制器可在不執行程序時，以手動的方式對負載的位置運動進行控制。
1.1 PLC
PLC是可編程控制器的簡稱，本次系統設計中選用的PLC型號為DVP-20PMOOM，該PLC是一款運動控制主機，通過它可以實現三軸直線、圓弧間的運動控制。由于該PLC只能進行三軸控制，為進一步提升系統的控制能力，并滿足電子機械設備三軸聯動的需要，在設計時增加了一個擴展模塊，該模塊能夠擴展出一個輸出軸和一個高速計數器。該PLC具有如下運動控制功能：內置高速計數器2組，能夠接收200KHz的頻率;支持手動脈沖控制器直接輸入，無需進行信號轉換;最高的差動輸出頻率為500KHz。基于PLC的主控系統框架結構如圖1所示。
在主控系統中，PLC是可循控件，其分別對三個運動軸進行控制，即X軸、Y軸和Z軸，通過相關程序的編寫，可對電機軸的轉動進行驅動，從而帶動絲杠旋轉，由此就帶動上滑塊平移，對三個軸的目標位置進行設定后，便可達到三維空間坐標點，這是比較簡單的運行軌跡規劃。如果是復雜的運行軌跡規劃，則應按照實際情況對運行軌跡進行優化。可以使用G代碼進行PLC編程，工作部分及視覺檢測部分的編程則可采用C語言，為實現三者之間的融合，需要應用到MODBUS接口，由于本文選用的PLC控制器本身帶有MODBUS接口，因此不需要再次安裝，只需要給上位PC機安裝一個MODBUS接口程序便可實現三者之間的通訊。人機界面與PLC之間的通信也是借助MODBUS接口來實現的，上位PC機可將編寫好的人機界面通過該接口進行傳輸。PLC與X、Y、Z三個運動軸之間的數據通信也可借助MODBUS接口來實現。所有硬件接線完畢，并完成程序編寫后，便可將之下載到PLC當中，用戶可利用人機界面對相關控制程序進行調用。
1.2 人機交互界面
本次設計中采用的人機交互界面為液晶顯示面板，其采用的是當前較為流行的2D繪圖加速技術，由此進一步提升了解析度，可對大量的畫面元件進行規劃。該顯示面板不但畫質清晰，而且還能實現人機交互界面的快速編輯。該人機界面能夠借助直連功能，對PLC程式進行修改。
1.3 手動脈沖控制器
該裝置也被稱之為手搖輪，它在整個主控系統中具有如下作用：可以在不使用編寫的程序對運動進行控制時，以手動的方式對X、Y、Z三個運動軸的移動進行控制。該裝置具有如下特點：耐沖擊性強，裝置外殼是以高強度材料制成，從而使裝置具備了極強的抗沖擊性;裝置采用的是驅動器輸出，基本不會受到外界的干擾，由此使得裝置具備了較強的抗干擾能力;裝置上配有掛鉤，使安裝變得更加簡單和方便。該裝置可用于電子機械設備中運動系統的手動控制，其操作面板上有一個倍率旋轉按鈕，可選擇對應運動軸的倍率，旋轉手輪時，編碼器能夠產生出與之相對應的信號，從而實現坐標定位。
2 電子機械設備控制系統的軟件設計
本次設計中選用的PLC為多功能可編程控制器，其最為突出的特點是結合了多種功能，如基本指令、運動指令、應用指令等等，由此使得程序的設計變得更加多元化。鑒于該PLC所具有的順序和定位控制兩大功能，在程式的設計中分為三種情況，即一種主程式和兩種副程式設計，其中主程式為O100，副程式分別為OX和Pn。下面對程式的架構進行分析。
在PLC中O100是程式的主體，它主要起兩個方面的作用，一方面是對程序的運行順序進行控制，另一方面是對程式的執行進行控制。PLC的O100程式中，基本和應用兩種指令僅有一組主程式，能夠對100組OX副程式進行控制，并提供I/O節點信號處理及Pn呼叫功能。鑒于此，需要先對O100主程式進行建立，然后在由其設定和啟動XO與Pn副程式。在對O100主程式進行設計時，可依據實際需要進行，并在其中直接設定運動指令的相關參數，同時還可對運動程式啟動的編號進行設定，從而對100組OX進行啟動控制。為了便于用戶使用，在O100主程式設計時，增設了一個特殊的暫存器，用戶通過它能夠自行對手動功能運功模式進行規劃。由于PLC中的O100僅有1組，因此不能被其它程序呼叫，但其能夠對OX和Pn副程式進行自由呼叫;OX除了能夠被O100和Pn呼叫之外，還能對Pn進行呼叫;Pn能夠被O100和OX呼叫，同時也能對OX進行呼叫。具體而言，在PLC當中主程式不能被副程式直接呼叫，兩者間為單向呼叫的關系，而副程式之間可以進行互相呼叫，兩者間為雙向聯系。主程式與副程式運動特性有所差別，其中O100是循環進行的，而OX和Pn則是預交一次執行一次。與本次設計選用的PLC控制器相對應的軟件為PMSoft，該軟件具有如下功能特點：變數宣告、編輯功能塊、完整監控、電子凸輪等。
3 結論
綜上所述，電子機械設備因其本身比較復雜，所以需要通過控制系統對其運行過程進行控制，從而保證設備的運行穩定、可靠。控制系統的設計具體包括兩個部分，一部分是主控系統，另一部軟件系統。本文針對這兩個部分的設計過程，對電子機械設備控制系統的設計進行了論述。該控制系統已在某企業的電子機械設備中進行了應用，自該系統應用之后，電子機械設備的運行穩定性和可靠性較之以往獲得了大幅度提升。可見，該控制系統具有一定的推廣使用價值。
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