專利名稱:一種用于實現(xiàn)雙軸同步控制的plc的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于實現(xiàn)雙軸同步控制的PLC，包括主控單元，其特征在于，還包括同步控制單元，主控單元連接人機(jī)交互單元；同步控制單元至少包括高速計數(shù)器模塊、同步算法處理模塊及高速脈沖輸出模塊，由高速計數(shù)器模塊對與主軸及從軸相連的編碼器的脈沖信號進(jìn)行精確計數(shù)，由高速脈沖輸出模塊向主軸及從軸輸出控制其動作的脈沖信號。本實用新型提供了一種具有脈沖同步輸出功能的低成本通用型小型PLC，指令功能采用和主CPU的分離設(shè)計，同步功能在FPGA中執(zhí)行完成，而不影響整個PLC的掃描周期，使得同步功能響應(yīng)速度快。
【專利說明】一種用于實現(xiàn)雙軸同步控制的PLC

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種利用PLC實現(xiàn)主軸與從軸同步控制的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]PLC(可編程控制器)由于在惡劣的環(huán)境中工作可靠性高，實時性好，功能強(qiáng)大，使用方便，所以被廣泛應(yīng)用于實際工程中。高速脈沖輸出功能和高速計數(shù)器功能是PLC在位置控制和運動控制領(lǐng)域中的重要組成部分。通過高速脈沖輸出來驅(qū)動電機(jī)，利用脈沖編碼器可以采樣電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向，轉(zhuǎn)化為脈沖形式，然后通過高速計數(shù)器對其高頻率的脈沖進(jìn)行精確的計數(shù)，從而實現(xiàn)PLC對電機(jī)的控制。具備這兩種功能的PLC可以應(yīng)用在位置控制和運動控制如紡織機(jī)械、小型包裝機(jī)械等各個工業(yè)領(lǐng)域。
[0003]在上述位置控制和運動控制的閉環(huán)控制中，特別是用于兩個獨立電機(jī)間的同步控制，需要PLC多條指令的配合。通過PLC的高速計數(shù)器采集裝在電機(jī)上旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)據(jù)，得到電機(jī)的速度信息。然后在PLC程序中加入計算過程，再通過PLC的高速脈沖輸出將計算結(jié)果通過脈沖形式輸出到驅(qū)動電機(jī)。這樣的做法PLC程序量比較大，更重要的是，PLC采用順序掃描的方式執(zhí)行指令，采用多條分離指令的方式會大大增加PLC掃描周期的時間，使得運動控制的輸出滯后于輸入的變化，同步性不好。實際控制效果不理想，例如會使生產(chǎn)線傳送帶堆料或者產(chǎn)生牽拉傳送帶現(xiàn)象。
[0004]另外目前多數(shù)PLC的高速計數(shù)器功能和高速脈沖輸出功能集成在主CPU中，占用主CPU的資源，影響整個PLC的掃描周期，使得輸出滯后于輸入現(xiàn)象更加明顯，這大大縮小了此種PLC的使用范圍。并且即便是一些進(jìn)口的PLC在多個端口同時工作時，標(biāo)稱的最高頻率就大打折扣，往往幾路同時使用，實際頻率只能達(dá)到最高頻率的幾分之一，這在他們的說明書和技術(shù)參數(shù)上都有說明。
[0005]為了達(dá)到兩個或多個獨立電機(jī)間同步控制的目的，在需要高精度同步控制的場合，就不得不選用價格昂貴的專用同步控制器，或者需要PLC編寫復(fù)雜的同步算法應(yīng)用程序，并且?guī)в歇毩⒌倪\動控制模塊、高速計數(shù)器模塊。這大大的增加了整個系統(tǒng)的成本，對資源造成了很大的浪費。如實用新型專利:一種伺服調(diào)速PLC控制的定尺飛鋸機(jī)控制系統(tǒng)(201010567491.X)，為了完成從軸同步主軸的功能，采用了西門子的中型PLC主機(jī)CPU315-2DP和一個高速計數(shù)擴(kuò)展模塊FM350-2以及帶prof ibus通信功能的伺服驅(qū)動器，這一套系統(tǒng)的價格非常昂貴。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種在低成本的前提下實現(xiàn)雙軸同步控制的 PLCo
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是提供了一種用于實現(xiàn)雙軸同步控制的PLC，包括主控單元，其特征在于，還包括同步控制單元，主控單元連接人機(jī)交互單元；同步控制單元至少包括高速計數(shù)器模塊、同步算法處理模塊及高速脈沖輸出模塊，由高速計數(shù)器模塊對與主軸及從軸相連的編碼器的脈沖信號進(jìn)行精確計數(shù)，由高速脈沖輸出模塊向主軸及從軸輸出控制其動作的脈沖信號。
[0008]優(yōu)選地，所述同步控制單元還包括通信控制模塊，所述主控單元與所述同步控制單元之間通過該通信控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。
[0009]本實用新型提供了一種具有脈沖同步輸出功能的低成本通用型小型PLC，指令功能采用和主CPU的分離設(shè)計，同步功能在FPGA中執(zhí)行完成，而不影響整個PLC的掃描周期，使得同步功能響應(yīng)速度快。

【附圖說明】

[0010]圖1為本實用新型的PLC的設(shè)計框圖。

【具體實施方式】
[0011]為使本實用新型更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0012]本實用新型提供的一種實現(xiàn)雙軸同步控制的方法僅使用一條指令即可完成主從軸同步功能。本實用新型中的PLC主機(jī)采用主控單元及同步控制單元，本實施例中，主控單元由ARM芯片實現(xiàn)，同步控制單元由大容量可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)。FPGA負(fù)責(zé)高速脈沖輸入采樣、同步算法處理以及高速脈沖輸出等功能。同步功能的實現(xiàn)在FPGA中完成，和主芯片ARM的分離設(shè)計大大減輕了主芯片的工作量，減少了整個PLC的掃描周期。
[0013]如圖1所示，在本實施例中，F(xiàn)PGA主要分成4個大的模塊。高速計數(shù)器模塊對編碼器的脈沖信號進(jìn)行精確的計數(shù)，驅(qū)動主軸及從軸的電機(jī)G通過編碼器M將運動轉(zhuǎn)化為脈沖信號輸入FPGA。通信模塊主要負(fù)責(zé)FPGA和主芯片ARM的數(shù)據(jù)交換。ARM根據(jù)用戶設(shè)定的同步參數(shù)傳送給FPGA，通信模塊將收到的這些參數(shù)分別傳送給高速計數(shù)器模塊、高速脈沖輸出模塊和同步算法處理模塊。最終又將實時數(shù)據(jù)和處理結(jié)果傳回到ARM主控制器，用戶可對指令進(jìn)行監(jiān)控，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。同步算法處理模塊將高速計數(shù)模塊采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計算出主軸實時的運行頻率、運行距離，再通過特定的算法計算出從軸應(yīng)當(dāng)維持怎樣的頻率保持和主軸同步。并且，同步算法處理模塊有預(yù)判功能，根據(jù)一段時間主軸的運行和用戶輸入的參數(shù)，事先計算從軸的運行參數(shù)。這種算法使得從軸同步精度高，延時小。最終同步算法處理模塊將從軸的跟隨頻率和跟隨距離實時發(fā)送給高速脈沖輸出模塊。這樣就完成了一個同步周期的工作。
【權(quán)利要求】
1.一種用于實現(xiàn)雙軸同步控制的PLC，包括主控單元，其特征在于，還包括同步控制單元，主控單元連接人機(jī)交互單元；同步控制單元至少包括高速計數(shù)器模塊、同步算法處理模塊及高速脈沖輸出模塊，由高速計數(shù)器模塊對與主軸及從軸相連的編碼器的脈沖信號進(jìn)行精確計數(shù)，由高速脈沖輸出模塊向主軸及從軸輸出控制其動作的脈沖信號。2.如權(quán)利要求1所述的一種用于實現(xiàn)雙軸同步控制的PLC，其特征在于:所述同步控制單元還包括通信控制模塊，所述主控單元與所述同步控制單元之間通過該通信控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。
【文檔編號】G05B19-18GK204270103SQ201420542099
【發(fā)明者】琚長江, 應(yīng)成, 薛吉, 侯金華, 程睿遠(yuǎn) [申請人]上海電器科學(xué)研究院, 上海電器科學(xué)研究所（集團(tuán)）有限公司