專利名稱：基于plc的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動(dòng)化控制系統(tǒng)，涉及一種基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)在自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用極為普遍，如XY工作臺，機(jī)械手，機(jī)械 臂，點(diǎn)膠機(jī)，滴塑機(jī)，澆注機(jī)，定位送料，輪切，飛剪，飛鋸等等，現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn) 包括以下幾個(gè)部分1、主控制器，完成人機(jī)交互，圖案數(shù)據(jù)處理，計(jì)算，存儲，有的系統(tǒng)還要完成插補(bǔ)計(jì) 算。實(shí)現(xiàn)平臺PC。2、運(yùn)動(dòng)控制，完成插補(bǔ)計(jì)算，脈沖輸出及與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器信號的連接，位置測量，邏 輯處理(限位信號，操作信號等)，實(shí)現(xiàn)平臺PC卡或獨(dú)立于PC自運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)控制器。3、驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平臺可采用步進(jìn)電機(jī)或交流伺服電機(jī)?，F(xiàn)有方法的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)如圖1所示，主控制器和運(yùn)動(dòng)控制是2套獨(dú)立的系統(tǒng)，主控制 器依靠PC平臺實(shí)現(xiàn)，其最大的缺點(diǎn)是PC系統(tǒng)眾所周知的不穩(wěn)定性，尤其在工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜的 電磁環(huán)境和廠房環(huán)境下，可靠性成為最大的問題，運(yùn)動(dòng)控制卡或運(yùn)動(dòng)控制器，是一個(gè)封閉的 系統(tǒng)，特殊需求所需要的更改變更是難以實(shí)現(xiàn)的，而且2套系統(tǒng)存在資源浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，以創(chuàng)新思維，構(gòu)建一個(gè)全新架構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控 制系統(tǒng)，開創(chuàng)性使用基于PLC的系統(tǒng)架構(gòu)，可靠，易用，系統(tǒng)可方便擴(kuò)展升級；同一平臺實(shí)現(xiàn) 用戶接口，便于用戶開發(fā)自己的控制程序；價(jià)格相對于現(xiàn)有系統(tǒng)非常便宜。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，由PLC、人機(jī)界面顯示屏、信號連接板相互連接架構(gòu)整 個(gè)系統(tǒng)；包括PLC硬件其內(nèi)安裝有PLC系統(tǒng)軟件、基于PLC運(yùn)動(dòng)控制軟件包及用戶自開發(fā)的控 制程序；人機(jī)界面顯示操作屏與PLC硬件連接；信號連接板與PLC硬件連接；XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器與信號連接板連接；操作按鈕與信號連接板連接；上述PLC硬件、人機(jī)界面顯示操作屏、信號連接板、XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器、操作按鈕安裝 在一控制箱內(nèi)；所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括XYZUV軸電機(jī)與XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器對應(yīng)連接；位置測量元件與信號連接板連接；上述控制箱、XYZUV軸電機(jī)、位置測量元件安裝在相關(guān)機(jī)器上。
所述的PLC硬件和人機(jī)界面之間以RS232標(biāo)準(zhǔn)通信方式連接；PLC硬件和信號連 接板之間以線束和接插件方式連接；信號連接板和XYZUV驅(qū)動(dòng)器之間以線束和接插件方式 連接；位置測量元件，操作按鈕以端子連接方式連接到信號連接板?？刂葡到y(tǒng)軟件包括安裝在PLC硬件內(nèi)存的PLC系統(tǒng)軟件、基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系 統(tǒng)軟件包、用戶自開發(fā)的控制程序及安裝在人機(jī)界面硬件內(nèi)存中的人機(jī)界面系統(tǒng)軟件及人 機(jī)界面軟件。所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工作流程和操作方法如下(1)運(yùn)動(dòng)軌跡錄入通過在人機(jī)界面上的觸摸操作，以圖案示教方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌 跡的錄入和編輯，支持的圖案元素包括點(diǎn)、直線、3點(diǎn)圓弧、3點(diǎn)圓、折線、多點(diǎn)曲線(5次多 項(xiàng)式擬合)、特殊功能(用戶自定義)，所有操作是在人機(jī)界面軟件和PLC軟件的支持下進(jìn) 行的，錄入的數(shù)據(jù)保存在PLC內(nèi)存，人機(jī)界面完成畫面的顯示和操作動(dòng)作的傳送。(2)數(shù)據(jù)處理PLC按輸入圖案規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡，完成插補(bǔ)計(jì)算，生成運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，生成 的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)保存在PLC內(nèi)存。(3)操作控制PLC根據(jù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，按照操作指令，自動(dòng)控制XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器和電機(jī) 完成軌跡運(yùn)動(dòng)和自定義的動(dòng)作。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明開創(chuàng)性使用基于PLC的系統(tǒng)架構(gòu)。單一硬件平臺實(shí)現(xiàn) 全部系統(tǒng)架構(gòu)和系統(tǒng)功能。核心是“基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件包”，以PLC架構(gòu)整個(gè)系 統(tǒng)，在業(yè)界是沒有先例的。單一平臺實(shí)現(xiàn)用戶接口，便于用戶方便的開發(fā)自己的控制程序， 即用PLC直接編程，不需要任何編譯、鏈接、轉(zhuǎn)換等的PC編程步驟。具有可靠性的優(yōu)勢及價(jià) 格的優(yōu)勢。


圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明軟件結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖2-圖4所示，基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括PLC硬件1 其內(nèi)安裝有PLC系 統(tǒng)軟件11、基于PLC運(yùn)動(dòng)控制軟件包12及用戶自開發(fā)的控制程序13 ；人機(jī)界面顯示操作 屏2 與PLC硬件1連接；信號連接板3 與PLC硬件1連接；XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器4 與信號連接 板3連接；操作按鈕5 與信號連接板3連接；上述PLC硬件1、人機(jī)界面顯示操作屏2、信號 連接板3、XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器4、操作按鈕5安裝在一控制箱內(nèi)；所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括 XYZUV軸電機(jī)6 與XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器4對應(yīng)連接；位置測量元件7 與信號連接板3連接上述 控制箱、XYZUV軸電機(jī)、位置測量元件安裝在相關(guān)機(jī)器上。所述的PLC硬件1和人機(jī)界面2之間以RS232標(biāo)準(zhǔn)通信方式連接；PLC硬件1和 信號連接板3之間以線束和接插建方式連接；信號連接板3和XYZUV驅(qū)動(dòng)器4之間以線束 和接插件方式連接；位置測量元件7，操作按鈕5以端子連接方式連接到信號連接板3。
控制系統(tǒng)軟件包括安裝在PLC硬件1內(nèi)存的PLC系統(tǒng)軟件11、基于PLC的運(yùn)動(dòng) 控制系統(tǒng)軟件包12、用戶自開發(fā)的控制程序13及安裝在人機(jī)界面硬件2內(nèi)存中的人機(jī)界面 系統(tǒng)軟件21及人機(jī)界面軟件22。所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工作流程和操作方法如下(1)運(yùn)動(dòng)軌跡錄入通過在人機(jī)界面上的觸摸操作，以圖案示教方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌 跡的錄入和編輯，支持的圖案元素包括點(diǎn)、直線、3點(diǎn)圓弧、3點(diǎn)圓、折線、多點(diǎn)曲線(5次多 項(xiàng)式擬合)、特殊功能(用戶自定義)，所有操作是在人機(jī)界面軟件和PLC軟件的支持下進(jìn) 行的，錄入的數(shù)據(jù)保存在PLC內(nèi)存，人機(jī)界面完成畫面的顯示和操作動(dòng)作的傳送。(2)數(shù)據(jù)處理PLC按輸入圖案規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡，完成插補(bǔ)計(jì)算，生成運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，生成 的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)保存在PLC內(nèi)存。(3)操作控制PLC根據(jù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，按照操作指令，自動(dòng)控制XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器和電機(jī) 完成軌跡運(yùn)動(dòng)和自定義的動(dòng)作。本發(fā)明是基于PLC平臺，包括編程和控制2個(gè)部分。將主控制器和運(yùn)動(dòng)控制器二 部分合二為一，全部由PLC代替和實(shí)現(xiàn)。PLC是針對于工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而開發(fā)的，所以其可靠性是不容質(zhì)疑的，并得到所有使 用者的認(rèn)可，PLC的芯片和系統(tǒng)雖然是專用的和封閉的，但其提供給開發(fā)者的平臺是非常開 放和友好的，也是非常容易使用的，PLC行業(yè)是非常成熟的產(chǎn)業(yè)，競爭充分，所以不存在壟 斷，價(jià)格合理，貨源充足，隨著微電子技術(shù)和芯片設(shè)計(jì)制造技術(shù)的進(jìn)步，PLC的技術(shù)也隨之進(jìn) 步，現(xiàn)在的PLC已不是傳統(tǒng)意義上的“programlogic controller”，而是基于專用芯片，運(yùn) 行速度快，具有強(qiáng)大計(jì)算能力，并內(nèi)置了高速計(jì)數(shù)器、脈沖輸出、通信、模擬量處理等等的工 業(yè)應(yīng)用中常用的功能。但是PLC在人們的觀念里仍然是不適合做大量計(jì)算、人機(jī)交互、繪 圖、運(yùn)動(dòng)控制等，其原因在于，PLC提供的編程工具和PC平臺上的編程工具風(fēng)格迥異，比如， PLC的內(nèi)存是線型實(shí)地址，PC是虛擬地址，PLC只有簡單的算數(shù)函數(shù)，而PC具有全面的計(jì)算 函數(shù)，PLC沒有繪圖、人機(jī)交互的函數(shù)工具，而PC這方面的功能強(qiáng)大，等等。我們經(jīng)過深入的 研究，覺得所有的問題在于PLC與人們之間缺少一個(gè)橋梁，而這個(gè)橋梁主要是依賴于數(shù)學(xué) 和數(shù)字邏輯及最基礎(chǔ)的內(nèi)存管理方面的，所以，我們通過一系列數(shù)學(xué)工具和算法，和通過深 入研究而的得到的內(nèi)存管理方面的技術(shù)和方法，編制了一套程序，使PLC能方便的計(jì)算、人 機(jī)交互，并能完成運(yùn)動(dòng)控制所需要的復(fù)雜的插補(bǔ)計(jì)算等，所有這些內(nèi)容經(jīng)封裝后，構(gòu)成“基 于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件包”，和PLC捆綁后，就使PLC變身為具有強(qiáng)大功能的運(yùn)動(dòng)控制 平臺了。其具有如下功能1、人機(jī)交互即運(yùn)動(dòng)軌跡的錄入、編輯、儲存，支持的圖案元素包括點(diǎn)、直線、3點(diǎn) 圓弧、3點(diǎn)圓、折線、多點(diǎn)曲線、特殊功能(用戶自定義)，輸入方法為引導(dǎo)示教式。2、數(shù)據(jù)處理按輸入圖案規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡，完成插補(bǔ)計(jì)算，數(shù)據(jù)存儲。3、操作控制脈沖輸出及與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器信號的連接，所有信號通過1塊PCB電路板 連接，簡潔清晰的布線；位置測量，邏輯處理(限位信號，操作信號等)。4、CAD圖生成的GM代碼接收功能(通過USB)。5、輸入數(shù)據(jù)的USB拷貝功能。6、用戶接口。
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本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、開創(chuàng)性使用基于PLC的系統(tǒng)架構(gòu)。充分利用PLC的可靠性和編程的簡單便利性， 核心是“基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件包”，基于本軟件包，用戶至需要使用簡單的PLC編程 軟件，即可完成用戶具體應(yīng)用程序的編制，即實(shí)現(xiàn)單一硬件平臺實(shí)現(xiàn)全部系統(tǒng)架構(gòu)。2、可靠，易用，系統(tǒng)可方便擴(kuò)展升級。3、同一平臺實(shí)現(xiàn)用戶接口，便于用戶開發(fā)自己的控制程序。4、價(jià)格相對于現(xiàn)有系統(tǒng)非常便宜。
權(quán)利要求
1.基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于由PLC、人機(jī)界面顯示屏、信號連接板相互連 接架構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)；包括PLC硬件其內(nèi)安裝有PLC系統(tǒng)軟件、基于PLC運(yùn)動(dòng)控制軟件包及用戶自開發(fā)的控制程序；人機(jī)界面顯示操作屏與PLC硬件連接；信號連接板與PLC硬件連接；XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器與信號連接板連接；操作按鈕與信號連接板連接；上述PLC硬件、人機(jī)界面顯示操作屏、信號連接板、XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器、操作按鈕安裝在一 控制箱內(nèi)；所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括XYZUV軸電機(jī)與XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器對應(yīng)連接；位置測量元件與信號連接板連接；上述控制箱、XYZUV軸電機(jī)、位置測量元件安裝在相關(guān)機(jī)器上。
2.如權(quán)利要求1所述的基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的PLC硬件和人 機(jī)界面之間以RS232標(biāo)準(zhǔn)通信方式連接；PLC硬件和信號連接板之間以線束和接插件方式 連接；信號連接板和XYZUV驅(qū)動(dòng)器之間以線束和接插件方式連接；位置測量元件，操作按鈕 以端子連接方式連接到信號連接板。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于控制系統(tǒng)軟件包 括安裝在PLC硬件內(nèi)存的PLC系統(tǒng)軟件、基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件包、用戶自開發(fā)的 控制程序及安裝在人機(jī)界面硬件內(nèi)存中的人機(jī)界面系統(tǒng)軟件及人機(jī)界面軟件。
4.如權(quán)利要求1或2所述的基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的運(yùn)動(dòng)控制 系統(tǒng)工作流程和操作方法如下(1)運(yùn)動(dòng)軌跡錄入通過在人機(jī)界面上的觸摸操作，以圖案示教方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡的 錄入和編輯，支持的圖案元素包括點(diǎn)、直線、3點(diǎn)圓弧、3點(diǎn)圓、折線、多點(diǎn)曲線(5次多項(xiàng)式 擬合)、特殊功能(用戶自定義)，所有操作是在人機(jī)界面軟件和PLC軟件的支持下進(jìn)行的， 錄入的數(shù)據(jù)保存在PLC內(nèi)存，人機(jī)界面完成畫面的顯示和操作動(dòng)作的傳送。(2)數(shù)據(jù)處理PLC按輸入圖案規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡，完成插補(bǔ)計(jì)算，生成運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，生成的運(yùn) 動(dòng)數(shù)據(jù)保存在PLC內(nèi)存。(3)操作控制PLC根據(jù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，按照操作指令，自動(dòng)控制XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)完成 軌跡運(yùn)動(dòng)和自定義的動(dòng)作。
全文摘要
基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括PLC硬件其內(nèi)安裝有PLC系統(tǒng)軟件、基于PLC運(yùn)動(dòng)控制軟件包及用戶自開發(fā)的控制程序；人機(jī)界面顯示操作屏與PLC硬件連接；信號連接板與PLC硬件連接；XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器與信號連接板連接；操作按鈕與信號連接板連接；上述PLC硬件、人機(jī)界面顯示操作屏、信號連接板、XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器、操作按鈕安裝在一控制箱內(nèi)；所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括XYZUV軸電機(jī)與XYZUV軸驅(qū)動(dòng)器對應(yīng)連接；位置測量元件與信號連接板連接；上述控制箱、XYZUV軸電機(jī)、位置測量元件安裝在相關(guān)機(jī)器上；本發(fā)明開創(chuàng)性使用基于PLC的系統(tǒng)架構(gòu)，可靠，易用。
文檔編號G05B19/414GK102109835SQ200910113080
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者李乃剛, 楊東生 申請人:廈門至工機(jī)電有限公司