作者：张 鑫
来源：《科技视界》 2014年第28期
张 鑫
（南京工程高等职业学校电子工程系，江苏 南京 210000）定位片
【摘 要】本文主要介绍了一种无线遥控的双轴联动跟随系统的设计。整个系统的主控制单元采用三菱FX2N-32MR PLC，跟随控制单元采用三菱FX2N-20GM跟随机构模块，远程遥控信号处理采用PT2262/2272编码芯片。设计中根据机械结构的需要，将本系统的运动分解成了X轴及Y轴两个方向，分别为各方向选定了配套伺服电机、伺服放大器，并设定了伺服系统、定位单元模块、信号传感器等设备的使用参数，通过若干传感器的配合，对两个方向进行跟踪控制、差补运算，最终达成对系统装置工作台上圆周运动物件的跟随运动。 【关键词】无线遥控；双轴；PLC；定位PLC
1 多轴联动控制
1.1 多轴联动控制的特点分析
在日常工业生产中常采用两轴或多轴进行机械零件加工。多轴加工准确地说应该是多坐标联动加工，其在数控机械制造领域已经被广泛运用，使得机械制造过程发生了显著变化。采用多轴联动加工及控制，具有如下几个特点[1]：
（1）减少基准转换，提高加工精度。多轴控制的工序集成化不仅提高了工艺的有效性，而且由于在整个控制过程中不需多次调整，控制精度更容易得到保证。
（2）缩短加工、生产过程链，简化生产管理。多轴联动控制的运用大大缩短了生产过程链，而且由于只把加工任务交给一个工作岗位，不仅使生产管理和计划调度简化，而且透明度明显提高。生产控制要求越复杂，它相对传统工序分散的处理方式的优势就越明显。同时由于控制过程的缩短，制品数量必然减少，可以简化生产管理，从而降低了生产运作和管理的成本。
（3）缩短新产品研发周期。对于航空航天、汽车等领域的企业，有的新产品零件及成型模具形状很复杂，精度要求也很高，由于多轴联动的加工具有叫高的集成性和精确性，所以采用这种控制加工方式可以完成复杂零件的加工，解决零件高柔性、高精度、高集成性和高完整加工性的精度和周期问题，大大缩短研发周期和提高新产品的成功率。
1.2 无线遥控双轴联动跟随系统
本次设计的系统能够使装置进行圆周运动，并且可以对装置中运转的部件进行追踪定位，进而调整相应转动的速度，同时可以进行部件的跟随运动。由于为圆周运动，所以将整个系统分解成X轴和Y轴两个方向的双轴系统进行研究，分别为各轴选定了配套伺服电机、伺服放大器。整个系统的主控制单元采用三菱FX2N-32MR PLC，跟随控制单元采用三菱FX2N-20GM跟随机构模块，远程遥控信号处理采用PT2262/2272编码芯片。在设定了伺服系统、定位单元模块、信号传感器等设备的使用参数，并在若干传感器的配合下，进行跟踪控制、差补运算，最终达成对系统装置工作台上圆周运动物件的跟随运动。
2 无线遥控双轴联动跟随系统的设计
2.1 系统模型
双轴联动跟随系统是由工作盘、工作盘运动控制系统、跟随装置、跟随装置控制系统、人机界面、遥控装置组成。
2.1.1 工作盘
工作盘是由直径300mm厚度8m的有机玻璃板制作而成。工作盘运动控制机构由380V交流电机、减速比为1:10的减速机、三菱E-700变频器、FX2N-32MR PLC 组成。
2.1.2 跟随装置
跟随装置是由3个丝杠组成。 由于机械强度及运转可靠性的要求，X轴由两个平行丝杠固定，其中一个为主动驱动轴，另一个为从动轴，驱动轴和从动轴之间由同步带同步；Y轴平面装有霍尔传感器；下方为旋转工作盘。
跟随装置控制系统是由霍尔磁性传感器、SNC D-Z73磁性传感器、极限开关、三菱MR-J3-10A伺服放大器（Y轴）、三菱MR-J3-20A伺服放大器（X轴）、三菱HF-KP13伺服电机（Y轴）、三菱HF-KP23（X轴）伺服电机、FX2N-32MR PLC、FX2N-20GM组成。
图1 双轴联动跟随系统机构成品
2.1.3 人机界面及遥控装置
人机界面是由三菱GT1155-QSBD-C触摸屏构成。遥控装置采用PT2262/2272编码芯片进行信号发射及接受处理。
2.2 三菱PLC的设置
三菱FX系列PLC在进行计算机链接（专用协议）和无协议通讯（RS指令）时均需对通讯格式（D8
120）进行设定[2]。其中包含有波特率、数据长度、奇偶校验、停止位和协议格式等。在修改了D8120的设置后，确保关掉PLC的电源，然后再打开。在这里对D8120设置如下：
表1 D8120参数设定
蒸汽回收机 即数据长度为7位，偶校验，2位停止位，波特率为9600bps，无标题符和终结符，没有添加和校验码，采用无协议通讯（RS485）。PLC接线图如图2所示：
图2 PLC接线图皮诺敛酸
2.3 FX2N-20GM通讯模块的设置
当FX2N-20GM定位单元被连接到FX2N-48MR可编程序控制器上后，就可以设定诸如位移、操作速度之类的定位数据，还可以监控当前位置。
本系统所运用FX2N-20GM定位单元主要配置图如图3所示。
通过定位单元内部的缓冲存储器来使用可编程序控制器FROM/TO指令就可以与可编程序控制器进行通信。
图4显示了可编程序控制器和定位单元之间的通信。
图3 FX2N-20GM定位单元主要配置图
FROM：指令把BFM 中的内容读到可编程序控制器中。
TO：指令把可编程序控制器中的内容写入BFM 中[3]。
当执行顺序程序中的FROM或TO指令时，就会在可编程序控制器和定位单元之间进行通信。这时，定位单元可能处于MANU模式或AUTO模式下，缓冲存储器与定位单元中的特殊Ms和特殊Ds互锁。当缓冲存储器中的内容改变时，特殊Ms和特殊Ds中的内容也会发生改变，定位单元自动在它们之间进行通信。
孔刚玉
图4 可编程序控制器和定位单元之间的通信
掘进机液压泵 2.4 无线电遥控设置
PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。
图5 PT2262引脚图
图6 PT2272引脚图
编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。
在本设计中，采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262码PT2272的1～8 脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接电源正极、接地三种状态，3的8次方为 6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用。
本次系统设计将PT2272工作电压设定在3-5V，最低工作电压设定为2.4V，以保证控制装置的正常运行。特别需要注意2272的地址端高电平不得超过18脚的工作电压。
2.5 系统流程与主要配置参数
工作盘是由交流变频控制，工作盘上可用双面胶固定多个磁钢（?覫8）；上端为X、Y十字工作台（伺服电机控制），下方为旋转工作盘，工作盘由交流电机（电机的速度由变频器控制）带着转动。工作时，在工作盘放入磁钢，当工作盘转动时，Y轴下部安装的霍尔磁性传感器须一直能够对应到磁钢（X、Y轴随动，传感器保持检测到磁钢而不脱开，如果脱开即告失败）。
系统工作开始，HMI（遥控器）给予32MR PLC自动开始运行信号，32MR PLC使用FROM/TO指令通过缓存存储器给FX2N-20GM PLC通讯进行写入/读出操作使得20GM开始自动运行；HMI（遥控器）给予32MR PLC正转信号，32MR PLC使用RS指令通过485模块通讯给变频器使变频器以原始速度进行正转。在运行中20GM将根据32MR PLC写入的速度、坐标数据进行自动差补运算然后输出给伺服放大器,从而进行跟随运动。
ic卡智能门锁 图7 PLC流程图
图8 系统框图
为达到以上跟随运动的功能，本次设计针对主要元器件进行了必要的参数设定，经过反复检测和实验，选取伺服电机、交流电机，定位模块等主要部件，并对其参数设置如下[4-5]：
表2 主要设备及元器件
表３ 伺服系统参数配置
表４ 定位单元参数设置
3 设计结论分析
以上为本次所研究设计的无线遥控双轴联动跟随系统，利用三菱FX2N-20GM模块的差补运算功能，以新思路解决了对做圆周运动物件的定位及跟随问题，并且系统具有远程遥控功能，为工程的实际运用提供了技术可能。但本次设计运动的速度上限较慢，当旋转速度过高后将出现跟随运动严重滞后的现象，次类问题将在今后继续深入，等待解决。
【参考文献】
［１］刘鸿雁.多轴联动系统控制加工的发展前景[J].陕西:西安理工大学学报,2008,6.
［２］宋伯生．PLC编程实用指南[M]．北京:机械工业出版社,2007,7.
［３］钱锐,徐峰.PLC应用技术[M].北京:科学出版社,2005,1.
［４］王卫兵.可编程序控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2002,4.
［５］于庆广.可编程序控制器原理及系统设[M].北京:清华大学出版社,2004,2.
［责任编辑：汤静］
