CN106564741A - 利用plc控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法 - Google Patents

利用plc控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，利用光纤传感器对工件输送进行精确控制。在工件未到前，皮带输送机在PLC的控制下按照速度模式运行，当工件经过光纤传感器、光纤传感器发出上升沿信号时，PLC产生外部I/O中断，在硬件I/O中断程序中启动相对位移控制逻辑和指令，自动打断中断程序外部的速度指令，实现速度/位移模式的无缝切换，没有加减速影响，误差得以减小。其次，为了减小位置控制误差，对位移行程，速度、光纤传感器进光口直径以及传感器反应时间作探究，把这部分因素造成的误差作为补偿，计算到位移行程设置中。通过这个方法可以实现伺服电机速度、位移的直接切换，达到精确位置控制的目的。

Description

利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置 控制的方法
技术领域
本发明涉及自动化生产领域，尤其涉及一种自动化生产领域中的位置控制领域，具体是指一种利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法。
背景技术
近年来各行各业发展迅猛，相关工业生产需求也在快速增长，由于自动化技术局限性，各种电子元件工业生产的产能受限；如果能解决输送辊道上不停辊精确定位，那么就可以大大提高部分生产节拍，可以相当程度上提高工件运输的速率。本发明方法主要解决工件在皮带输送带上一种高速不停辊精、通过切换控制模式进行精确定位的方法。
在PLC控制系统程序执行的优先级中，中断程序的优先级较高是公知知识。
在近年来玻璃行业生产不断提高产能情况下，对于设备要求越来越高，需要设备不断提高生产节拍，才能满足工厂产能要求。那么，对于设备的控制系统和控制方法，都提出了更高的要求。之前的控制方式和方法，是需要有明显控制模式切换，如果控制精确要求很高，就需要时间来停辊、停止一种控制切换为另一种控制模式来实现，那么节拍相对来说就比较慢，难易满足产能需求。本方法可以实现速度-位置的无缝切换，还可以精确控制位置，提高生产节拍和产能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能大大提高好工件产能、对电子工件进行高速不停辊精确定位的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法。
本发明的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法具体如下：
本发明的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，基于光纤传感器，其主要特征在于，所述的PLC控制系统连接所述的皮带输送机，且该PLC控制系统与所述的光纤传感器通过I/O口相连接，所述的精确位置控制方法，包括以下步骤：
(1)所述的工件输送系统进行初始化启动，并通过所述的PLC控制系统对所述的皮带输送机的伺服电机进行启动控制，所述的伺服电机带动所述的皮带输送带运行在速度模式下；
(2)所述的皮带输送机上输送的工件经匀速运动到达光纤传感器的进光口处，所述的PLC控制系统的I/O口接收到由所述的光纤传感器产生的中断信号；
(3))该PLC控制系统进入中断处理操作，所述的中断处理操作通过相对位移控制逻辑和指令将所述的皮带输送机的速度模式切换为位移模式，所述的皮带输送机以位移模式运动，直至工件到达目的位置，所述的皮带输送机停止运送。
其中所述的步骤(1)之前还包括以下步骤：
(0)所述的PLC控制系统计算位移模式下工件的总行程。
其中所述的步骤(0)中的PLC控制系统根据以下公式计算位移模式下工件的总行程L：
L＝L1－D1/2－V1×t1；
其中，L为位移模式下工件运行的总行程，L1为所述的光纤传感器的中心点到工件需要精确停止的位置之间的距离，D1为所述的光纤传感器的进光口直径，V1为皮带输送机在速度模式时的运行速度，t1为所述的光纤放大器从接收到发生变化的光线到产生上升沿信号所需的反应时间，且L1、D1、V1和t1均为所述的PLC控制系统的已知量。
其中所述的步骤(1)中的速度模式下，所述的皮带输送机以V1的速度匀速运行。
其中中断处理操作中的参数由位移模式下工件的总行程L和所述的皮带输送机在速度模式下的运行速度V1所构成。
其中相对位移控制逻辑和指令的参数由所述的PLC控制系统给出，其中，位移模式下工件的总行程L根据以下公式计算得出：
L＝L1－D1/2－V1×t1。
其中所述的步骤(2)具体内容为：
(2.1)工件到达所述的光纤传感器中心点，所述的光纤传感器接收到的光线发生变化，该光纤传感器生成一个中断信号，并通过所述的PLC控制系统的I/O口将该中断信号传送给所述的PLC控制系统；
(2.2)所述的PLC控制系统接收到来自所述的光纤传感器的中断信号。
其中所述的步骤(2.1)中，所述的光纤传感器产生的中断信号为一上升沿信号。
其中所述的步骤(3)具体内容为：
(3.1)所述的PLC控制系统执行相对位移控制逻辑和指令，该PLC控制系统将所述的皮带输送机从速度模式切换为位移模式，且该PLC控制系统将位移模式下工件的总行程L和速度模式下的所述的皮带输送机的运行速度V1传递给相对位移控制逻辑和指令；
(3.2)所述的皮带输送机在位移模式下以速度V1匀速输送工件，直到工件的总行程达到L，所述的皮带输送机停止运送工件。
其中所述的PLC控制系统为西门子S7-1200PLC。
采用了该种利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，由于其在中断程序中启动PLC相对位移控制逻辑和指令，当工件经过光纤传感器的进光口且经过该进光口的圆心后，生成中断信号，PLC接收到中断信号后自动打断中断程序外部的速度指令，进入位移模式，实现速度模式-位移模式的无缝切换，没有加减速影响，位置控制的误差减小，且为了减小位置控制误差，对位移行程，速度、光纤传感器3的进光口直径以及传感器反应时间作深刻探究。经过相对精密的计算，把这部分因素造成的误差作为补偿，计算到位移行程设置中。通过这个方法可以实现伺服电机速度、位移的直接切换，达到精确控制工件1位置的目的。
附图说明
图1为本发明的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法的工件输送系统的结构示意图。
图2为本发明的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法在一种具体实施方式中工件输送系统的结构示意图
附图标记
1 工件
2 皮带输送机
3 光纤传感器
4 伺服电机
具体实施方式
为了能够更清楚的描述本发明的技术方案，下面结合具体实例来进行进一步的描述。
本发明的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，基于光纤传感器3，其主要特征是，所述的PLC控制系统连接所述的皮带输送机2，且该PLC控制系统与所述的光纤传感器3通过I/O口相连接，所述的精确位置控制方法的具体步骤如下：
(0)所述的PLC控制系统按以下算式计算位移模式下所述的皮带输送机2上工件1的总行程L：
L＝L1－D1/2－V1×t1；
其中，L为位移模式下工件1运行的行程，L1为所述的光纤传感器3的中心点到工件1需要精确停止的位置之间的距离1，D1为所述的光纤传感器3的进光口直径，V1为皮带输送机2在速度模式时的运行速度，t1为所述的光纤放大器从接收到发生变化的光线到产生上升沿信号所需的反应时间，且L1、D1、V1和t1均为所述的PLC控制系统的已知量；
(1)所述的精确位置控制方法的系统启动后，通过所述的PLC控制系统对所述的皮带输送机2的伺服驱动器进行启动控制，所述的皮带输送带3运行在速度模式下，该皮带输送机以V1的速度匀速运行；
(2)所述的皮带输送机2上输送的工件经匀速运动到达工作区域，所述的PLC控制系统的I/O口接收到中断信号；
(3)该PLC控制系统进入中断处理操作，所述的中断处理操作通过相对位移控制逻辑和指令控制所述的皮带输送机2切换速度模式为位移模式，相对位移控制逻辑和指令的参数由位移模式下工件的总行程L和所述的皮带输送机2在速度模式下的运行速度V1所构成，且由所述的PLC控制系统经由计算后给出，当工件到达目的位置时，所述的皮带输送机2停止运送。
且所述的步骤(2)具体内容为：
(2.1)工件1到达所述的光纤传感器3中心P1点，所述的光纤传感器3接收到的光线发生变化，该光纤传感器3生成一个中断信号，并通过与所述的PLC控制系统连接的I/O口将该中断信号传送给所述的PLC控制系统；
(2.2)所述的PLC控制系统接收到来自所述的光纤传感器3的中断信号。
且所述的步骤(3)中具体内容为：
(3.1)所述的PLC控制系统控制所述的皮带输送机2从速度模式切换为位移模式，该PLC控制系统执行相对位移控制逻辑和指令，且该PLC控制系统将位移模式下工件1的总行程L和速度模式下的所述的皮带输送机2的运行速度V1传递给相对位移控制逻辑和指令。
(3.2)所述的皮带输送机2在位移模式下以速度V1匀速输送工件，直到工件1的总行程达到L，所述的皮带输送机2停止运送。
在其中一种实施方式中，所述的光纤传感器3产生的中断信号为一上升沿信号。
在其中一种实施方式中，所述的PLC控制系统为西门子S7-1200PLC控制系统。
下面结合附图2，对本发明在高速下实施速度/位置模式切换时的精确位置控制的方法进行说明。
如图1所示，工件1需要精确停止在P2点，那么就需要准确计算出给定所述的皮带输送机2的伺服电机4运行的行程设置；其中，可以精确测量出P1传感器中心点至P2点长度为L1；传感器进光口直径D1，由于光纤传感器需要工件走过光纤传感器的进光口的中心位置(即圆心)才能发出信号，那么伺服电机4需要准确运行的行程L＝L1－D1/2－V1×t1；，t1是光纤放大器反应时间，即是从检测到工件1到发出信号反应时间。在此次的系统中光纤传感器的进光口直径为0.5mm，反应时间为250us＝0.25×10-3s。
当系统启动后，直接把伺服电机4运行在速度模式下，在没有检测到工件1到来之前，无法确定还需要运行的长度，因此只能在速度模式下运行伺服电机4。
传感器接入PLC的I/O口，当传感器的中断信号传给PLC后，PLC即进入中断处理操作启动相对位移控制逻辑和指令运行伺服电机4，直接把正在运行的速度指令打断，同时由于相对位移指令需要PLC扫描周期延续，所以，需要在主程序中调用相对位移指令，背景数据块与中断处理操作中相对位移指令中断数据块为同一个背景数据块。
该具体实施应用中，使用的PLC控制模块为西门子S7-1200PLC控制系统，该控制系统能够在中断子程序和循环程序对同一工艺对象用同一背景数据块，性能优越。
一种利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，分为位移模式总行程L的计算、中断处理操作的执行、主程序定位指令执行三个部分。
一个工作循环流程为：系统启动速度模式运行、中断处理操作被执行、启动位移指令、打断速度指令、同步主程序位移指令执行、停止。进入下一个工作循环流程。
采用了该种利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，由于其在中断程序中启动PLC相对位移控制逻辑和指令，当工件经过光纤传感器的进光口且经过该进光口的圆心后，生成中断信号，PLC接收到中断信号后自动打断中断程序外部的速度指令，进入位移模式，实现速度模式-位移模式的无缝切换，没有加减速影响，位置控制的误差减小，且为了减小位置控制误差，对位移行程，速度、光纤传感器3的进光口直径以及传感器反应时间作深刻探究。经过相对精密的计算，把这部分因素造成的误差作为补偿，计算到位移行程设置中。通过这个方法可以实现伺服电机4速度、位移的直接切换，达到精确控制工件1位置的目的。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，利用光纤传感器，其特征在于，所述的PLC控制系统连接所述的皮带输送机，且该PLC控制系统与所述的光纤传感器通过I/O口相连接，所述的精确位置控制方法，包括以下步骤：
(1)所述的工件输送系统进行初始化启动，并通过所述的PLC控制系统对所述的皮带输送机的伺服电机进行启动控制，所述的伺服电机带动所述的皮带输送带运行在速度模式下；
(2)所述的皮带输送机上输送的工件经匀速运动到达光纤传感器的进光口处，所述的PLC控制系统的I/O口接收到由所述的光纤传感器产生的中断信号；
(3)该PLC控制系统进入中断处理操作，所述的中断处理操作通过相对位移控制逻辑和指令将所述的皮带输送机速度模式切换为位移模式，所述的皮带输送机以位移模式运动，直至工件到达目的位置，所述的皮带输送机停止运送。
2.根据权利要求1所述的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，其特征在于，所述的步骤(1)之前还包括以下步骤：
(0)所述的PLC控制系统计算位移模式下工件的总行程。
3.根据权利要求2所述的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，其特征在于，所述的步骤(0)中的PLC控制系统根据以下公式计算位移模式下工件的总行程L：
L＝L1－D1/2－V1×t1；
其中，L为位移模式下工件运行的总行程，L1为所述的光纤传感器的中心点到工件需要精确停止的位置之间的距离，D1为所述的光纤传感器的进光口直径，V1为皮带输送机在速度模式时的运行速度，t1为所述的光纤放大器从接收到发生变化的光线到产生上升沿信号所需的反应时间，其中，L1、D1、V1和t1均为所述的PLC控制系统的已知量。
4.根据权利要求1所述的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中的速度模式下，所述的皮带输送机以V1的速度匀速运行。
5.根据权利要求1所述的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，其特征在于，中断处理操作中的参数由位移模式下工件的总行程L和所述的皮带输送机在速度模式下的运行速度V1所构成。
6.根据权利要求3和5中任一条所述的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，其特征在于，相对位移控制逻辑和指令的参数由所述的PLC控制系统给出，其中，位移模式下工件的总行程L根据以下公式计算得出：
L＝L1－D1/2－V1×t1。
7.根据权利要求1所述的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，其特征在于，所述的步骤(2)的具体内容为：
(2.1)工件到达所述的光纤传感器中心点，所述的光纤传感器接收到的光线发生变化，该光纤传感器生成一个中断信号，并通过所述的PLC控制系统的I/O口将该中断信号传送给所述的PLC控制系统；
(2.2)所述的PLC控制系统接收到来自所述的光纤传感器的中断信号。
8.根据权利要求7所述的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，其特征在于，所述的步骤(2.1)中，所述的光纤传感器产生的中断信号为一上升沿信号。
9.根据权利要求1所述的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，其特征在于，所述的步骤(3)的具体内容为：
(3.1)所述的PLC控制系统执行相对位移控制逻辑和指令，该PLC控制系统将所述的皮带输送机从速度模式切换为位移模式，且该PLC控制系统将位移模式下工件的总行程L和速度模式下的所述的皮带输送机的运行速度V1传送给相对位移控制逻辑和指令；
(3.2)所述的皮带输送机在位移模式下以速度V1匀速输送工件，直到工件的总行程达到L，所述的皮带输送机停止运送工件。
10.根据权利要求1所述的利用PLC控制系统对工件输送系统皮带输送机实现精确位置控制的方法，其特征在于，所述的PLC控制系统为西门子S7-1200PLC。
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