张志敏，路敦民，张厚江，王天伟
（北京林业大学工学院，北京 100083）
摘要：目前各工厂对人造板的力学性能检测均采用人工静态破坏性检测方法，存在效率低、不方便、工作量大等缺点。设计了基于PLC的人造板力学性能检测运动控制系统，可实现被检测人造板的全自动化搬运。所设计的控制系统经实际使用，满足人造板快速、自动化搬运的要求，可显著地提高人造板的检测效率。
关键词：PLC；运动控制；人造板；检测样机 中图分类号：TP273
0 引言
随着人造板产业的不断发展，国内现有人造板企业已达1万多家，产能超过2亿立方米，是世界人造板生产、消费和进出口贸易的第一大国。但目前各生产厂家在检测木材力学性能时还是采用人工静态破坏性检测方法，该检测方法不仅检测效率低下，而且浪费率很高，属于粗放型生产。为改变这一现状，本研究在已有人造板检测样机的基础上基于可编程控制器
(PLC)设计运动控制系统，实现人造板的全自动搬运，节省人力，提高生产效率。
1 人造板力学性能检测样机介绍
人造板力学性能检测样机有3大工作区，分别为待检区、检测区以及放料区，实物如图1所示。其具有两大功能，分别为人造板的搬运以及人造板的检测。本文主要介绍人造板的搬运过程，其采用吸盘将人造板从待检区运送到检测区，待检测完毕后，再将人造板运送到放料区。其运动示意图如图2所示。
具体的运动过程为：启动Z轴伺服电机带动吸盘由A1运动到A2，吸盘吸附人造板由A2运动到A1;然后启动X轴伺服电机带动吸盘及人造板由A1运动到B1，即运动到检测位；开启Z轴伺服电机带动吸盘及人造板由B1运动到B2，将人造板放置到检测位，然后带动吸盘由B2运动到B3进行等待，当人造板检测完毕，Z轴电机带动吸盘由B3运动到B2，吸盘吸附人造板，然后带动人造板由B2运动到B1开启X轴伺服电机，带动吸盘及人造板由B1运动到C1;启动Z轴伺服电机带动人造板由C1运动到C2，将人造板放置到放料区，然后带动吸盘由C2运动到C1。最后启动X轴伺服电机，带动吸盘由C1运动到A1，即返回原点。至此，完成一次人造板搬运。本研究设计的基于PLC的运动控制系统能够实现人造板的全自动搬运，节省检测时间，提高生产效率。
2 系统硬件设计
本文研究的运动控制系统由PC机、台达PLC（型号为DVP48EHOOT3）、台达伺服电机(型号为EC-MA-C30604PS)，两个台达伺服驱动器(型号为ASD-A2-1521-M)、直流电源ABL2REM24020、直流电源NES-200-24、两个测距传感器LE550等组成，硬件连接方式如图3所示。
其中台达PLC和台达伺服驱动器CN3接口之间通过RS485数据总线连接，X轴台达伺服驱动器CN1接口的第7、5、3、1、28管脚分别连接PLC的X16、X17、X20、X21、X22输入接口，分别代表X轴电机准备就绪、X轴运行到位、X轴回零到位、X轴驱动器报警、X轴备用；Z轴台达伺服驱动器CN1接口的第7、5、3、1管脚分别连接PLC的X23、X24、X25、X26（这只有4个接口）输入接口，分别代表Z轴电机准备就绪、Z轴运行到位、Z轴回零到位和Z轴驱动器报警。X轴和Z轴伺服驱动器的CN2接口连接电机的编码器，回传电机转速。
3 系统软件设计
本文研究的运动控制系统软件分为控制层和现场层两层。其中控制层采用台达PLC编程软件ISP-Soft2. 38编写，可以实现：伺服电机的启停；X轴和Z轴的协调运动；电机高、中、低速的选择；手动／自动运行设定。现场层由伺服驱动器、伺服电机及测距传感器组成，实现人造板力学性能检测样机的全自动运行。本文根据设计目的对该运动系统进行模块化设计，即分为PLC与伺服驱动器通信模块、X轴及Z轴运动控制模块、回零模块及速度模块4大部分，下面分别做介绍。
3.1 PLC与伺服驱动器通信模块
PLC与X轴及Z轴伺服驱动器之间通过RS485总线连接，实现伺服电机运动参数的写入及读取。伺服驱动器和PLC之间通信必须事先设定伺服驱动器的相关通信参数，设定参数如表1所示。
实现PLC与伺服驱动器通信的程序如图4所示。
3.2 X轴及Z轴运动控制模块
通过PLC向伺服驱动器发送运动控制指令，控制X轴及Z轴的电机协调运动完成人造板的全自动搬运，本设计中伺服驱动器采用位置控制模式，由于要搬运不同类型的人造板，因此Z轴电机每次运动的距离均不同，本设计采用两个测距传感器，分别安装在待检位和放料位，每次下降之前都要将运动的距离传输到伺服驱动器的特定位置命令缓存器中，即(P6-00．P6-01)到(P7-23，P7-24)中。其实现程序如图5、图6所示。
3.3 回零模块
本设计中设置的回零模块有两个作用：①由于机械结构存在一定的误差，因此每次搬运结束机构总会与初始位置有偏差，为了使每次运动精准无误，在每次运动完成后仪器会自动回零；②若机构在运动过程中出现卡死或意外，会直接急停，当故障排查完毕后，仪器可以自动回到初始位置，不用再改动控制程序来让仪器回零。回零控制采用伺服驱动器中位置命令寄存器中的P6-00，即原点回归定义，当人造板检测仪器出现卡死或急停，操作人员只要按下回零按钮，伺服驱动器就会调用位置命令寄存器P6-00中的数值完成检测仪器的归零动作。
3.4速度模块
为了适应各种工况下的搬运，本文设计的人造板力学性能检测样机采用了高、中、低速3档，并且可以任意转换。由于采用的控制模式是位置模式，因此该运动速度可以通过寄存器P5-60至P5-75进行内部目标速度的设定，本文选用P5-60来设定运动过程中的高、中、低速，其对应的转速值分别为2 000 r/min、1 000 r／min和200 r／min。速度的转换是通过向目标速度寄存器P5-60中输入不同的速度值来实现，其实现程序如图7所示。该程序实现的X轴高速设定与中、低速的设定相同。
4 总结
本文介绍的基于PLC的人造板力学性能检测样机运动控制系统，完成了PLC对电机的初始化、启停、速度及转速写入等操作，最终实现了检测样机对人造板的全自动搬运。实践证明，该平台具有界面友好、操作简单功能丰富、可扩展性强、可移植性强等优点，能够满足人造板的全自动搬运要求。
