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1、三菱定位控制单元m码通信及应用开发三菱定位控制单元m码通信及应用开发电气传动2006年第36卷第8期三菱定位控制单元ITI码通信及应用开发黄菊生刘美俊龚存字湖南工程学院摘要:介绍了三菱公司20GM定位控制单元m码通信技术及应用开发,讨论了在PLC控制20GM进行复杂图形加工中m码信息传递的关键技术,以-4”m开发为例,详细分析了20GM定位和PIC控制程序的设计技巧.关键词:m码通信20GM定位单元应用开发PLC控制程序mCodeCommunicationandAppliedDevelopmentofMITSUBISHIPositioningControlUnitHuangJushengLiu
2、MeijunGongCunyuAbstract:ThisarticleintroducesthemcodecommunicationtechniqueandapplieddevelopmentbasedonMITSUBISHI20GMpositioningcontrolunit.ThekeytechnicofmcodeinformationtransferincomplicatedgraphicsmachiningforPLCtOcontrol20GMisdiscussed.Thedesigntechniqueof20GMpositioningandPICcontrolprogramisana
3、lyzedindetailsKeywords:mcodecommunication20GMpositioningunitapplieddevelopmentPLCcontrolprogram1前言三菱公司的FX系列PLC在工业控制中应用非常广泛,利用其强大的功能指令能开发出较复杂的控制功能,如专用数控机床上常用的两轴联动功能.但要设计出有变频升降速等一系列很完善的两轴联动功能,编程烦琐,同时系统的控制速度很难达到.因此,在开发如专用数控刨床,数控雕刻机,自动碾铆机等一些专用设备时,往往用PLC扩展专用模块FX一20GM来负责那些复杂的控制功能.20GM是三菱公司的两轴定位控制单元,属于带CPU
4、的智能模块,它可实现完善的直线插补,圆弧插补等控制功能;它与PLC并行工作,不但提高了控制功能及速度,而且大大简化了编程工作.特别是它的in码指令为PLC与20GM之间进行信息交流提供了方便,为开发较复杂的控制系统提供了一种有力的手段口.2m码指令在20GM程序开发中,可用3种指令:一是定位指令,即cod指令,这是20GM指令的主体,是那些实现两轴定位操作的命令,如直线插补,圆弧插补等;二是基本顺序指令,类似于PLC的基本逻辑指令,如LD,LDI等;三是功能指令,FNC指令,如跳转,算术运算,数制转换等.in码指令就象PLC的辅助继电器,通过它来驱动定位操作外的一些辅助操作或者对20GM之外的
5、其它设备操作.in码有mOOm99共100个指令,还有几个特殊的in码指令规定了专门用途,in02为主任务结束用,m102为子任务结束用,作每个程序的END指令,其它都是通用in码指令.in码有两种驱动方式,用不同的指令书写格式表示.1)AFTER模式:in码单独另起一行书写,in码指令是在前面的定位控制指令执行完后执行.如:codO1(LIN)xl00yl00f500;直线插补执行完后ml0;ml0驱动,rn码ON信号打开2)WITH模式:in码作为最后一个操作数写在定位控制指令中,此时,in码指令和定位控制指令同时执行.如:cod01(LIN)xl00ylO0f500mlO;在执行直线插补
6、的同时,m码ON信号打开5】电气传动2006年第36卷第8期三菱定位控制单元in码通信及应用开发3m码操作以两轴联动为例,在执行定位程序时,当IT1码被驱动,ITI码ON信号打开并作为状态信号自动记录在20GM特殊辅助继电器M9O51中,同时被驱动的1TI码编号被存入特殊数据寄存器D9003中.m码一旦驱动始终保持ON状态,直到ITI码关闭OFF信号打开.rfl码的关闭一般是通过PLC发送rfl码关闭命令传送给20GM特殊辅助继电器的M9003实现,同时M9O51的状态变为OFF.其对应关系如表1所示.表1In码信息与特殊Ms/Ds及BFM的对应关系两轴联动或X轴y轴特殊缓冲存储特殊缓冲存储M
7、s/Ds器BFMMs/Ds器BFMrn码ON信号M9O51#23(b3)M9083#25(b3)m码OFF命令M9oo3#2O(b3)M9O19#21(b3)m码编号D9003#9003D9O13#9013表1中只列出了与m码有关的Ms/Ds和BFM,实际上,和PLC一样,在20GM内部设置有很多的辅助继电器(M)和数据寄存器(D).M0一M5ll为通用辅助继电器,M9000-M9175为专用辅助继电器;D0-D3999为通用数据寄存器,D4000-D6999为文件数据寄存器,D9000一D9599为专用数据寄存器.从M9000开始的专用辅助继电器称为特殊辅助继电器(Ms),从D9000开始的
8、专用数据寄存器称为特殊数据寄存器(Ds),它们被作为专用设备(位设备和字设备),主要用于存放命令,状态信息,参数设置值.每个特殊Ms和特殊Ds都分配有对应的缓冲存储器(BFM),缓冲存储器用”#”加编号表示,如#20.一个缓冲存储器由16位数据组成,特殊辅助继电器为位设备,从M9000开始每16位被分配给BFM号为#20开始的一个缓冲存储器,这种缓冲存储器每一位都有特定的含义.而对于字设备的特殊数据寄存器,每个都分配一个编号相同的BFM,如特殊数据寄存器D9000分配给BFM#9000,一个缓冲存储器就是一个二进制数值,不按位操作.4PLC与ITI码之间的通信PLC用FROM/TO指令对20G
9、M进行读写操作,可以将1TI码的状态读到PLC中及将Irl码关闭命令写到20GM.PLC读写In码信息是通52过20GM中的BFM进行的,不是直接操作存放rrl码信息的特殊Ms和特殊Ds.但是,在20GM中BFM与Ms和Ds互锁,当BFM中的内容改变时,Ms和Ds中的内容同时改变.in码信息保存在20GM的特殊Ms和特殊Ds中,通过Ms和Ds相对应的BFM可以实现PLC与1TI码之间的信息通信和传递.FROM指令是把BFM中的内容读到PLC中,用于读取m码状态和m码编号.TO指令是把PLC中的内容写入BFM中,用于写入1TI码的关闭命令.其通信关系如图1所示.133码开信号:.m码开信号读取m
10、码信息:FROM:#23b3.#25b3M9051.M9083.m码开信号i指令m码编号:.m码编号?1一.m码编号:.驱动辅助设备#90o3.#90l3D90o3.D90l3.辅助设备结束越m码关闭命令n鸸关闭命令给.设置m码关闭#2Ob3M9003,M90119命令#2lb3m码关状态给M9051执行下一行程序图1PLC与rn码之间的通信图1中1TI码信息的特殊Ms和Ds与缓冲存储器之间的对应关系已列在表1中,缓冲存储器BFM#23被分配给M9048-M9063,显然BFMg23b3位就是M9O51,存放着同步两轴或X轴1TI码的ON信号.M9O51属于只读的状态信息,由20GM模块内部系
11、统自动操作.BFM#25b3位,M9083,用于y轴.缓冲存储器BFM#9003是数据寄存器D9003,存放着同步两轴或X轴被驱动的m码编号的二进制数,D9003也属于只读信息,其中的值不随m码的关闭而消失或改变.BFM#9013,D9013用于y轴.缓冲存储器BFM#20被分配给M9000-Mg015,BFMg:2ob3位就是M9003,是控制rll码关闭的命令,其对应关系如表2所示”.表2缓冲存储器BFM#20的位分配情况b15bl4b139b8b7b6M9015M9O14M9008M9007M9006连续路径16位命令回零轴错误复位RVS点动M45M44M38M37M36b5b4b3b2
12、blb0M9005M9004M9003M9002M9001M9000FWD点动机械回零m码关闭停止命令开始命令单步模式M35M34M33M32M31M3O在20GM中,一旦1TI码被驱动,in码的ON信号及1TI码的编号自动保存在相应的Ms和Ds中,PLC通过FROM指令读到此信息,执行PLC直接控制的辅助设备操作,而此时20GM处于等三菱定位控制单元m码通信及应用开发电气传动2006年第36卷第8期待状态.当辅助设备操作结束,PLC通过TO指令发送m码关闭命令,使20GM继续执行定位程序.在一个定位程序中可以根据需要设置多个m码,使操作不断地在PLC和20GM之间切换,实现比较复杂的运动控制
13、功能.在这些过程中,m码起到一个软件接口及桥梁作用.5m码应用开发5.1加工图形如图2所示,是一个比较简单的梅花图形,加工这个图形可以看出m码的使用技巧.图2中A点为起点,连续加工出4个半圆形成梅花,并在图形的中心钻一个孔.图2中标出了相对坐标值,整个图形的加工需要20GM控制的x,Z两轴联动和PLC控制的y轴交流伺服系统进退刀配合完成.其加工顺序如下:1)PLC控制y轴进刀后,启动2用三菱公司提供的可视化定位控制软件(visualpositioningcontrollersoftware)FXVPSE进行.在VPS软件中,新建一个20GM两轴联动加工程序,用流程符号FlowSymbols中的
14、PrograminText编写20GM程序如下:00;START,定位程序开始LDM9057;机械回零标志CJ(FNC00)P0;一旦回零操作结束则跳转cod28(DRVZ);返回机械回零cod29(SETR);设置电气零点P0;cod02(CW)x400yOi200i0f500:cod02(CW)xO一400i0J一200f500cod02(CW)z一400y0i-200jof500;cod02(CW)xOy400i0j200f500;ml0;顺圆插补加工出梅花图形后,驱动ml0cod00(DRV)x200一200;高速定位到中心ml1;驱动ml1,PLC控制钻孔cod30(DRVR);高速
15、返回电气零点m02;END,定位程序结束20GM程序先控制机械回零,然后用顺圆插补指令cod02(Cw)连续加工出梅花的4个半圆,驱动编号为10的m码,将控制权交给PLC,20GM处于等待状态.此时PLC获得ml0的ON状态信号,控制y轴退刀,之后发送m码关闭命令.20GM得到m码关闭命令,立即高速移动到图形中心,接着驱动ml1并等待.PLC获得编号为11的m码ON信号,控制y轴钻孔,钻孔后退刀并发送m码关闭命令.20GM得到m码关闭命令后,高速返回零点结束整个加工.cod02指令中z,y为终点坐标,i,J为圆心坐标(以起点为基准的增量值),-厂为速度.5.3PLC控制程序控制y轴进退刀及控制
16、20GM定位模块的PLC程序主要部分如图3所示.启动停止读mtsON信号读m码编号写m码关闭命令解码退刀钻孔m码关闭命令图3PLC控制程序程序中启动按钮X000,停止按钮X001,退刀操作完成信号M21,钻孔操作完成信号M22,M23控制退刀,M24控制钻孔.PLC用两条FROM指令实时的读取m码ON信号及m码的编号.m码ON信号从BFM#23中读到PLC的M148一M163中,可见在M9051中的m码ON信号被读到M151.m码编号从BFM#3(即BFM#9003)中读到D300,在D9003中的m码编号被读到D300.一旦m码被驱动,PLC立即读到m码ON信号及m码(下转第61页)53直接
17、补偿算法及其应用电气传动2006年第36卷第8期传动间隙可以实时检测,为减少系统误差,在消除极限环的基础上可以进行精度补偿.补偿算法如图7所示.补偿效果如图8所示.从图8中可以看到,系统精度已有很大提高.图7精度补偿控制算法原理框图(a)精度补偿24米位阶跃Co)精度补偿对应的误差o.68米位图8精度补偿24米位阶跃及对应误差5结论直接补偿能有效消除控制系统中由于间隙非线性形成的极限环.直接补偿方法配以精度补偿方能取得较好的效果.参考文献1CANUDASDEWC,LISCHINSKYP.AdaptiveFrictionCompensationwithPartiallyKnownDynamicF
18、rictionModelJ.JournalofAdaptiveControlandSignalProcessing,1997,26(3):65802DUHL.ModelingandCompensationofLowvelocityFrictionwithBoundsJ.IEEETrans.onControlSystemsTechnology,1999,37(2):11O1203郭劲,陈娟,藤玉娟.数字化光电跟踪伺服系统定位极限环的抑制I-J.光电工程,2004,31(11):9114赵建周,张宇河.机械传动间隙的实时检测电路设计J.电子技术应用,2000,26(2):24265赵建周.数字伺服
19、实验系统的研制及其应用研究I-D.北京:北京理工大学,20006张宇河,董宁.计算机控制系统I-M.北京:北京理工大学出版社,20027胡佑德.伺服系统原理与设计.北京:北京理工大学出版社,1999丽百丽丽订修改稿日期:20060305(上接第53页)的编号,使M151接通.PLC程序调用解码指令DECO对读到的m码编号进行解码,ml0驱动时解码为M210接通,驱动M23控制退刀;mll驱动时解码为M211接通,驱动M24控制钻孔.指令DECOD300M200K4对D3OO中的二进制值4位解码,使M2OOM215中的一点接通.由程序可知,退刀过程结束M21接通,驱动M33;钻孔过程结束M22接
20、通,也驱动M33.M33信号作为12”1码关闭命令,通过PLC的TO指令传送给20GM的BFM#20的b3位,即M9003,实现了12”1码的关闭.实际上TO指令传送了M30一M45,程序中用到了M31,M32,M33传送开始命令,停止命令,12”1码关闭命令,从表2中可以找到各位的具体含义.6结束语12”1码在PLC控制20GM的专用机床及设备开发中起着非常重要的作用,它在PLC和20GM之间传递加工状态信息和命令信息,使系统监控功能完善,通信渠道畅通,掌握及用好12”1码将可以大大提高开发效率.参考文献1谭怀亮,刘晓,贺再红.基于三菱PLC的刨床数控系统J.机械与电子,1999(6):51532欧元贤,刘旺玉.基于三菱运动控制单元的碾铆机数控系统J.微计算机信息,2005,21(2):172O3MITSUBISHI.FX2N一10GM和FX2N一20GM硬件/编程手册I-M.20004廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用I-M.重庆:重庆大学出版社,2001颐丽百丽:丽修改稿日期:2006021561