宏指令控制的多軸系統研究及實現

陳龍燦

摘 ?要： 目前工業現場控制中，大部分伺服控制系統都是通過運動控制器與伺服驅動器通信，如果現場需要根據加工情況臨時修改伺服系統參數，就顯得不便。為解決這一問題，介紹一種基于觸摸屏的宏指令實現對工業現場多軸伺服系統的讀取與設定，采用Modbus RTU協議與RS 485的通信方式，實現對多軸系統進行同時的讀寫操作，對威綸觸摸屏的Modbus RTU通信功能以及松下伺服驅動器的通信功能進行了較詳細的介紹，并給出一種基于威綸觸摸屏宏指令實現的多軸控制系統。文中介紹了系統的詳細設計方案和過程，可為同類系統的設計及應用提供借鑒和參考。

關鍵詞： 多軸系統控制; 觸摸屏; 控制指令; 伺服驅動器; 伺服系統; 系統設計

中圖分類號： TN820.3?34; TP273+.1 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2019）15?0097?04

Research and implementation of multi?axis system controlled with macro instruction

CHEN Longcan

（College of Mobile Telecommunications， Chongqing University of Posts and Telecom， Chongqing 401520， China）

Abstract： In the current industrial field control， most of the servo control systems communicate with the servo driver through motion controller， and if the field needs to modify the servo system parameters according to the processing conditions， it is inconvenient to solve this problem. In order to solve this problem， a kind of macro instruction based on touch screen is introduced to realize the read and setting of the multi?axis servo system in the industrial site. The communication modes of Modbus RTU protocol and RS 485 are used to realize the reading and writing operation of the multi?axis system at the same time. The Modbus RTU communication function of the polypropylene touch screen and the communication function of the Panasonic servo driver are introduced in detail. A multi?axis control system implemented on the basis of polypropylene touch screen macro instruction is presented. The detailed design scheme and process of the system are introduced， which can also provide a reference for the design and application of similar systems.

Keywords： multi?axis system control; touch screen; control instruction; servo driver; servo system; system design

0 ?引 ?言

伺服系統是實現智能制造的重要組成部分，也是實現“中國制造2025”的基礎，是智能制造行業中實現精確定位、精準運動、精準控制的必要途徑。伺服系統的任務是讓控制系統中的執行元件按照設定值能夠準確的進行位置、速度、轉矩等的跟隨，要實現這一功能就離不開伺服驅動器通過速度環、位置環、轉矩環等的控制。在現代控制過程中，工業現場一般都是經由控制器（單片機、PLC、專用伺服控制器等）輸出信號作用于伺服驅動器，然后改變伺服驅動器的參數或執行相應的命令。本文實現了基于RS 485通信下的威綸觸摸屏直接控制多個松下伺服驅動器參數的讀取與寫入，從而大大節省了控制器的輸入輸出點，提高了控制器對驅動器的數據傳輸效率。

1 ?松下伺服驅動器基于RS 485的連接與通信關系

以松下A5/A5Ⅱ為例說明，用RS 485通信連接1臺主機（觸摸屏）和多臺伺服驅動器，其中默認主機地址為0。因此，其他伺服驅動器的Pr5.31設定為1～31的數值，如果連接多軸系統時，設定軸轉換的時間間隔在50 ms以上，通過Pr5.30設定RS 485通信波特率，其連接示意圖如圖1所示。

圖1 ?RS 485通信連接示意圖

圖2 ?絕對式數據接收示例

2 ?威綸觸摸屏數據傳輸流程

利用威綸觸摸屏的宏指令接收來自松下伺服驅動器的當前狀態信息，基本工作原理如下：當伺服驅動器在驅動伺服電機執行加工運轉時，伺服驅動器中的轉速、位置、轉矩等全閉環中的參數信息均可通過RS 485通信傳輸回觸摸屏。有關威綸觸摸屏宏程序的外部輸入輸出指令和變量可查閱觸摸屏相關型號的使用手冊。

利用觸摸屏的宏指令模塊進行通信程序的編寫，根據現場加工需求可以對松下伺服驅動器的參數進行實時修改，以符合實際加工的需求，同時為實現加工信息的及時修正，伺服驅動器執行相應閉環參數時，將按照最新的伺服參數進行加工和生產，同時將加工信息返回觸摸屏，對傳輸回的數據進行接收、數據轉換、變量保存和觸摸屏顯示等。

為實現加工信息的實時有效采集，觸摸屏在宏指令的作用下必須完成的功能有：在觸摸屏中編寫用戶宏指令、HMI上連接具體的宏程序段，給伺服驅動器發送數據信息、實時監聽通信端口、接收伺服驅動器數據、處理并顯示信息、保存數據以供用戶查詢。實現對伺服驅動器參數采集和設定的工作流程如圖3所示。

3 ?宏指令編程實現方法

宏指令為用戶提供了應用程序之外所需的附加功能。在觸摸屏界面運行時，宏指令可以自動（或有條件）執行這些命令。它可以擔負執行如復雜的運算、字符串處理、數據處理和用戶與工程之間的交流等功能。宏指令OUTPORT以如下格式進行數據發送：OUTPORT（source[start]，device_設備名稱，date_count）;INPORT以如下格式進行數據的采集： INPORT（read_date[start]，device_設備名稱，read_count，return_ value）。用以上指令發送和接收伺服驅動器的數據，例如位置誤差值和轉矩當前值、速度值等系統變量是自動控制和通用程序開發的基礎。

圖3 ?觸摸屏與伺服驅動器參數讀寫流程

要實現威綸觸摸屏與伺服驅動器之間的Modbus RTU協議的數據通信，需要在威綸觸摸屏中進行系統基本參數設置?；緟翟O置包含：地址類型、接口類型、通信協議。新建宏程序后，主程序主要完成系統的初始化、各子程序的調用等。初始化工作主要包括各通信端口的初始化、Modbus RTU通信協議的初始化。其中，Modbus RTU通信協議的初始化包括波特率、通信位數、奇偶校驗等參數設置。Modbus RTU通信程序主要負責Modbus RTU協議數據通信傳輸。該通信程序以Modbus RTU通信協議為核心基礎，結合松下伺服驅動器自身具體的通信協議來傳輸相關數據信息。

Modbus傳輸數據是一幀一幀的傳輸，因此，保證傳輸數據的準確性成為關鍵問題，數據幀的校驗就顯得很必要。當威綸觸摸屏接收到松下伺服驅動器發送的應答數據幀后，可以對接收到的數據報文生成CRC校驗值進行數據準確性校驗，本例中采用求和減1后取反進行有效值的校驗，然后比較生成的CRC校驗值（例如程序中的OXDA）與收到數據報文中的CRC值是否一致。如果接收到的數據是一致的，說明接收到的數據報文是準確的。如果不相同，說明接收到的數據不正確，等待驅動器發送下輪應答數據幀再次進行校驗。來自觸摸屏元件設置參數發送及校驗程序如下：

采用觸摸屏編寫宏程序的方法，通過Modbus RTU協議的數據通信進行設置和顯示伺服系統加工軸的狀態是簡單可行的， 能夠解決絕大多數伺服系統數據的采集與現場實時修訂，經過分析后，通過軟件界面提示給企業管理者或現場操作人員，實驗效果如圖4所示。

圖4 ?執行效果展示

4 ?結 ?語

本文提出一種基于觸摸屏的宏指令實現對工業現場多軸伺服系統的讀取與設定。通過觸摸屏可以對采集到的數據進行存儲和顯示，使企業管理者和現場管理人員可以查看和掌握當前伺服加工軸的狀態。通過對現場生產加工狀態的采集與處理，可提高管理者和決策者對生產現場的掌控，這將有助于提高現場生產、加工效率及質量，提升企業的競爭力。

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