摘要：通过阐述镜片熔接在成型塑胶部品的定位，运用以太网通讯处理数据交换，运动控制实时精确调整位置，满足高精度镜片同轴度熔接技术。针对三菱FX5U PLC以太网数据通讯，提出基于以太网与视觉，PLC，运动伺服控制的闭环调整控制系统。判断部品位置及精度，实时微小调整加工位置，加工高精度部品品质得以控制。导入视觉判断，以太网口数据传输，MC协议报文格式通讯，提高控制系统稳定性，实时性，对进一步研究非标自动化实施简便快捷开发的实用性有一定的指导意义。
关键字：视觉系统；以太网；MC协议；三菱FX5U PLC
引 言：随着国家经济的飞速发展，人工成本不断攀升，制造业成本越来越高，工厂加工实现自动化的呼声日益高涨，机器视觉配搭运动伺服控制系统，组建全自动搬运，识别判断代替人手加工是工控开发设计的方向，PLC作为控制系统的大脑要求功能更加完善。科技在不断进步，各厂商的PLC的功能也随着时代的发展不断的创新提高，为自动化控制搭建更智能的系统提供了强有力的支持。
1、生产工艺分析及电气选型
在整个加工流程中，确定好生产加工工艺，能更好的分析自动化生产的动作，在该项目中，部品熔接精度保证要求在0.05mm的同轴度以内，要求开发周期短，投入稳定性高，便于现场生产不同型号部品快速切换，满足加工工数等要求。
人手作业流程分析：人手取成型塑胶部品→人眼判断相位→旋转部品位置→放入工装固定塑胶部品→人手真空吸取镜片→移动放入塑胶部品圆环内→调整镜片位置→按下启动熔接开关→产品熔接完成→人手取出放入货盘中。
技术动作要素分析：搬运动作、人眼判定位置、部品旋转、真空吸取；技术难点在于视觉判断位置，及调整旋转角度的精确值。项目要求单机版设备，可移动性，体积小等技术要求。在电气控制系统上选择PLC控制，搭建视觉判断数据传输系统，旋转运动调整部品位置，温控技术，与气动元件相结合等功能。
电气元器件的选型：根据技术动作分析，采用三菱FX-5U PLC控制系统，触摸屏可视化，控制部分I/O模块；运动控制模块；XY搬运组件及位置微调整；旋转轴相位调整，视觉控制系统；视觉与PLC以太网通讯；配线集成化，电气成本等因素，由此搭建电气部件控制系统图如下：
2、电气控制系统及程序设计
主电路设计思路首先整体的负荷，电源的选择，漏电短路保护，抗干扰的保护，以及整机的接地。然后根据相应的电器元件的特性，分配好I/O及相关的配线，通信线的连接。外围硬件设计完了，进行软件部分设计。其中该系统运动控制主要在两部分，一为XY移动并且视觉调整取部品位置作，V轴调整部品旋转相位；二为W轴搬运至熔接位置动作，4轴运动控制连续运行。加工流程主要是塑胶与镜片之间的熔接在一起，精度在
0.05mm的同轴度以下。为了达到精度要求，视觉定位取部品，对当前加工部品与工装位置角度进行分析，视觉角度值取出转化成相应的脉冲给旋转步进马达调整。
工程程序设计动作主要分2个分支，各流程间的动作采用相互触发自锁自动运行方式，每个流程动作都有等待前一工程动作完了触发再执行。因此PLC程序控制方面采用步进流程控制最为合适。步进控制由于步序的跳动比较多，因此传统的STL语句在编写调试中可视化不灵活，容易出现调试混乱，在大程序系统调试周期长等现象。因此该系统程序设计主要引入基于三菱PLC编码语句DECO 在步进顺控中实时监控寄存器执行步号，从寄存器数字显示中可观测到当前各工程执行到哪个动作流程位置。在执行中修改寄存器数据可以任意跳转到需要动作的位置，对于自动循环动作条件更为简便明了。
动作实例：启动→XY移动取→气缸下降→真空吸取→气缸上升→XY移动放→气缸下降→真空断开→气缸上升→XY移动等待位置→循环启动
3、上位机视觉系统与PLC通信方式
三菱PLC的MC协议是用于CPU模块或外部设备（个人计算机或显示器等）对MC协议对应设备进行访问的协议。如果是通过MC协议的控制步骤可进行报文的发送接收的设备，则可以通过MC协议进行通信。
三菱FX5U PLC以太网模块参数设置好与视觉系统上位机相同的IP地址段，运用其自带网口设置MC协议参数，PLC设置报文参数为无校验模式。视觉判定系统是由上位机软件二次开发图像处理后数据与PLC进行交换，上位机通过集线器网络模块与三菱FX5U PLC自带网口进行数据通讯。通过三菱MC协议读取PLC触发相机拍照的启动继电器信号。上位机处理完图像数据，通过MC协议直接写入PLC指定的寄存器中，PLC可根据从相机传出的数据进行分析调整旋转电机的角度位置，实现镜片与塑胶件的位置匹配精确。该项目MC协议与上位机通信的报文格式需按以下的格式进行：
●请求报文：例-指令为读取PLC中间继电器M0-M1的状态格式
例：054639303030304646303030343031303030314D2A30303030303030303032
●响应报文：例-指令为返回PLC中间继电器M0-M1的状态为0格式
例：读取时候返回状况 0246393030303046463030303003
该项目中上位机视觉系统与FX5U PLC相关的控制动作采用同样的报文格式作程序上的闭环动作保护，保证该系统误判断、误操作时能及时报警处理。
4、PLC运动控制方式
三菱FX5 CPU模块（晶体管输出）及高速脉冲输入输出模块可以向伺服电机、步进电机等输出脉冲信号，从而进行定位控制。脉冲数多的时候，电机转得多。用脉冲频率、脉冲数来设定定位对象（工件）的移动速度或者移动量。FX5U PLC可进行最大12轴的定位控制。可使用定位指令和定位参数进行定位控制，脉冲输出方法有PULSE/SIGN模式和CW/CCW模式，通用输出可输出200Kpps的脉冲串。在FX5U PCL脉冲运动控制过程中，可以从工程工具或程序读取/写入定位参数相关的特殊寄存器的值。在定位动作中变更了特殊软元件的值时，更新时机为定位指令重新启动时。脉冲停止指令、脉冲减速停止指令、正转极限、反转极限、则在下一个运算周期被更新，因此在程序设计中采用上升/下降沿的定位特殊继电器需注意。
由于项目运动控制部分对精度要求比较高，整个生产的周期时间配合熔接时间。因此在部品搬运原点回归模式上采用近点加原点两个感应器来实现，机械原点回归模式的运动。通过近点DOG检测开始减速动作，以爬行速度进行动作，检测到近点DOG后，以指定次数的零点信号检测来停止脉冲输出，结束机械原点回归。该模式能更好的保证回归原点不因运动速度高，及运动轴惯量影响到原点的精度，确保运动控制中位置精度的要求。
为了方便现场人员对位置的调整，该项目采用触摸屏在线调整运动轴的位置，人手触摸屏调整位置时采用2种方式对应。一是通过PLC的JOG模式控制轴运动到到当前想要的位置，保存当前绝对移动位置值到目标位置寄存器。二是直接通过寄存器数据直接修改保存到目标位置寄存器。方便现场操作人员对切换机种调整位置修改的灵活性。
通过以上项目的详细技术分析，结合开展项目的功能要求，三菱FX5U PLC在镜片与塑胶品熔接上的电气设计及运用上得到了很好的运用。FX5U PLC在单机版的小型控制机台的运用中性价比较为突出，具有独立4轴运动控制，可扩展多8轴。整机自带有以太网络模块，可实现多种协议的通讯方式。具备串口485模块，兼备旧款式设备升级的通讯功能。2路AD，1路DA转换功能，可实现PLC对温度控制部分的PID控制。FX5U PLC在小型控制系统中基本工控功能具备，因此非常适合该项目的硬件功能要求。也为今后工厂单机版设备组网统一管理系统的开发确保的硬件基础。
参考文献：
[1]MELSEC iQ-F FX5用户手册（MELSEC通信协议篇）
[2]MELSEC iQ-F FX5用户手册（定位篇）
[3]程院莲、周华.基于三菱FX5U系列PLC的工作台运动控制系统设计 电机工程技术2017，04
[4]周巍.张仁杰 基于MC协议的工控机与PLC通信方法研究 数据通信 2015（1）
[5]郑则炯 基于DECO指令对三相步进电机实现三相六拍的设计 大众科技 2010，02
论文作者:罗功起
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/26
标签：位置论文; 动作论文; 脉冲论文; 视觉论文; 控制系统论文; 协议论文; 报文论文; 《基层建设》2019年第14期论文;