1 引言

　　1.1 三菱伺服絕對(duì)位置傳輸功能

　　三菱mr-j2s及mr-j3系列伺服系統(tǒng)內(nèi)置絕對(duì)位置數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器三個(gè)輸入和三個(gè)輸出數(shù)字量端口與PLC的三個(gè)輸出三個(gè)輸入口相配合，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)絕對(duì)位置向plc的傳輸。plc讀取伺服電機(jī)的絕對(duì)位置數(shù)據(jù)后，可方便地構(gòu)成一個(gè)絕對(duì)位置系統(tǒng)。這在許多情況下，非常有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在這里要說(shuō)明的是，以上所述的絕對(duì)位置傳輸協(xié)議并非是三菱伺服系統(tǒng)本身也具有的通訊協(xié)議。前者是通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器和plc的數(shù)字i/o口實(shí)現(xiàn)的，后者是通過(guò)在rs422通訊口實(shí)現(xiàn)的。

　　異構(gòu)PLC實(shí)現(xiàn)三菱伺服絕對(duì)位置值的讀取三菱mr-j2s及mr-j3系列伺服系統(tǒng)內(nèi)置絕對(duì)位置數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器三個(gè)輸入和三個(gè)輸出數(shù)字量端口與plc的三個(gè)輸出三個(gè)輸入口相配合，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)絕對(duì)位置向plc的傳輸。plc讀取伺服電機(jī)的絕對(duì)位置數(shù)據(jù)后，可方便地構(gòu)成一個(gè)絕對(duì)位置系統(tǒng)。這在許多情況下，非常有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在這里要說(shuō)明的是，以上所述的絕對(duì)位置傳輸協(xié)議并非是三菱伺服系統(tǒng)本身也具有的通訊協(xié)議。前者是通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器和plc的數(shù)字i/o口實(shí)現(xiàn)的，后者是通過(guò)在rs422通訊口實(shí)現(xiàn)的。

　　1.2 絕對(duì)位置讀取

　　作為配合，三菱fx系列plc也內(nèi)置了絕對(duì)位置讀取指令（dabs指令），可方便地讀取三菱伺服的絕對(duì)位置值。但是在三菱家族的a系列和q系列中并沒(méi)有提供絕對(duì)位置讀取指令，當(dāng)然其它品牌的plc更沒(méi)有與之配合的絕對(duì)位置讀取指令了。盡管從三菱的產(chǎn)品線來(lái)說(shuō)，其q系列plc提供了qd75m位置模塊，使用b系列的伺服驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)sscnet總線來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的絕對(duì)位置通訊。但是在一些低端應(yīng)用場(chǎng)合及其它品牌plc作為控制器的場(chǎng)合使用其伺服驅(qū)動(dòng)器絕對(duì)位置傳輸協(xié)議來(lái)構(gòu)建絕對(duì)位置系統(tǒng)還是非常有意義的。換言之說(shuō)，有必要對(duì)于fx系列之外的plc，開(kāi)發(fā)并提供一種對(duì)三菱伺服絕對(duì)位置值讀取的的方法。下面我們以三菱q系列plc為例就這一問(wèn)題展開(kāi)討論。

2 三菱伺服絕對(duì)位置傳輸協(xié)議

　　2.1 位置傳輸協(xié)議的信號(hào)定義

　　在本傳輸協(xié)議中，以plc為主機(jī)，伺服驅(qū)動(dòng)器為從機(jī)，既plc發(fā)出傳輸指令后啟動(dòng)傳輸過(guò)程。在plc輸出的四個(gè)信號(hào)中，y0-y2參與了數(shù)據(jù)傳輸，y3并不參與傳輸。y3用于對(duì)所構(gòu)建的絕對(duì)位置系統(tǒng)設(shè)置原點(diǎn)。在y0-y2中，y0用于給出伺服開(kāi)啟信號(hào)，y1用于對(duì)伺服發(fā)出abs傳輸模式指令，使伺服驅(qū)動(dòng)器處于數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。這時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器將改變某些輸出端的定義（后述）。y2用于發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼?qǐng)求，與“傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢”信號(hào)配合，完成伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送數(shù)據(jù)和plc接收數(shù)據(jù)的同步。plc的三個(gè)輸入信號(hào)x10-x12接收來(lái)自伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)，x10、x11是兩位位置數(shù)據(jù)信號(hào)（bit0、bit1），x12為傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢信號(hào)，是一個(gè)同步信號(hào)。該三個(gè)信號(hào)原來(lái)在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)另有定義，伺服驅(qū)動(dòng)器在接收y1給出的傳輸模式指令后自動(dòng)切換成當(dāng)前這種功能。

　　2.2 位置傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)交換說(shuō)明

　　plc給伺服驅(qū)動(dòng)器同時(shí)給出伺服開(kāi)啟信號(hào)sv-on和abs傳輸模式信號(hào)abs后，plc和伺服驅(qū)動(dòng)器將按照下列順序進(jìn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸：

　?。?）伺服驅(qū)動(dòng)器接到absm信號(hào)后，檢測(cè)和計(jì)算絕對(duì)位置數(shù)據(jù)，切換do1、zsp、tlc的功能為bit0、bit1、數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)備完畢（trd）功能;并將trd置1。

　?。?） plc接到trd=1的信號(hào)后，將abs請(qǐng)求信號(hào)absr置1，送到伺服驅(qū)動(dòng)器。

　?。?）伺服驅(qū)動(dòng)器接到absr=1的信號(hào)后，在bit0、bit1上輸出二位數(shù)據(jù)，并將trd置0，通知plc，二位數(shù)據(jù)已輸出。plc可以讀數(shù)據(jù)了。

　?。?） plc接到trd=0的信號(hào)后，讀二位數(shù)據(jù)，然后將abs請(qǐng)求信號(hào)absr置0，送至伺服驅(qū)動(dòng)器。

　?。?）伺服驅(qū)動(dòng)器接到absr信號(hào)=0后，知道plc已將二位數(shù)據(jù)讀取，于是又發(fā)出trd=1信號(hào)，準(zhǔn)備下一次傳輸。然后重復(fù)（2）-（5），直至將全部32位位置數(shù)據(jù)和6位校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳輸完畢。

　?。?） plc收到校驗(yàn)和數(shù)據(jù)后，將abs傳輸模式absm信號(hào)置0。

　　在上述傳輸過(guò)程中plc和伺服驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)配合看似比較復(fù)雜

　　2.3 位置數(shù)據(jù)和校驗(yàn)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　在傳輸?shù)?8位數(shù)據(jù)中，前32位數(shù)據(jù)是伺服電機(jī)的絕對(duì)位置數(shù)據(jù)，后6位數(shù)據(jù)是校驗(yàn)和數(shù)據(jù)。在表示絕對(duì)位置的前32位數(shù)據(jù)中，按讀入的順序排列為最低二位到最高二位。在表示校驗(yàn)和的后6位數(shù)據(jù)中，其讀入順序也是從低二位到高二位。該6位校驗(yàn)數(shù)據(jù)是伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)其所傳輸?shù)慕^對(duì)位置值計(jì)算出的校驗(yàn)和。plc對(duì)讀入的32位位置數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果與讀入的6位校驗(yàn)和數(shù)據(jù)相比較，若相等則說(shuō)明傳輸正確；否則，則說(shuō)明傳輸不正確。

　　為了實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)，必須要了解該傳輸協(xié)議所規(guī)定的計(jì)算方法，也即伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部對(duì)位置數(shù)據(jù)的計(jì)算方法，這樣才能在plc中按照同樣的方法來(lái)計(jì)算讀入位置數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和。只有按同樣的方法計(jì)算得校驗(yàn)和，其比較才有意義。

　　例如，伺服驅(qū)動(dòng)器傳輸?shù)奈恢脭?shù)據(jù)是013acf76h，二進(jìn)制是“00，00，00，01，00，11，10，10，11，00，11，11，01，11，01，10”。該協(xié)議規(guī)定校驗(yàn)和計(jì)算方法如下：將每2位數(shù)據(jù)相加得，11000b=18h。所以該位置數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和為18h。伺服驅(qū)動(dòng)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)32位位置數(shù)據(jù)013acf76h和校驗(yàn)和數(shù)據(jù)18h。

3 軟件編制

　　根據(jù)上述對(duì)絕對(duì)位置傳輸協(xié)議的分析，我們可以編制相應(yīng)的程序。在編制該程序塊時(shí)，為了使本程序?qū)Ω鞣N品牌plc具有參考價(jià)值并可進(jìn)行移植，我們采用了各類plc常用的基本指令和各類plc都支持的功能指令來(lái)編制

　　3.1 程序結(jié)構(gòu)

　　整個(gè)位置讀取程序從功能上說(shuō)大致由數(shù)據(jù)讀取、校驗(yàn)和計(jì)算、錯(cuò)誤判別處理三個(gè)部分組成，其中校驗(yàn)和計(jì)算可穿插在數(shù)據(jù)讀取程序中。

　　在數(shù)據(jù)讀取程序段，根據(jù)傳輸協(xié)議規(guī)定的信號(hào)邏輯配合關(guān)系，讀取全部32位位置數(shù)據(jù)和6位校驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

　　在讀取傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，計(jì)算32位位置數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和。

　　全部數(shù)據(jù)讀取完成后，對(duì)讀取的校驗(yàn)和數(shù)據(jù)與計(jì)算得到的校驗(yàn)和數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。若不相同則重新進(jìn)行傳輸，重復(fù)次數(shù)大于3次，則停止傳輸，并給出報(bào)警信號(hào)。

　　m、d、c表示所有的標(biāo)志位、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)數(shù)器，c0、c1用于讀取次數(shù)（即第幾組bit0、bit1數(shù)據(jù)）計(jì)數(shù)。c0用于對(duì)位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)讀入次數(shù)判斷，故預(yù)置值為17（比應(yīng)讀次數(shù)16大1）；c1用于對(duì)全部數(shù)據(jù)讀入次數(shù)判斷，故預(yù)置值為19（共19次）。c2用于對(duì)傳輸出錯(cuò)重新進(jìn)行傳輸?shù)拇螖?shù)判斷，故預(yù)置值為3。每次讀入的2位數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)時(shí)要進(jìn)行處理，以恢復(fù)其原來(lái)定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。詳細(xì)的處理指令見(jiàn)后。

　　3.2 樣板程序

　　上述程序是以三菱q系列plc為例編制的傳輸程序，由于篇幅所限，我們沒(méi)有以梯形圖形式給出程序，而是以語(yǔ)句表形式列出。在上述程序中，m99是傳輸啟動(dòng)信號(hào)，m214是傳輸出錯(cuò)標(biāo)志。y0-y2是sv-on、absm、absr信號(hào)，x10-x12是bit0、bit1、trd信號(hào)。d10是計(jì)算校驗(yàn)和值，d12是絕對(duì)位置數(shù)據(jù)輸出值。m120-m157是存儲(chǔ)38位傳輸數(shù)據(jù)的中間標(biāo)志位，其中m120-m151用于位置數(shù)據(jù)，m152-m157用于校驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

　　在該程序中，大多數(shù)指令為簡(jiǎn)單的基本指令，僅在讀入數(shù)據(jù)處理時(shí)，才使用了wand（邏輯與）、sf（移位）、add（加法）等功能指令。各類其它品牌的plc一般都支持這些指令，所以上述程序的可移植性是比較好的。

　　對(duì)于上述程序，我們著重介紹每次讀入的二位數(shù)據(jù)的處理方法。為了方便說(shuō)明，相關(guān)程序的梯形圖和說(shuō)明列出如圖6所示。

4 應(yīng)用案例

　主流plc一般都內(nèi)置脈沖輸出定位功能或者可配置帶有脈沖輸出的定位功能模塊。為了使控制系統(tǒng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)位置之間建立同步，一般需要回原點(diǎn)。但是如果采用絕對(duì)位置系統(tǒng)，則僅需要在調(diào)試時(shí)確定一個(gè)原點(diǎn)，以后系統(tǒng)就無(wú)需回原點(diǎn)了。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)，plc執(zhí)行該傳輸程序，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器之間的傳輸信號(hào)線將伺服當(dāng)前位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧lc中，然后plc將讀到的當(dāng)前機(jī)械位置寫(xiě)入定位控制系統(tǒng)的當(dāng)前位置寄存器中。這樣控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)之間就建立了同步關(guān)系。以后，機(jī)械系統(tǒng)的當(dāng)前絕對(duì)位置由plc的位置控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)出的脈沖數(shù)來(lái)確定。

5 結(jié)束語(yǔ)

　　用普通plc指令實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)當(dāng)前絕對(duì)位置讀取，與用rs422口采用通訊方式讀取伺服電機(jī)絕對(duì)位置的方式相比，該方式實(shí)時(shí)性較差一些。但是這種方式在構(gòu)建低端絕對(duì)位置系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合，仍具有較大的實(shí)際意義。在編制中，考慮到某些plc的低端cpu（如q系列q00cpu）不支持步進(jìn)指令，所以整個(gè)傳輸程序使用普通指令、采用了類似于步進(jìn)指令的編程方式，程序的可讀性和可移植性都比較好，在使用其它品牌的plc時(shí)只需作很少的修改即可。