FX1NPLC在接近开关检测设备中的应用

摘要：本文介绍了由Fx1N系列PLC，GOT1000系列人机界面和MR-J3系列交流伺服系统构成的接近开关检测设备中的应用，详细介绍了整个系统的性能。
关键词：HMI PLC 交流伺服系统 接近开关
一． 概述：
接近开关是一种常用的传感器件，有时用在特殊的场合，例如：数控雕铣机，数控机床，对刀装置等场合。对其重复定位的精度要求很高，稳定性好。用在此场合的器件往往需要对其进行筛选，对检测接近开关的设备的定位精度要求高，可靠的稳定性，操作简单，响应速度快，于是我们就采用由Fx1N系列PLC，GOT1000系列人机界面和MR-J3系列交流伺服系统组成的检测系统就能满足该应用需求。
二．接近开关设备的结构
该设备的结构主要由X，Y两轴高精度的滚珠丝杠，接近开关的夹具组成。
X轴主要带动Y轴系统做水平方向的移动。
Y轴系统带动感应头和光栅尺做垂直方向的运动，对移动的精度要求高，响应要快。
接近开关的夹具采用气动夹紧，实现快速夹紧，提高检测的效率，夹具系统不能采用铁质的材料。以免对接近开关产生影响，且接近开关之间的距离需要按照接近开关说明书的安装距离进行安装，否则，接近开关之间产生相互干扰，产生误动作，影响测量的精度。该设备的结构示意图如下：

三．检测设备的工作原理
该设备工作原理完全是按照实际的工作状况进行测试接近开关，将接近开关输出信号接到PLC，利用PLC输入中断功能使Y轴进行停止，由安装在Y轴上的光栅尺将定位长度转换为脉冲，利用PLC的高速计数器进行计数，转换为实际的长度。通过多次采样，多次测量，测量出其重复定位的误差。测量时，需要进行一次试运行，确保被测接近开关每个都能感应到。先进行回零，再测量一次，使用HMI取得参考值，然后进行测量，经过两个周期的测量后，需要对传感器进行断电（注意：光栅尺和其他的不能断电，否则，测量数据不准确）一段时间，再进行测量。在性能比较好的接近开关，一般在上电后50～100ms的时间就能进入稳定状态，有一些性能差的接近开关需要5～10分钟才能稳定。整个测量过程通过软件全自动完成。
四．控制系统简介
1.控制系统由一个HMI（人机界面）进行人机对话，两个交流伺服传动系统（伺服放大器和伺服电机），光栅尺和PLC构成。
2.控制系统的硬件结构：
GOT1150-QBBD-C+Fx1N-40MT+MR-J3-10A+HF-KP13
3.控制系统的软件设计：
1）HMI的设计：
画面由HMI运行控制，参数设置，数据显示，输入监测，输出监测，报警画面，检测报告等画面组成。
运行控制画面：测量系统的手动控制，自动控制，回零，定位功能。
参数设置画面：螺距设定，移动距离，回零距离，测量范围，最小报警误差，最大报警误差，机械误差校正。
数据显示画面：当前测量的位置，各个接近开关的参考值，最小误差，最大误差。
输入监测画面：对输入显示实时监测。
输出监测画面：对输出显示实时监测。
报警画面： 显示当前的报警，报警复位。
检测报告画面：对检测的时间，参考值，最小误差，最大误差，误差范围，测量次数，测量结果。误差平均值。
2）PLC的程序设计
三菱Fx1N系列PLC单体可以同时输出2个1相100KHZ的脉冲输出，具有原点回归和单速定位运行等指令，可以用来控制伺服电机的运行，定位位置由其输出高速脉冲进行精确定位。
利用Fx1N系列PLC单体具有1个高速2相30KHZ的高速计数功能，用来将光栅尺的输出脉冲转换为实际的测量位置。
利用Fx1N系列PLC输入中断功能实现在测量过程中伺服的停止和换向。
位置控制的开关信号由GOT1150人机界面来实现人机对话，通过人工回零和定位，整个的测量过程由系统全自动完成。在测量的过程中，Y轴运行速度对测量精度产生重要影响，速度越慢，测量精度就越高，速度可根据实际安装系统的回零速度来确定。速度在HMI中进行设定，更接近实际应用。
测量过程：开始进行回零，试运行一次，确保与每个接近开关可靠的感应，防撞措施通过设定软件中数据实现。如果没有什么问题，就可以开始进行测量，需要测量一次，为以后测量提供参考值。然后，就可以进行测量，每采集一次数据，超过误差发生警告，当测量系统发生故障和误差报警范围停止工作。在测量两个工作周期后，在软件中设定对传感器断电30分钟，然后，进行下个周期的测量，当测量过程结束后，自动生成一个测量的报告。
在本系统中，测量接近开关的重复定位精度时，可以通过软件设定对系统进行校正，保证对系统的高精度需求。
五．结束语
本系统已经通过实际运行，所检测的接近开关能够满足数控雕铣机的回零精度，这是运用了三菱PLC的一些特殊的功能实现简易的高精度系统，可以通过对夹具改装和软件设计，实现在其他领域的运用。