基于PLC的機械手自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)方法研究

基于PLC的機器人自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)方法研究--

工作臺工件搬運機器人摘要隨著可編程控制器應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的應(yīng)用范圍日益擴大，這使得今天的工程技術(shù)人員在設(shè)計電氣控制系統(tǒng)時考慮選擇PLC控制而不是接觸器控制。本文重點分析了基于PLC的機械手控制系統(tǒng)的組成，詳細描述了以PLC為核心的步進電機綜合控制的軟硬件實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)利用步進電機單位脈沖步進距離恒定的特點，對其采用開環(huán)點位控制。因此，整個運動可以看成是一條折線運動，每一次運動都可以看成是具有相同運動程序、不同特征參數(shù)的點的相對運動。它以起點為參考點，通過脈沖計數(shù)得到目標點的位置。手動操作機械手從參考點移動到目標點后，將目標點的特征參數(shù)保存在一個統(tǒng)一的列表中進行管理。這樣就實現(xiàn)了在手動模式下使用關(guān)鍵點輸入和自動模式查表方法的“復(fù)制”動作。關(guān)鍵詞：可編程控制器、機械手、定位控制目錄第1章前言11.1研究目的和意義11.1.1傳統(tǒng)機械手11.1.2現(xiàn)代機械手11.2國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢：21.2.1國外現(xiàn)狀21.2.2發(fā)展趨勢31.3主要研究內(nèi)容、關(guān)鍵問題及待解決思路31.3.1概述31.3.2硬件選擇31.3.3控制要求41.3.4輸入/輸出設(shè)備41.3.5PLC選項41.3.6I/O點分配41.3.7PLC編程41.3.8研究對象的特征4第2章硬件設(shè)計52.1機械手夾持結(jié)構(gòu)52.1.1夾持機構(gòu)-夾持器52.1.2結(jié)構(gòu)52.2機器人軀干62.2.1組成62.2.2傳動定位機構(gòu)62.3傳輸系統(tǒng)82.3.1傳輸方式82.3.2步進電機及其驅(qū)動器82.4輔助系統(tǒng)162.4.1原點定位及超程保護162.4.2控制臺16第3章軟件設(shè)計183.1工作流程圖183.2PLC選擇及I/O口分配183.2.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則183.2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟193.2.3CPU速度193.2.4PLC模塊的選擇203.2.5PLC品牌選擇203.2.6PLC系列選擇213.2.7輸出方式233.2.8輸入輸出點數(shù)243.2.9I/O口分配原則243.2.10I/O端口分配參數(shù)253.3編程303.3.1存儲區(qū)域分配303.3.2程序指令323.3.3初始化和報警程序413.3.4回原點程序433.3.5手動程序453.3.6自動程序49第四章后記534.1研究價值534.2特點534.3持續(xù)改進方向53參考文獻54至55附錄56文獻綜述57前言研究目的和意義傳統(tǒng)機械手隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，機械手以其定位精度高、工作性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)靈活多樣、復(fù)制準確等特點，被廣泛應(yīng)用于輕重工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、科研等高新技術(shù)領(lǐng)域。.它的應(yīng)用標志著制造業(yè)向自動化、無人化、節(jié)奏化、智能化方向邁進。就傳統(tǒng)的繼電器控制機械手而言，由于控制裝置落后、接線復(fù)雜、易干擾、可靠性差、維修困難等問題，逐漸退出歷史舞臺。現(xiàn)代機械手可編程控制器因其諸多特點而被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代機械手控制系統(tǒng)中。，是指基于計算機技術(shù)的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。它使用可編程存儲器來存儲用于執(zhí)行諸如邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并且可以控制各種類型的數(shù)字或模擬輸入和輸出。機械和生產(chǎn)過程。其特點如下：抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)和嚴格的生產(chǎn)工藝，PLC采用先進的抗干擾技術(shù)，可靠性高。例如，三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC的平均故障間隔時間高達30萬小時。一些具有冗余CPU的PLC的平均故障間隔時間較長。就PLC的外部電路而言，與同等規(guī)模的繼電器接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線和開關(guān)觸點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千點，故障大大減少。此外，PLC具有硬件故障自檢測功能，當出現(xiàn)故障時可發(fā)出報警信息。在應(yīng)用軟件中，用戶還可以編寫外圍設(shè)備的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路和設(shè)備也能獲得故障自診斷保護。配套設(shè)施齊全、功能完善、適用性強PLC的發(fā)展，形成了大、中、小型各種規(guī)模的系列產(chǎn)品?？捎糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除邏輯處理功能外，大多數(shù)現(xiàn)代PLC都具備完善的數(shù)據(jù)計算能力，可應(yīng)用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來，大量PLC功能單元的涌現(xiàn)，使PLC滲透到位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。再加上PLC通訊能力的增強和人機界面技術(shù)的發(fā)展，利用PLC組成各種控制系統(tǒng)非常容易。易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是工礦企業(yè)的工業(yè)控制設(shè)備。其界面簡單，編程語言易于工程技術(shù)人員接受。梯形語言的圖形符號和表達方式與繼電器電路圖十分接近，只需PLC的少量開關(guān)邏輯控制指令即可輕松實現(xiàn)繼電器電路的功能。它為不熟悉電子電路、計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了一扇方便的大門。系統(tǒng)設(shè)計施工工作量小，維護方便，改造容易PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備的外部接線，大大縮短了控制系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)的周期，使維護更容易。更重要的是，可以通過改變程序，用同樣的設(shè)備改變生產(chǎn)工藝。這非常適合多品種小批量的生產(chǎn)場合。體積小、重量輕、能耗低以超小型PLC為例，其底部尺寸不到100mm，重量不到150g，功耗只有幾瓦。由于體積小，易于安裝在機械部分，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制裝置。配套設(shè)施齊全，功能完善，適用性強。國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國外地位廣泛的應(yīng)用。機械手作為一種根據(jù)人類意識簡單替代人工操作的工具，廣泛應(yīng)用于輕、重工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、科研等高科技領(lǐng)域。、挖掘機等）、精確定位（醫(yī)療機械手輔助手術(shù)、電子元件機插入設(shè)備、印刷設(shè)備、CNC加工中心等）、仿真（殘疾人假肢）等工作。結(jié)構(gòu)多樣性。機器人手之所以如此命名，是因為它們模仿了人類手的工作方式，而不是因為它的形狀像一只手。在各種應(yīng)用領(lǐng)域和各種工作級別中，機械手的形狀各不相同，不受任何標準形狀的限制。實用而摘要結(jié)構(gòu)發(fā)揮其獨特而高效的作用。智力。借助傳感器反饋系統(tǒng)，將機械手工作時的動態(tài)信息反饋給中央處理器，實時控制動作。即使被操作目標的表面形狀和位置不同，機械手也可以通過檢測反饋信息自動判斷夾持位置（定位位置），智能地將目標致到下一個工作環(huán)節(jié)。在生產(chǎn)車間，機器人可以實現(xiàn)無人化生產(chǎn)，搭建無人車間。發(fā)展趨勢各種多功能機械手。適用于抓取各種物體，適用于各種用途，具有各種新功能。如裝卸、裝配、噴涂以及汽車行業(yè)各種功能的實現(xiàn)。具有熟練工人的功能。例如，開發(fā)的雙臂多關(guān)節(jié)機械手可以像熟練工人一樣進行各種裝配、維修、焊接、噴涂等工作。工人的工作。完善的人機界面和完備的通訊功能，更適合各種工控場合。實現(xiàn)智能化，可進行多品種小批量的柔性生產(chǎn)，形成多種形式的制造系統(tǒng)。開發(fā)多種具有視覺、聽覺和觸覺的新型傳感器，以及可以分析、判斷和遠程控制的智能機械手，為未來低成本、高精度、高效率、高度自動化的制造系統(tǒng)做準備。提高機械手的定位精度。通過安裝視覺傳感器、實時控制系統(tǒng)等措施，可以實現(xiàn)機械手運動中的實時位置反饋，提高機械手的定位精度。主要研究內(nèi)容、關(guān)鍵問題及待解決思路摘要任務(wù)：實現(xiàn)機械手可以代替工人在兩個工作臺之間進行單調(diào)、長時間的移動工作。環(huán)境：高溫危險作業(yè)區(qū)，可更換生產(chǎn)品種的中小批量柔性自動化生產(chǎn)線。要求：PLC控制，預(yù)設(shè)工作程序，動作靈活，可根據(jù)工件變化隨時改變相關(guān)控制參數(shù)。硬件選擇動力源——步進電機及其相應(yīng)的驅(qū)動設(shè)備。機械手抓取部分采用電磁控制。每個部件都應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場工作環(huán)境進行檢查和設(shè)計。本文所選擇的設(shè)備僅作說明性選擇，未經(jīng)檢查。不適用于特定設(shè)備制造，不代表最終機械手硬件。傳動機構(gòu)——機械臂采用滾珠絲杠螺母傳動。減速機構(gòu)——本文沒有設(shè)計減速機構(gòu)，如果實際生產(chǎn)中動力不足，可以單獨加裝。同時，為保證機械手有足夠的定位精度，應(yīng)保證減速機具有滿足使用要求的傳動精度。超程保護——設(shè)備運行過程中未能免除控制程序或電路故障，導(dǎo)致在極限位置繼續(xù)發(fā)出正向信號，燒毀步進電機或其驅(qū)動設(shè)備。在該結(jié)構(gòu)中，限位處采用行程開關(guān)進行超程保護，每個限位預(yù)留一定的工作區(qū)域，不作為工作行程。操作臺布局——盡量人性化，顯示實時工作狀態(tài)和故障報警?？刂埔蠖ㄎ痪取捎貌竭M電機和步進電機驅(qū)動器作為動力驅(qū)動設(shè)備，采用開環(huán)點位控制，滿足定位要求。路徑是不受干擾的-沒有干擾，沒有安全風險?？梢栽O(shè)置中間點，避免走彎路。故障報警系統(tǒng)——具有故障位指示功能。輸入/輸出設(shè)備輸入：指令按鈕、旋鈕、急停按鈕、報警及指示裝置。輸出：指示燈、二極管、步進電機及其驅(qū)動設(shè)備、電磁機械手。PLC選型保證設(shè)計所需的指令、I/O點數(shù)、電壓、輸出方式等要求，選擇物美價廉、應(yīng)用廣泛的產(chǎn)品，降低設(shè)計總成本。I/O點分配合理選用符合設(shè)備點要求的PLC，減少不必要的浪費。優(yōu)先分配特殊I/O點，注意相關(guān)指定輸入輸出端子，分類分配。PLC編程可移植性——制定參數(shù)存儲區(qū)，存儲點來控制機械手的關(guān)鍵點。只需一次手動操作即可完成自動程序的點編程，降低對操作人員的專業(yè)要求，實現(xiàn)遠程、高度靈活的工件轉(zhuǎn)移。繼承——細化的程序段，表示詳細的程序描述，為后期維護和二次開發(fā)提供依據(jù)。研究對象的特征該設(shè)計的應(yīng)用研究貼近企業(yè)生產(chǎn)，具有較強的可行性、實用性和經(jīng)濟性。該設(shè)備可應(yīng)用于中小批量生產(chǎn)的柔性制造自動化生產(chǎn)線，實現(xiàn)工件在兩個工作臺之間的移動，大大降低工人的勞動強度，減少人力資源的浪費，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，并降低人工成本。疏忽造成的安全事故。在恒溫環(huán)境和不適合與人直接接觸的危險環(huán)境（如高溫、輻射、劇毒、厭氧、高海拔等惡劣的環(huán)境）。優(yōu)勢。硬件設(shè)計機械手夾持結(jié)構(gòu)夾持機構(gòu)-夾持器機械手的夾持器是用來抓取工件的部件。其結(jié)構(gòu)模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量可分為兩指、三指、四指等，其中兩指用得較多。夾頭有多種形狀和尺寸可供選擇，以適應(yīng)操作，具體取決于要夾持的物體的形狀和尺寸。夾具在抓取工件時應(yīng)快速、靈活、準確、可靠。在設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)需要檢查機械手的運行速度、加速度、抓取物體的重量、慣性和沖擊力、開口尺寸，并應(yīng)能自鎖以防止被抓取物體掉落由于電源故障或設(shè)備故障。結(jié)構(gòu)體假設(shè)被裝夾工件為帶槽的回轉(zhuǎn)體，自重不超過機械手的內(nèi)容安全載荷，則作如下結(jié)構(gòu)設(shè)計該方案不檢查具體參數(shù)，結(jié)構(gòu)僅適用于部分工作環(huán)境。。該方案不檢查具體參數(shù)，結(jié)構(gòu)僅適用于部分工作環(huán)境。圖2.1機械手夾爪示意圖1.卡爪2.軸3.壓縮彈簧4.電磁鐵芯5.電磁線圈6.螺母7.機械手爪殼8.定位銷9.限位螺絲10.橡膠防滑墊工作理論：杠桿原理、胡克定律和安培定律。工作原理：機械手的夾緊和松開由電磁線圈控制。如果線圈通電，將在臂端產(chǎn)生磁轉(zhuǎn)矩。當磁扭矩大于彈簧壓縮產(chǎn)生的扭矩時，手臂將被拉入，夾具將打開；在壓縮力產(chǎn)生的力矩的作用下，保持夾持狀態(tài)，實現(xiàn)自鎖功能，避免因意外斷電而導(dǎo)致被抓物墜落。特點：最小夾持半徑可調(diào)，夾持點半徑可設(shè)定，減少夾持力對被夾持物體表面的破壞。由于夾具是鋼制工件，為了提高安全性能，防止損壞工件，我們可以在夾具部位加一層橡膠，通過增加工件與手指之間的摩擦系數(shù)來增加安全性.通過橡膠的彈性變形來緩沖對工件的沖擊，可以減少甚至消除對工件的損傷。機械手軀干作品機械手軀干包括立柱、機座、手臂和手腕四部分。立柱是支撐手臂以驅(qū)動其提升、擺動和移動的機構(gòu)。立柱與機座相連，可固定在地面、機床設(shè)備上，也可懸掛在橫梁上，并可固定在行走機座上。本設(shè)計中的底座為落地式固定底座。機座是支撐機械手整個重量的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)剛性好、占地面積小、操作方便、外形美觀。手臂是機械手的主要部分，它支撐著手腕、手指和工件的機構(gòu)來移動它們。臂架應(yīng)具有承載能力大、剛性好、重量輕、靈活、定位精度高、通用性強等特點。主要結(jié)構(gòu)為伸縮式和鉸接式，本文首選伸縮式。傳動定位機構(gòu)手臂直線運動的結(jié)構(gòu)手臂直線運動的結(jié)構(gòu)基本由驅(qū)動機構(gòu)和導(dǎo)向裝置組成。本文以步進電機為動力，故選用絲杠螺母機構(gòu)或齒輪齒條機構(gòu)。兩者分析如下：絲杠螺母機構(gòu)：位移比較準確，減速比大，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無噪音，自鎖容易，但高精度絲杠制造難度大，傳輸效率低。矩形和梯形螺紋結(jié)構(gòu)由于傳遞力大而被廣泛使用。滾珠絲杠效率高但價格昂貴。齒輪齒條機構(gòu)：傳動效率高、速度快、無自鎖。一般用于機械手的傳動機構(gòu)，不作為定位機構(gòu)。為滿足自鎖要求，首選絲杠螺母機構(gòu)。手臂旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由于采用步進電機作為驅(qū)動元件，回轉(zhuǎn)機構(gòu)相對簡單，成本相對較低?？梢灾苯邮褂谬X輪減速來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。圖2.2機械手機械圖1.底座2.卡環(huán)3.軸承4.步進電機5.圓柱主動齒輪6.圓柱從動齒輪7.搖臂8.聯(lián)軸器9.螺母10.導(dǎo)軸11.絲桿滑塊12.絲桿軸13.軸承14.機械手傳輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)移方式電驅(qū)動是利用電動機直接驅(qū)動執(zhí)行器來獲得機械手的各種運動。在步進電機的驅(qū)動下，機械手的位移和運動速度可以通過電控系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號的個數(shù)和頻率來控制。步進電機可以實現(xiàn)較高的定位重復(fù)性。步進電機及其驅(qū)動器步進電機是將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行器。當步進驅(qū)動器接收到脈沖信號時，它驅(qū)動步進電機沿設(shè)定的方向旋轉(zhuǎn)一個固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉(zhuǎn)以一個固定的角度步進運行。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移，從而達到精確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可作為專用電機進行控制。利用其無累積誤差（100%精度）的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進電機分為兩種基本類型：機電式和磁電式。機電式步進電機由鐵芯、線圈、齒輪機構(gòu)等組成。當電磁線圈通電時，會產(chǎn)生磁力，推動其鐵芯運動，輸出軸通過齒輪轉(zhuǎn)動一個角度機構(gòu)，輸出軸通過防轉(zhuǎn)齒輪保持在新的工作位置；一步一步的動作。磁電式步進電機主要有三種類型：永磁式、反應(yīng)式和永磁感應(yīng)式。永磁步進電機由四相繞組組成。當A相繞組通電時，轉(zhuǎn)子磁鋼將轉(zhuǎn)向由相繞組確定的磁場方向；當A相繞組斷電，B相繞組通電時，會產(chǎn)生新的磁場方向。在磁場方向上，勵磁相的順序決定了轉(zhuǎn)子運動的方向。永磁步進電機耗電少，步距角大。缺點是啟動頻率和工作頻率較低。電抗式步進電機在定子和轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分布的類似齒槽，兩個齒槽的相對位置變化引起磁路磁阻的變化而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。這種步進電機的步距角可以為1°到15°，甚至更小，精度容易保證，啟動和運行頻率高，但功耗大，效率低。永磁感應(yīng)分型步進電機也稱為混合式步進電機。它是永磁步進電機和反應(yīng)式步進電機的結(jié)合體，兼有兩者的優(yōu)點。步進電機的驅(qū)動電源由變頻脈沖信號源、脈沖分配器和脈沖放大器組成，驅(qū)動電源從中向電機繞組提供脈沖電流。步進電機的運行性能取決于電機與驅(qū)動電源的良好配合。選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。選擇功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩。電機的轉(zhuǎn)矩頻率特性能夠滿足機械負載并有一定的余量，以保證其可靠運行。在實際工作過程中，各種頻率下的負載轉(zhuǎn)矩必須在轉(zhuǎn)矩-頻率特性曲線的范圍內(nèi)。一般來說，最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩大的電機，負載轉(zhuǎn)矩也大。

選擇步進電機時，應(yīng)使步距角與機械系統(tǒng)相匹配，這樣才能得到設(shè)備所需的脈沖當量。在機械傳動過程中，為了得到更小的脈沖當量，一種可以改變絲杠的導(dǎo)程，另一種可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但是細分只會改變它的分辨率，而不是它的精度。精度取決于電機的固有特性。

選擇功率步進電機時，應(yīng)估計機械負載的負載慣量和設(shè)備所需的啟動頻率，使步進電機的慣性頻率特性有一定的匹配余量，使最大高速度連續(xù)工作頻率可以滿足快速速度的要求。需要移動。

選擇步進電機需要進行以下計算：計算齒輪的減速比。根據(jù)所需脈沖當量，齒輪減速比計算如下：（公式2.1）

式中：φ——步進電機的步距角（o/pulse）

S——絲杠螺距（mm）Δ(mm/脈沖)

計算工作臺、絲杠和齒輪對電機軸的慣性。

（公式2.2）式中：換算為電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量（）,齒輪慣量()

螺桿慣量()W工作臺重量（N）

S——絲杠螺距（厘米）

電機輸出的總扭矩M（公式2.3）（公式2.4）式中：電機啟動加速轉(zhuǎn)矩（）,電機慣量和負載慣量()n電機需要達到的轉(zhuǎn)速（r/min）

T電機加速時間（s）

（公式2.5）式中：導(dǎo)軌的摩擦力換算成電機的轉(zhuǎn)矩（）u摩擦系數(shù)

η傳遞效率

（公式2.6）式中：切削力換算為電機扭矩（）最大切削力（N）負載啟動頻率估計。數(shù)控系統(tǒng)控制的電機啟動頻率與負載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為：

（公式2.7）式中：負載啟動頻率（Hz）空載啟動頻率

（赫茲）電機輸出轉(zhuǎn)矩由啟動頻率下的轉(zhuǎn)矩頻率特性決定（）如果負載參數(shù)不能精確確定，可以根據(jù)估計。計算最高運行頻率和加速時間。由于電機的輸出轉(zhuǎn)矩隨著頻率的增加而減小，所以在最高頻率

，轉(zhuǎn)矩頻率特性的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)該能夠驅(qū)動負載有足夠的余量。

載荷力矩和最大靜力矩。負載轉(zhuǎn)矩可根據(jù)（式2.5）和（式2.6）計算。當電機處于最大進給速度時，由轉(zhuǎn)矩頻率特性決定的電機輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于總和并留有余量。一般來說，總和應(yīng)該小于（0.2~0.4）。步進電機和交流伺服電機是運動控制系統(tǒng)中最常用的兩種執(zhí)行器電機。在電機選型過程中，首先要計算負載通過機械傳動系統(tǒng)到電機軸的換算轉(zhuǎn)矩。下面介紹幾種常見的機械傳動方式的換算扭矩的計算過程。絲杠螺母驅(qū)動：()（公式2.8）(N)(公式2.9)42HS003兩相混合式步進電機數(shù)據(jù)來自張千蘇電子科技數(shù)據(jù)來自張千蘇電子科技地址：海淀區(qū)清河永泰公園13樓309室網(wǎng)址：:///術(shù)指標：工作環(huán)境：-10°C-+55°C（溫度）絕緣電阻：500VDC100MWMin軸向間隙：0.10.3mm徑向跳動：0.02mmMax溫升：75°CMax介電強度：B圖2.3機器人步進電機表2.142HS003步進電機電氣技術(shù)數(shù)據(jù)階段步距角相電流駕駛電壓最大靜態(tài)扭矩相電阻相電感重量配套驅(qū)動器21.7一個DC24五0.45__牛米3.3__Ω3.7__mH0.35_公斤ST-2HB02X圖2.4步進電機安裝尺寸（mm）圖2.5步進電機接線圖表2.2步進電機扭矩測試扭矩測試數(shù)據(jù)配套驅(qū)動ST-2HB02X電流1.7A電壓DC28V4細分轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）50100150250350450600扭矩(Nm)0.35ST-2HB02X驅(qū)動器數(shù)據(jù)來自張千蘇電子科技數(shù)據(jù)來自張千蘇電子科技地址：海淀區(qū)清河永泰公園13樓309室網(wǎng)址：:///T-2HB02X驅(qū)動器采用MicrosChip芯片，采用新型雙極恒相電流驅(qū)動技術(shù)，實現(xiàn)最大64細分高性能驅(qū)動，適用于驅(qū)動2A以下42系列、57系列兩相混合式步進電機。廣泛應(yīng)用于各種數(shù)控機床、紡織機械、繞線機、噴墨打印機、疲勞試驗機等用戶要求低成本、低振動、高精度、高速度的場合。特征：☆工作電壓為10V～40V直流電源☆H橋雙極恒相電流驅(qū)動☆最多2A八路輸出電流可選☆七種細分模式可選，最多128個細分☆輸入信號光電隔離☆提供節(jié)能自動半電流鎖定功能☆無需控制器自檢功能技術(shù)參數(shù)：型號ST-2HB02X相數(shù)：兩相工作電壓：直流（10-40）V驅(qū)動電流：（0.1A-2.0A）直流驅(qū)動方式：全橋雙極恒相電流驅(qū)動電流設(shè)置：0.1A分度圖2.6步進電機驅(qū)動器細分功能：（.6.32.64）細分適用電機：相電流不高于2A/相的兩相、四相混合式步進電機冷卻方式：散熱器（安裝在通風良好的地方）環(huán)境溫度：0~50℃尺寸/重量：130×73×33mm/280g表2.3步進電機驅(qū)動器端子說明輸入信號上市CP+方向+ENA+它是輸入信號的公共端，連接到外部系統(tǒng)的VCC。如果外部系統(tǒng)的VCC為+5V，則可以直接連接。如果沒有，則應(yīng)確保外部光耦提供10-20mA的驅(qū)動電流。脈沖CP-脈沖信號輸入端，工作時下降沿有效。共陽極時脈沖低電平的持續(xù)時間不應(yīng)小于10μs。該驅(qū)動器的信號響應(yīng)頻率為70KHz，如果輸入頻率過高，可能無法獲得正確的響應(yīng)。方向方向-它是方向電平信號的輸入端，控制電機的正反轉(zhuǎn)。當陽極為公共時，如果該端子懸空，則認為該端子為高電平輸入?？刂齐姍C方向時，應(yīng)確保方向信號至少比脈沖信號提前10μs建立，這樣可以避免驅(qū)動器對脈沖的錯誤響應(yīng)。離線啟用ENA-釋放信號（低電平有效），當輸入為低電平時，電機勵磁電流關(guān)閉，電機處于離線自由狀態(tài)，共陽極為高電平或懸空時轉(zhuǎn)子處于鎖定狀態(tài)。表2.4步進電機功能設(shè)置功能設(shè)置細分設(shè)置（開關(guān)位置8、9、10）當前設(shè)置（開關(guān)位置1、2、3）注：開關(guān)位置ON=0OFF=1細分設(shè)置相電流設(shè)定撥動開關(guān)8910細分撥動開關(guān)123ST-2HB02X000全步0000.3A001半步0010.6A01040100.9A01180111.2A100161001.5A101321011.8A110641102.1A111—1112.4A（禁止使用）圖2.6步進驅(qū)動器安裝尺寸輔助系統(tǒng)原點定位及超程保護為保證機械手的重復(fù)定位精度，對機械手的每個工作循環(huán)都提出了回原點校準零位的要求。在初始位置加一個限位開關(guān)，當觸摸它時，它會發(fā)出到達原點的命令并停止運動。同時鎖定繼續(xù)前進，只能后退，實現(xiàn)故障或暴力操作造成的超程保護功能。非原點端僅用于超程保護，不用于定位。圖2.8驅(qū)動螺桿示意圖安慰操作面板按照貼近人們?nèi)粘９ぷ髁晳T、符合人體工學(xué)、方便工作人員直觀操作、響應(yīng)自動化工作狀態(tài)的原則設(shè)計，如下圖所示。機械手有手動、單步、單循環(huán)和連續(xù)工作（自動）四種工作模式。具有原點、路徑關(guān)鍵點、報警指示、工作狀態(tài)指示等功能。下面對操作面板進行說明如下：設(shè)備原點：機器人的機械設(shè)備原點。在任何停止狀態(tài)下，將選擇旋鈕旋回原點，按下回原點按鈕，機械手回原點。手動模式：各自的按鈕使每個負載單獨打開或關(guān)閉。根據(jù)操作員的指令實時動作。同時還負責自動工作模式下每個工作步驟的目的點的記錄保存。單步：旋鈕選擇單步工作，按一次啟動鍵前進一步。單循環(huán)：旋鈕選擇單循環(huán)工作，按一次啟動按鈕運行一個循環(huán)。連續(xù)運行（自動狀態(tài)）：在用戶原點，旋鈕選擇自動，按啟動鍵連續(xù)反復(fù)運行，中途按停止鍵，運行到原點后停止。LED指示燈：狀態(tài)實時顯示。電源和急停按鈕與PLC操作無關(guān)。該按鈕用于打開或關(guān)閉PLC外部負載的電源。圖2.9操作面板示意圖軟件設(shè)計工作流程圖圖3.1工作流程圖該機械手采用點控制，我們可以把整個運動看成一個折線運動，每一步的動作都可以摘要為不同參數(shù)的點之間的動作。以起點為參考點，通過脈沖計數(shù)得到終點的位置。手動操作機械手從參考點到目標點后，保存目標點的相關(guān)特征參數(shù)，并以列表方式管理每一步保存的參數(shù)。手動方式實現(xiàn)關(guān)鍵點輸入，自動方式實現(xiàn)查表“復(fù)制”移動。手動設(shè)置后，可根據(jù)預(yù)設(shè)設(shè)置自動運行。核心理念：記錄關(guān)鍵點，構(gòu)建工作路徑和狀態(tài)。下面對四個站點進行說明。在手動原點狀態(tài)下，用戶控制機械手到A點（可以通過設(shè)置中間點繞行A點的路徑），按保存，記錄該點的重要參數(shù)。然后控制機械手在B點拾取工件，同時記錄機械手的打開位置和夾持位置。為簡化流程，可將機械手設(shè)置在A點并夾緊在B點?？刂茩C械手的運動，如前所述記錄關(guān)鍵點，在D點下落工件。然后用同樣的方法操作到下一個工位。PLC選擇和I/O端口分配PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原理為滿足被控對象的控制要求，考慮未來發(fā)展的需要，PLC選擇功能更強的新產(chǎn)品，并預(yù)留適當?shù)挠嗔?。該系統(tǒng)安全可靠。盡可能簡單、經(jīng)濟、易于使用和維護。具有很高的性價比。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟分析控制對象，提出控制要求。確定輸入和輸出設(shè)備。確定PLC的I/O點數(shù)并選擇PLC型號。分配I/O點數(shù)，繪制PLC控制系統(tǒng)輸入輸出端子接線圖。程序設(shè)計，繪制工作循環(huán)圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。程序調(diào)試。先進行模擬調(diào)試，再進行現(xiàn)場在線調(diào)試；先進行局部和分段調(diào)試，再進行整體和系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試過程結(jié)束，整理技術(shù)資料并投入使用。圖3.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟流程圖中央處理器速度CPU的運行速度是指執(zhí)行用戶程序的每一步所花費的時間。對于基于開關(guān)量的控制系統(tǒng)，可以使用通用的PLC模型，無需考慮掃描速度。對于基于模擬量的控制系統(tǒng)，需要考慮掃描速度，必須選擇具有合適CPU類型的PLC型號。PLC模塊遠程I/O模塊：輸入輸出設(shè)備比較分散，工作地點離控制站較遠。高速計數(shù)器模塊：當PLC部門高速計數(shù)器的最大計數(shù)頻率不能滿足要求時，可選用。定位模塊：在機械設(shè)備中，進行定位以保證加工精度。通訊聯(lián)網(wǎng)模塊：PLC與PLC或PLC與計算機之間的通訊聯(lián)網(wǎng)。模擬量輸入模塊和輸出模塊：將流量、速度、壓力、風、力等轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量進行輸入輸出。PLC品牌選擇全球有數(shù)百家PLC廠商，形成了美國、歐洲、日本三大技術(shù)陣營。代表型號有GE-Fanuc公司生產(chǎn)的PLC-5系列PLC、90TM-30系列和90TM-70系列PLC，德國西門子公司生產(chǎn)的S5系列PLC和S7系列PLC，生產(chǎn)的FX系列、A系列、Q系列由日本三菱公司系列PLC、CS系列、C200系列、歐姆龍生產(chǎn)的CPM系列PLC。三大技術(shù)陣營的PLC在程序表達形式、功能和使用上都有很大差異。熟悉西門子S5系列PLC的人都知道，他采用結(jié)構(gòu)化編程的方法，雖然他也有梯形圖、邏輯圖等多種其他編程語言，只是有點復(fù)雜的問題一定要用語句表，通過STEP5語言，調(diào)用各種功能實現(xiàn)。但美國AB公司的PLC-5系列可編程控制器與西門子S5系列PLC相差甚遠。AB的PLC-5根本沒有語句表。它與西門子的梯形圖在形式、功能和使用上都有很大的不同。日本的微小型PLC產(chǎn)品很有特色。梯形圖和語句表并重，并配備了包括功能指令在內(nèi)的強大指令系統(tǒng)。用戶經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，同樣的應(yīng)用問題可以通過使用日本的小型PLC產(chǎn)品來解決，而中型甚至大型PLC往往用于歐美產(chǎn)品。這主要是歐美小型PLC產(chǎn)品指揮系統(tǒng)薄弱所致。日本的PLC技術(shù)是從美國引進的，所以日本產(chǎn)品對美國產(chǎn)品有一定的繼承性。ShanJapan已將其主要產(chǎn)品定位在小型PLC上。由于其面臨的主要市場在亞洲，他繼承和發(fā)展了美國的PLC技術(shù)。在小型PLC方面，他勝過藍藍。日本產(chǎn)品占全球小型PLC市場的70%。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年引進的PLC產(chǎn)品產(chǎn)值，其中美國產(chǎn)品約占36.3%，歐洲產(chǎn)品約占45.5%，日本產(chǎn)品約占18.2%。歐美產(chǎn)品以大中型PLC為主，德國西門子和美國AB基本平分秋色。小型PLC主要是日本產(chǎn)品。在國內(nèi)，日本三菱公司生產(chǎn)的FX系列小型PLC以其良好的性能得到了廣泛的應(yīng)用。同時，各大高校和職業(yè)技術(shù)學(xué)校也為其提供專業(yè)技術(shù)人員的支持。一個用于簡單機械手運動的小型PLC就足以滿足需要。本文選擇三菱公司的FX系列作為移動機械手的核心控制系統(tǒng)，可以減少對操作人員的培訓(xùn)，降低使用成本，減少消費者對產(chǎn)品使用的顧慮。PLC系列選擇PLC選型的基本原則是在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便、性價比最優(yōu)化的機型。三菱FX系列PLC包括FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC。每種類型的PLC的性能都不同。FX1S系列PLC將強大的功能組合到一個小型控制器中。FX1S適用于最小的封裝，是用戶在有限的I/O區(qū)域中尋求強大控制且低成本的首選。FX1S提供多達30個I/O，可通過串行通信傳輸數(shù)據(jù)，因此可用于普通緊湊型PLC無法使用的地方。FX1S小巧但功能強大：主機點數(shù)10/14/20/30，分為晶體管輸出/繼電器輸出，交流電源/直流電源。緊湊且具有成本效益。顯示模塊和擴展板使系統(tǒng)升級變得容易。高速運轉(zhuǎn)?；局噶顬?.55μs/指令~0.7μs/指令；應(yīng)用指令為3.7μs/指令至數(shù)百μs/指令。2000步的存儲容量是之前FX0S的2.5倍。豐富的設(shè)備資源。512個輔助繼電器，64個定時繼電器，32個計數(shù)器，256個數(shù)據(jù)寄存器。具有實時時鐘功能。對時間敏感的應(yīng)用程序使用標準的實時時鐘模型。網(wǎng)絡(luò)能力。串行擴展板通過RS-232、RS-422使聯(lián)網(wǎng)更容易。電源適用范圍廣。世界任何地方的標準電壓都適合，也可以使用直流電源?；赪indows的軟件。模擬電位器。密碼保護。遠程維護。脈沖輸出和定位功能。一臺PLC單元每相可同時輸出2點100KHz脈沖。PLC配備7條特殊定位指令，包括回零、絕對位置讀出、絕對或相對地址表達，以特殊脈沖輸出進行控制。FX1N系列PLC增加特殊功能模塊或擴展板。通訊和數(shù)據(jù)功能選項使FX1N非常適合重要應(yīng)用，例如音量、通訊和特殊功能模塊以及能源控制。是一個常見的選擇。與FX1S相比，在以下幾個方面都有很好的提升：更多控制點從14點增加到128點。EEPROM寄存器更大，最多8000步。更豐富的設(shè)備資源。輔助繼電器1536點，定時器256點，計數(shù)器235點，數(shù)據(jù)寄存器8000點。加強過程控制。PID指令適用于系統(tǒng)需要精確控制時。FX2N系列PLC作為FX系列中最先進的模塊，它具有無與倫比的速度、先進的功能、邏輯元件和定位控制。與以前的PLC相比，在以下幾個方面有了很好的改進：更多控制點。16:00~256:00。靈活的配置。通過大量特殊模塊來滿足特殊要求，6個基本FX2N單元中的每一個都可以擴展至256點I/O。更快的操作?；局噶?.08μs/指令；應(yīng)用指令為1.52μs/指令至數(shù)百μs/指令。寄存器容量擴展。更豐富的設(shè)備資源。輔助繼電器3072點，定時器256點，計數(shù)器235點，數(shù)據(jù)寄存器8000點。特殊功能模塊。主機可配置8個特殊功能模塊。數(shù)學(xué)指令集。使用32位處理器、浮點、平方根和三角函數(shù)指令滿足數(shù)學(xué)函數(shù)。位置控制模塊擴展位置控制是對工位的控制，可以通過位置控制模塊來實現(xiàn)。PLC系統(tǒng)可作為整個位置控制系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)。配合伺服放大器或驅(qū)動放大器，將位置控制功能、邏輯控制、順序控制等一攬子解決方案。使用PLC模塊實現(xiàn)位置控制的優(yōu)點：在實現(xiàn)位置控制時，可以充分利用PLC系統(tǒng)的軟硬件資源。在柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）或工廠自動化（FA）系統(tǒng)中應(yīng)用位置控制更為方便。用戶可以根據(jù)自己的需求靈活配置系統(tǒng)，既降低了成本，又因地制宜。可靠性高，維護方便。根據(jù)FROM/TO指令與FX2和FX系列PLC交換數(shù)據(jù)的特殊功能模塊。2C一臺FX-1PG可獨立控制一根軸，一臺PLC最多可連接8臺FX-1PG。PLC系列選擇FX1N系列以性價比名列前茅。但是程序結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。在功能方面，F(xiàn)X2N系列是不錯的選擇?？蛇x配三個FX2N-1PG-E脈沖輸出模塊，為步進電機驅(qū)動設(shè)備提供穩(wěn)定的信號，模塊程序簡化了PLC程序的結(jié)構(gòu)。但它的總制造價格很高。就核心控制系統(tǒng)PLC及其模塊而言，成本將是FX1N系列的4倍以上。由于本文中的機械手無需聯(lián)動，可時分復(fù)用，適用范圍無需選用FX2N-1PG-E脈沖輸出模塊，其功能由軟件實現(xiàn).輸出方式PLC包括兩種輸出方式：繼電器輸出和晶體管輸出。輸出差異如下：不同的負載電壓和電流類型負載類型：晶體管只能承載直流負載，而繼電器可以同時承載交流和直流負載。電流：晶體管電流0.2A-0.3A，繼電器2A電壓：晶體管可接DC24V（繼電器可接DC24V或AC220V）。承載能力不同晶體管承載負載的能力小于繼電器承載負載的能力。使用晶體管時，有時必須添加其他東西來驅(qū)動大負載（如繼電器、固態(tài)繼電器等）。晶體管過載能力小于繼電器過載能力一般來說，當浪涌電流較大時，晶體管的過載能力較小，需要更多的降額。晶體管的響應(yīng)速度比繼電器快繼電器輸出型的原理是CPU驅(qū)動繼電器線圈使觸點吸合，使外部電源通過閉合觸點驅(qū)動外部負載，開路漏電流為零，響應(yīng)時間慢（約10ms），主控開關(guān)為晶體管輸出型的原理是CPU通過光耦合開啟和關(guān)閉晶體管來控制外部直流負載，響應(yīng)時間快（約0.2ms甚至更短）。晶體管輸出一般用于高速輸出，如伺服/步進等，用于高工作頻率的輸出。在額定工作條件下，繼電器有動作次數(shù)的壽命，晶體管只老化，使用次數(shù)沒有限制。繼電器是機械部件，因此它們具有使用壽命。晶體管是電子元件，只是老化，使用次數(shù)沒有限制。繼電器對每分鐘可以切換的次數(shù)也有限制，而晶體管則沒有。本文以步進電機為動力源，故采用晶體管輸出和直流D24V電源。輸入輸出點數(shù)I/O點數(shù)是衡量可編程控制器大小的基礎(chǔ)。根據(jù)需要的電壓電流大小和類型統(tǒng)計與PLC連接的所有輸入輸出設(shè)備，并考慮未來發(fā)展需要增加10%~15%的余量。如表3.1所示。表3.1I/O點估計統(tǒng)計序列號電氣設(shè)備和部件輸入點數(shù)輸出點使用量1步進電機驅(qū)動器0232脈沖信號源0113限位開關(guān)1064指示燈01115報警蜂鳴器0116按鈕10127電磁繼電器01185位旋鈕501全部的輸入點數(shù)二十二輸出點20總積分44I/O口分配原則特殊的、特定的I/O點優(yōu)先分配。如高速脈沖輸出端口Y000或Y001；便利命令中的初始狀態(tài)命令等未指定I/O點的普通分類分配。節(jié)省I/O點數(shù)的適當方法。比如編碼。I/O端口分配參數(shù)選項一：表3.2選項1I/O分配輸入端子列表進入功能（設(shè)備）進入功能（設(shè)備）X000機器人夾緊X014X001機械手放松X015X002X方向位移+X016X003X方向位移-X017節(jié)省X004Y方向位移+X020手動的X005Y方向的位移-X021起源X006旋轉(zhuǎn)位移+X022單步運動X007旋轉(zhuǎn)位移-X023單循環(huán)運動X010超程保護碼輸入口X024自動的X011超程保護碼輸入口X025開始回到原點X012超程保護碼輸入口X026自動運行啟動X013X027停止表3.3方案一的I/O分配輸出端子列表輸出功能（設(shè)備）輸出功能（設(shè)備）Y000步進電機脈沖信號是010啟動指示燈L0是001X步進電機驅(qū)動器ENA是011停車燈L1是002X步進電機轉(zhuǎn)向是012緊急停止/故障指示燈L2是003Y型步進電機驅(qū)動器ENA是013錯誤報警是004Y步進電機轉(zhuǎn)向是014位移指示碼輸出口是005旋轉(zhuǎn)步進電機驅(qū)動器ENA是015位移指示碼輸出口是006旋轉(zhuǎn)式步進電機轉(zhuǎn)向Y016位移指示碼輸出口是007機械手夾緊/釋放Y017本方案采用三位二進制編碼器進行硬編碼，PLC進行軟解碼，節(jié)省超程保護限位開關(guān)的I/O點數(shù)，使I/O口總數(shù)（含10個）%到20%的儲備）在40以內(nèi)點擊以節(jié)省PLC成本。具體代碼如下：表3.4編碼表進入輸出（PLCI/O端口）限位開關(guān)報警X010X011X012無報警(I0)000LS1(I1)001LS2(I2)010LS3(I3)011LS4(I4)100LS5(I5)101LS6(I6)110未定義(I7)111寫出編碼表中的邏輯公式：邏輯圖如圖3.3所示。圖3.3編碼器示意圖編碼可以通過選擇74LS147擴展芯片來實現(xiàn)，具體接線方法這里不再詳述。優(yōu)勢：通過編碼行程開關(guān)進行超程保護可節(jié)省I/O點數(shù)，PLC總I/O點壓縮到40點以下，選用FX1N-40MT-D，降低成本可編程邏輯控制器。缺點：程序復(fù)雜，只能實現(xiàn)單線程工作。需要保證只有一個行程開關(guān)（指示燈）動作，并且必須對信號進行預(yù)處理。如果同時觸發(fā)PLC的兩點，則會出現(xiàn)識別錯誤。容易受到外界信號的干擾，一定程度上影響穩(wěn)定性。運動指示解碼采用軟編碼和硬件解碼，同樣存在上述問題，這里不再贅述。綜上所述，節(jié)省I/O點數(shù)的措施為以后的穩(wěn)定運行埋下了很多隱患。生產(chǎn)成本并沒有很好的降低，只是轉(zhuǎn)移了制造成本。這個計劃不被接受。選項二：表3.4方案二的I/O分配輸入端子列表進入功能（設(shè)備）進入功能（設(shè)備）X000X014超程保護（行程開關(guān)LS3）X001X方向位移+SB4X015旋轉(zhuǎn)原點（行程開關(guān)LS4）X002X方向位移-SB5X016超程保護（行程開關(guān)LS5）X003Y方向位移+SB6X017位置保存SB3X004Y方向位移-SB7X020手動的X005旋轉(zhuǎn)位移+SB8X021回到原點X006旋轉(zhuǎn)位移-SB9X022單步運動X007機器人夾緊SB10X023單循環(huán)運動X010機械手放松SB11X024全自動運行X011X原點（行程開關(guān)LS0）X025回原點啟動SB0X012超程保護（行程開關(guān)LS1）X026自動啟動SB1X013Y原點（行程開關(guān)LS2）X027停止SB2表3.4方案二的I/O分配輸入端子列表輸出功能（設(shè)備）輸出功能（設(shè)備）Y000步進電機脈沖信號Y014Y方向位移+指示燈L4是001X步進電機驅(qū)動器ENA是015Y方向位移-指示燈L5是002X步進電機轉(zhuǎn)向是016旋轉(zhuǎn)位移+指示燈L6是003Y型步進電機驅(qū)動器ENA是017旋轉(zhuǎn)位移-指示器L7是004Y步進電機轉(zhuǎn)向Y020機械手指示燈L9是005旋轉(zhuǎn)步進電機驅(qū)動器ENAY021故障指示燈L10是006旋轉(zhuǎn)式步進電機轉(zhuǎn)向Y022故障報警蜂鳴器是007機械手夾緊/松開，L8Y023是010原點復(fù)位指示燈L0Y024是011自動啟動指示燈L1Y025是012X方向位移+指示燈L2Y026是013X方向位移-指示燈L3Y027該方案將I/O獨立分配給限位開關(guān)和用于超程保護的運動方向指示器。優(yōu)勢：獨立控制，互不干擾。程序簡單，無需添加編解碼芯片和抗干擾設(shè)施。穩(wěn)定性好。預(yù)留足夠的I/O點數(shù)，大于10~20%。方便以后的擴展和升級。缺點：價格略高于前者。綜合優(yōu)勢，最終選擇FX2N-48MT-DPLC方案2作為首選方案。PLC硬件接線圖如圖3.4所示。圖3.4三菱FX2N-48MT-DPLC接線圖1.三菱FX2N-48MT-D型PLC2.ST-2HB02X型步進電機驅(qū)動器3.42HS003兩相混合式步進電機編程存儲區(qū)分配脈沖計數(shù)存儲區(qū)分為三個部分：統(tǒng)計區(qū)、暫存區(qū)和存儲區(qū)。統(tǒng)計區(qū)域：統(tǒng)計保存數(shù)據(jù)的組數(shù)，確定有效區(qū)域，配備16位斷電保持數(shù)據(jù)寄存器D200和D327。暫存區(qū)：暫存脈搏信息，進行基本數(shù)據(jù)處理，進行數(shù)據(jù)計算功能。由于脈沖數(shù)據(jù)值較大，使用了32位斷電保持數(shù)據(jù)寄存器D201~D206。存儲區(qū)：又分為脈沖數(shù)據(jù)存儲區(qū)和其他存儲區(qū)。自動程序數(shù)據(jù)值的長期存儲。脈沖數(shù)據(jù)存儲區(qū)：存儲暫存區(qū)處理的有效脈沖數(shù)。使用32位掉電保持數(shù)據(jù)寄存器。初步設(shè)計了20組控制點，即D207~D326。其他存儲區(qū)：運動方向存儲和機械手抓手狀態(tài)。輔助繼電器用于在斷電時保持存儲位的狀態(tài)。與脈沖數(shù)據(jù)存取區(qū)相匹配，有20組控制點，即M500~M579。運動方向存儲分區(qū)為D500~D559，機械手抓手狀態(tài)存儲分區(qū)為D560~D579。表3.1脈沖計數(shù)存儲區(qū)D200D327D201D202D203D204D205D206X方向脈沖信息Y方向脈沖信息旋轉(zhuǎn)脈沖信息統(tǒng)計區(qū)域存儲緩存1D207D208D209D210D211D212X方向脈沖信息Y方向脈沖信息旋轉(zhuǎn)脈沖信息儲藏區(qū)域2D213D214D215D216D217D218X方向脈沖信息Y方向脈沖信息旋轉(zhuǎn)脈沖信息儲藏區(qū)域3D219D220D221D222D223D224X方向脈沖信息Y方向脈沖信息旋轉(zhuǎn)脈沖信息儲藏區(qū)域19D314D315D316D317D318D319X方向脈沖信息Y方向脈沖信息旋轉(zhuǎn)脈沖信息儲藏區(qū)域20D320D321D323D324D325D326X方向脈沖信息Y方向脈沖信息旋轉(zhuǎn)脈沖信息儲藏區(qū)域表3.2其他存儲區(qū)域1M500M501M502M560X運動方向Y運動方向旋轉(zhuǎn)方向握把狀態(tài)其他存儲區(qū)域2M503M504M505M561X運動方向Y運動方向旋轉(zhuǎn)方向握把狀態(tài)其他存儲區(qū)域3M506M507M518M562X運動方向Y運動方向旋轉(zhuǎn)方向握把狀態(tài)其他存儲區(qū)域19M554M555M556M578X運動方向Y運動方向旋轉(zhuǎn)方向握把狀態(tài)其他存儲區(qū)域20M557M558M559M579X運動方向Y運動方向旋轉(zhuǎn)方向握把狀態(tài)其他存儲區(qū)域程序指令[6][7][11]子程序調(diào)用和返回指令指令號和助記符：子程序調(diào)用功能指令FNC01CALL,CALL(P)。子程序返回功能命令FNC02SRET。該指令的目標操作元素是指針編號P0到P62（內(nèi)容修改索引）。子程序和標簽的位置：CALL指令必須與FEND和SRET一起使用。子程序標號應(yīng)寫在主程序結(jié)束指令FEND之后。標簽P0和子程序返回指令SRET構(gòu)成了P0子程序的內(nèi)容。當主程序包含多個子程序時，子程序應(yīng)按順序放置在主程序結(jié)束指令FEND之后，并用不同的標號區(qū)分。子程序標簽范圍從P0到P62。這些標簽與條件分支中使用的標簽相同，并且標簽已經(jīng)在條件分支中使用，因此子程序不能再次使用。同一個標號只能使用一次，不同的CALL指令可以多次調(diào)用同一個標號的子程序。圖3.5CALL指令示例致命令指令格式指令號及助記符：傳送指令FNC12MOV[S][D]其中：[S]為源數(shù)據(jù)；[D]是目標軟件組件目標操作數(shù)是T,C,V,Z,D,KnY,KnM,KnS源操作數(shù)的軟件組件是T,C,V,Z,D,K,H,KnX,KnY,KnM,KnS指令使用傳輸指令是將源操作數(shù)傳輸?shù)街付ǖ哪繕瞬僮鲾?shù)，即[S·]→[D·]。圖3.6傳送指令MOV示例當常開觸點X000閉合為ON時，每掃描一次MOV指令，將[S]源數(shù)據(jù)中存儲的操作數(shù)100（K100）轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，然后致到目標操作數(shù)D10。X000為OFF時，指令不執(zhí)行，數(shù)據(jù)保持不變。塊傳遞指令指令格式指令號及助記符：程序段傳送指令FNC15BMOV[S][D]n其中：[S]是源軟件組件，[D]是目標軟件組件，n是數(shù)據(jù)塊的數(shù)量。源操作數(shù)可以是KnX、KnY、KnM、KnS、T、C、D、K、H。目標操作數(shù)可以采用.KnY、KnM、KnS、T、C和D。_數(shù)據(jù)塊的數(shù)量是常數(shù)K，H。n條數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)塊傳送到指定的目標軟件組件。如果組件編號超出內(nèi)容的組件編號范圍，則僅將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)容的范圍。(a)(b)圖3.7塊傳送指令BMOV示例(a)塊傳輸指令；(b)塊傳輸指令如果X000斷開，則不執(zhí)行塊傳送指令，源數(shù)據(jù)和目標數(shù)據(jù)保持不變。如果X000為ON，則執(zhí)行塊傳送指令。根據(jù)K3，指定數(shù)據(jù)塊的個數(shù)為3，然后將D5到D7的內(nèi)容傳送到D10到D12，如圖6所示。30(b)。傳輸時，D5～D7的內(nèi)容不變，D10～D12的內(nèi)容替換為D5～D7的對應(yīng)內(nèi)容。當源和目標軟件組件的類型相同時，會自動確定傳輸順序。如果源和目的軟件組件的類型不同，只要位數(shù)相同，就可以正確傳輸。如果源和目的軟件組件數(shù)量超出內(nèi)容范圍，則只傳輸符合規(guī)定的數(shù)據(jù)。多播命令指令格式指令號及助記符：傳送指令FNC16FMOV[S][D]n其中：[S]為源軟件組件；[D]是目標軟件組件；n是目標軟件組件的數(shù)量給出的命令是目標軟件組件的第一個地址。常用于對某段數(shù)據(jù)寄存器清零或設(shè)置相同的初始值。源操作數(shù)可以取除V和Z之外的所有數(shù)據(jù)類型，目標操作數(shù)可以取KnY、KnM、KnS、T、C和D，并且n小于或等于512。指令使用FMOV指令是將源操作數(shù)中的數(shù)據(jù)傳送到從指定目標開始的n個元素中，這n個元素中的數(shù)據(jù)完全相同。圖3.8多點傳輸指令FMOV指令示例附加說明指令格式指令號及助記符：二進制加法指令FNC20ADD[S1][S2][D]其中：[S1]、[S2]為加數(shù)的源操作數(shù)；[D]是存儲結(jié)果的目的地源操作數(shù)可以采用所有數(shù)據(jù)類型目標操作數(shù)可以采用KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。指令使用ADD指令將兩個源操作數(shù)[S1]、[S2]相加，結(jié)果放在目標元素[D]中。指令說明如圖3.8所示。圖3.9ADD指令示例之一兩個源數(shù)據(jù)的二進制加法被傳遞到目標。每個數(shù)據(jù)的最高位是正（0）和負（1）的符號位。這些數(shù)據(jù)以代數(shù)形式相加，例如5+(-8)=-3。ADD指令有4個標志位，M8020為0標志位，M8021為借位標志位。M8022為進位標志，M8023為浮點標志。如果運算結(jié)果為0，則零標志位M8020置1，如果運算結(jié)果超過32、767（16位運算）或2147483647（32位運算），則進位標志位M8022置1.如果運算結(jié)果小于-32767（16位運算）或-2147483467（32位運算），則將借位標志位M8021設(shè)置為1。在32位操作中，當使用字元素時，指定的字元素是低16位元素，下一個字元素是高16位元素。源和目標可以使用相同的元素，如果源和目標之間相同，并且在使用連續(xù)執(zhí)行的ADD時，(D)ADD指令，相加的結(jié)果在每個掃描周期都會改變。如下圖3.9所示。圖3.10第二條ADD指令加1條指令，減1條指令指令格式指令號及助記符：加1指令FNC24INC[D]減1命令FNC25DEC[D]其中：[D]是要遞增（或遞減1）的目標軟件組件對象操作數(shù)的軟組件是KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。指令使用INC指令是將指定目標軟件組件的容量加1，DEC指令的作用是將指定目標軟件組件的容量減1。指令說明如圖3.10所示。圖3.11INC和DEC指令示例在16位操作中，如果+32767加1變?yōu)?32768，則標志位不設(shè)置；在32位操作中，如果+2147483647加1變?yōu)?2147483648，則不設(shè)置標志位。在指令的連續(xù)執(zhí)行中，每個掃描周期都會執(zhí)行一次操作，必須加1。因此，一般采用輸入信號的上升沿觸發(fā)一次操作。在16位操作中，如果-32768減1，則值變?yōu)?32767，并且不設(shè)置標志；在32位操作中，如果-2147483648減1，則值變?yōu)?2147483647，并且不設(shè)置標志。補充指令指令格式指令號及助記符：補指令FNC29NEG[D]其中：[D]為存儲補碼結(jié)果的目標分量。目標操作數(shù)可以采用KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。指令使用NEG指令是先將指定的目標軟元件[D·]的內(nèi)容中的每一位取反（0→1，1→0），然后加1，并將結(jié)果致給原目標軟元件。圖3.12補碼指令NEG示例如果X000斷開，則不執(zhí)行該NEG指令，源和目標中的數(shù)據(jù)保持不變。如果X000開啟，則進行補碼運算，即將D10中的二進制數(shù)“反轉(zhuǎn)并與符號位加1”，然后將補碼的結(jié)果致到D10。補碼示意圖如圖6.47所示。假設(shè)D10中的數(shù)字為十六進制的H000C，在執(zhí)行該補碼指令時，需要“將符號位取反加1”，補碼結(jié)果為HFFF4，然后存入D10。圖3.13補碼指令示意圖初始化狀態(tài)命令指令號和助記符：初始化狀態(tài)指令I(lǐng)ST[S][D1][D2]圖3.14初始化狀態(tài)命令示例其中：[S]指的是操作模式輸入的第一個元素，共有8個連續(xù)元素；這些元素可以是X、Y、M、S。使用說明本文中的八個連續(xù)元素是：X020：手動的X021：回到原點X022：單步運動X023：一循環(huán)操作X024：全自動運行X025：開始回到原點X026：自動運動開始X027：停止[D1·]指定自動運行中實際使用的最小狀態(tài)編號。[D2·]指定自動運行中實際使用的最大狀態(tài)數(shù)。初始狀態(tài)指令用于自動設(shè)置初始狀態(tài)和特殊繼電器。當M8000從OFF變?yōu)镺N時，自動控制以下元件；如果執(zhí)行條件M8000變?yōu)镺FF，則這些組件的狀態(tài)保持不變。S0：手動操作初始狀態(tài)S1：返回原點初始狀態(tài)S2：自動運行初始狀態(tài)M8040：禁止傳輸M8041：傳輸開始M8042：啟動脈沖M8047：STL（步序控制指令）監(jiān)控有效該指令在程序中只能使用一次，應(yīng)在步序控制指令STL之前編寫。如果使用該指令，則可以使用S10～S19進行原點復(fù)歸。因此，這些狀態(tài)不被用作編程中的正常狀態(tài)。為了防止X20X24同時開啟，建議使用選擇開關(guān)。在IST命令的初始狀態(tài)下，模式切換如圖3.15所示。自動動作專用輔助繼電器M8040、M8047、M8047的動作原理可參照圖3.16進行說明。表3.3FX2N特殊功能組件M8000運行監(jiān)控M8044檢測機器原點的運動M8040M8040設(shè)置為0時禁止狀態(tài)轉(zhuǎn)換M8045切換模式時，所有輸出都被復(fù)位禁用M8041狀態(tài)轉(zhuǎn)換開始M8046STL狀態(tài)為ONM8042啟動脈沖M8047STL監(jiān)控工作圖3.15IST初始狀態(tài)S0~S2切換圖圖3.16單步自動梯形圖初始化和報警程序圖3.15初始化和報警梯形圖圖3.15初始化和報警梯形圖（續(xù)）回原