機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書朱艷彩戴士杰李慨河北工業(yè)大學(xué)機(jī)電傳動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)室2008年9月目錄實(shí)驗(yàn)一：伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)二：機(jī)械手綜合實(shí)驗(yàn)8實(shí)驗(yàn)一伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜馔ㄓ媒涣魉欧糯笃鱉R-J2S系列是在MR-J2系列的基礎(chǔ)上開發(fā)的具有更高性能和更高功能的伺服系統(tǒng)，其控制模式有位置控制，速度控制和轉(zhuǎn)矩控制以及它們之間的切換控制方式可供選者。?該伺服放大器應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，不但可以用于工作機(jī)械和一般工業(yè)機(jī)械等需要高精度位置控制和平穩(wěn)速度控制的應(yīng)用，也可用于速度控制和張力控制的領(lǐng)域。?該產(chǎn)品還有RS-232和RS-422串行通訊功能，通過安裝有伺服設(shè)置軟件的個(gè)人計(jì)算機(jī)就能進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，試運(yùn)行，狀態(tài)顯示和增益調(diào)整等操作。?與MR-J2S系列配套的伺服電機(jī)編碼器采用了分辨率為131072脈沖/轉(zhuǎn)的絕對位置編碼器，所以比MR-J2系列具有進(jìn)行更高精度控制的能力，采用高性能的CPU，大大提高產(chǎn)品的響應(yīng)性，速度環(huán)路頻率響應(yīng)提高到550HZ。?多種系列伺服馬達(dá)適應(yīng)不同控制需求，馬達(dá)上的編碼器均支持ABS模式,只要在伺服放大器上另加電池，就能構(gòu)成絕對位置系統(tǒng)。?使用更為方便，具有優(yōu)異的自動(dòng)調(diào)諧性能，機(jī)械分析功能，可以輕松實(shí)現(xiàn)抑制機(jī)械振動(dòng)，增益搜索功能，可以自動(dòng)找出最佳增益值。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（一）、試運(yùn)行電源接通后，按照以下步驟選擇點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行或無電機(jī)模式運(yùn)行。使用“MODE”按鈕切換到診斷畫面。試運(yùn)行時(shí)，這個(gè)點(diǎn)會(huì)閃動(dòng)?！虬?次UP試運(yùn)行時(shí)，這個(gè)點(diǎn)會(huì)閃動(dòng)?！虬?次UP。UP?按2秒以上SET。SET??這個(gè)畫面出現(xiàn)時(shí).就可進(jìn)行無電機(jī)運(yùn)行。1、點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行①、連接EMG-SG、VDD-COM，按UP/DOWN按鈕可使伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)。松開按鈕，伺服電機(jī)便停止。通過伺服liiJ設(shè)置軟件可改變運(yùn)行的條件。運(yùn)行的初始條件和設(shè)定范圍如下表所示。松開按鈕，伺服電機(jī)便停止。通過伺服liiJ項(xiàng)目初始設(shè)定值設(shè)定范圍速度[r/min]2000-瞬時(shí)允許、士速度加減速10000-50000

時(shí)間常數(shù)按鈕的說明如下:按鈕內(nèi)容“UP”按下時(shí)，以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。釋放時(shí)，伺服電機(jī)將停止。“DOWN”按下時(shí)，以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。釋放時(shí)，伺服電機(jī)將停止。②、在可以運(yùn)行點(diǎn)動(dòng)的狀態(tài)下，按下MODE，則將顯示“狀態(tài)顯示”畫面，在這個(gè)畫面上，用UP、DOWN進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。每按1次MODE按鈕，就會(huì)移到下一個(gè)狀態(tài)顯示畫面。移到1周后又回到點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。liiJ③、通過斷開電源、按下“MODE”切換到另外畫面或按“SET”2秒以上來結(jié)束點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。liiJ2、定位運(yùn)行①、連接EMG-SG、VDD-COM，按下伺服設(shè)置軟件上的“正轉(zhuǎn)”/“反轉(zhuǎn)”按鈕，伺服電機(jī)便會(huì)旋轉(zhuǎn)，并在移動(dòng)設(shè)定的移動(dòng)量后停止。運(yùn)行條件可通過伺服設(shè)置軟件改變。運(yùn)行的初始條件和設(shè)定范圍說明如下項(xiàng)目初始設(shè)定值設(shè)定范圍移動(dòng)量（脈沖）100000—9999999速度[r/min]2000—瞬時(shí)允許速度加減速10000—50000

按鈕內(nèi)容正轉(zhuǎn)按下“正轉(zhuǎn)”時(shí)，以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行定位。反轉(zhuǎn)按下“反轉(zhuǎn)”時(shí)，以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行定位。暫停運(yùn)行時(shí)，按下“暫?！睓C(jī)器將暫停運(yùn)行，再按一次，殘留的距離將會(huì)消去。重新運(yùn)行時(shí)，所按的按鈕與開始運(yùn)行時(shí)的所用的一樣。時(shí)間常數(shù)時(shí)間常時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)按鈕的說明如下:3、速度控制模式①、接線如下：

，gtTF15GN1H12）〔注％91&1VD[注了】Z3P1LG〔溢#3）（it*部CMWCN1A（itJ伺〕哦胃停止間眠開后尊也：麻用逢精2正向轄斜開貽位向晴幼開始【注幻正雅行技末端反我行技末第上tt?4-f連1E槌料量速晚稱唾[UDV身大井更lti_上朝騏c[注旭〕搪梅.■轉(zhuǎn)楚厚#T—I"iiT.卜iT51U-U—11;jEW15卿5RES14SP2f511S512，gtTF15GN1H12）〔注％91&1VD[注了】Z3P1LG〔溢#3）（it*部CMWCN1A（itJ伺〕哦胃停止間眠開后尊也：麻用逢精2正向轄斜開貽位向晴幼開始【注幻正雅行技末端反我行技末第上tt?4-f連1E槌料量速晚稱唾[UDV身大井更lti_上朝騏c[注旭〕搪梅.■轉(zhuǎn)楚厚#T—I"iiT.卜iT51U-U—11;jEW15卿5RES14SP2f511S512L9P1teL3N17亂侮P(guān)I9RM*C2LG1T512ia1917_4_*5?〔注七刖UJRiaL&HLQ準(zhǔn)卷完畢f(xié)rnWT|I_iI

HlF1?

||_,l_L:;■~II，■J^.-■1riF^ii*iii-〔童動(dòng)整動(dòng)）:?±11']伺圈沒■乾件4I1DI3DG141NOS119iM§&':j；心礦個(gè)人少算蛆:注引通汛電虬I性491gMqfll電技試吸電機(jī)胃祁設(shè)為1000r/min設(shè)為1500r/min設(shè)為2000r/mingoeiosIooz*匏粗螂般艘奪M般罌i融遂奪依般罌E融艘奪4A(AIS*)0-ONNo.8(*SC1)No.9(*SC2)No.10(*SC3)n\r\輸3No.11（）加速度時(shí)間常數(shù)1000設(shè)為1000msNo.12（）減速度時(shí)間常數(shù)500設(shè)為500ms新接通電源，參數(shù)才能生效。③、伺服運(yùn)行接通主電源和控制電源，將伺服開啟信號置為ON（新接通電源，參數(shù)才能生效。③、伺服運(yùn)行接通主電源和控制電源，將伺服開啟信號置為ON（SON-SG之間接通）。通liiJliiJliiJliiJ過速度選擇1（SP1）/速度選擇2（SP2）選擇伺服電機(jī)的速度，如果正轉(zhuǎn)開始3丁1）設(shè)置為ON，伺服電機(jī)就正轉(zhuǎn);如果反轉(zhuǎn)開始（ST2）設(shè)置為ON，伺

服電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。開始時(shí)應(yīng)用低速旋轉(zhuǎn)以確定旋轉(zhuǎn)方向。如果旋轉(zhuǎn)方向不對，請檢查輸入的信號。liiJ通過顯示器檢查伺服電機(jī)的速度，負(fù)載率等參數(shù)。liiJ④、停止如果處于以下狀態(tài)，伺服放大器將中斷運(yùn)行，停止伺服電機(jī)。伺服開啟信號（SON）OFF報(bào)警發(fā)生緊急停止（EMG）OFF行程末端（LSP，LSN）OFF正轉(zhuǎn)開始信號（ST1）/反轉(zhuǎn)開（ST2）同時(shí)設(shè)為ON或OFF實(shí)例操作（a）（b）（c）（（a）（b）（c）（d）（e）始信號（二）、PLC和伺服系統(tǒng)接線方式如下：在CN1A中，和PLC接線如下：Y1-SP1、COM2-SG、COM4-SG、COM5-SG。在CN1B中，和PLC的接線如下:COM1-SG、Y2-SP2、Y4-ST1、Y5-ST2。另外，在CN1B中，連接SON-SG、EMG-SG、LSP-SG、LSN-SG、VDD-COM。編寫PLC程序如下：

三、思考題1、簡述伺服電動(dòng)機(jī)的種類、特點(diǎn)及應(yīng)用。2、交流伺服系統(tǒng)有哪幾種控制模式，在不同模式下，系統(tǒng)參數(shù)對典型環(huán)節(jié)動(dòng)特性的影響？實(shí)驗(yàn)二機(jī)械手綜合實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑搶?shí)驗(yàn)可培養(yǎng)學(xué)生掌握PLC編程及系統(tǒng)調(diào)試、掌握直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的使用及速度位置控制、差補(bǔ)控制、傳感器的使用及調(diào)整，通過該實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)可讓學(xué)生掌握位置控制技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建控制系統(tǒng)的能力。二、主要設(shè)備儀器配置及簡介

99D機(jī)械手模型。liiJ99D機(jī)械手模型采用臺式結(jié)構(gòu)，配有帶位控功能的PLC主機(jī)、滾珠絲桿、滑軌、氣動(dòng)元件、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器、光電編碼器等。該系統(tǒng)由機(jī)械手本體、PLC控制單元、電源單元、接口單元等組成，通過該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手五維控制，完成料塊的碼放、移動(dòng)等。liiJ機(jī)械手本體按功能分為二軸平移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)底盤、旋轉(zhuǎn)手臂機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)夾手、支架、限位開關(guān)等部件組成。按活動(dòng)關(guān)節(jié)分為S軸、L軸、U軸、T軸、B軸等機(jī)構(gòu)，其中S軸為旋轉(zhuǎn)底盤機(jī)構(gòu)、L軸為豎直機(jī)構(gòu)、U軸為水平機(jī)構(gòu)、T軸為旋轉(zhuǎn)手臂機(jī)構(gòu)、B軸為氣動(dòng)夾手機(jī)構(gòu)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容liiJ機(jī)械手工作過程如下：通電后，機(jī)械手先行復(fù)位。然后，機(jī)械手臂前伸，手開始旋轉(zhuǎn)至所需位置；機(jī)械手臂下降；機(jī)械手臂上升；機(jī)械手臂收回，底盤旋轉(zhuǎn)，底盤旋轉(zhuǎn)至指定位置后；機(jī)械手臂前伸；機(jī)械手臂下降；機(jī)械手臂上升，手復(fù)位。至此，一個(gè)工作周期結(jié)束。liiJ根據(jù)動(dòng)作順序，系統(tǒng)的工作流程如圖1所示：通電，傳入程序底盤旋轉(zhuǎn)否”橫、豎軸復(fù)位？抓手、底

盤復(fù)位？-否否轉(zhuǎn)動(dòng)？.一一一----二―是橫軸前伸橫軸前伸到達(dá)指定位置？是抓手張開，豎軸下降下降到指

定位置？是抓手夾緊是否夾豎軸上升上升到指定位置？到達(dá)指定位置？抓手旋轉(zhuǎn)■■否是否轉(zhuǎn)動(dòng)？_一一=一豎軸下降到達(dá)指定位置？是抓手張開，豎軸上升到達(dá)指定位置？是手復(fù)位橫軸收回圖1.系統(tǒng)的工作流程圖運(yùn)行結(jié)束系統(tǒng)的初始復(fù)位包括硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。其中硬件復(fù)位是指機(jī)械手臂處于左限位狀態(tài)和上限位狀態(tài)，底盤處于回位狀態(tài)；軟件復(fù)位是指系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置恢復(fù)到初始狀態(tài)。當(dāng)初始化完成后，橫軸前伸，手開始旋轉(zhuǎn)至所需位置，橫軸下降至物品處，豎軸上升。橫軸收回，底盤旋轉(zhuǎn)；橫軸前伸，手旋轉(zhuǎn)；豎軸下降；豎軸上升，手復(fù)位。至此，整個(gè)機(jī)械手動(dòng)作全部結(jié)束。（1）系統(tǒng)的I/O分配表1.系統(tǒng)的I/O分配表輸入接口_輸出接口PLC瑞注釋PLC|單元注釋單元PLC瑞注釋PLC|單元注釋單元口瑞板端x4SQ3旋轉(zhuǎn)碼y0U軸水平x0SQ6脈沖輸

出LW原

點(diǎn)Y1CPCP軸脈沖信垂直軸脈

沖信

號x1SQ4Y2U軸水平DIR軸方向信號x2SQ7Y3垂直DIRx1SQ4x2SQ7Y3垂直DIR軸方向信x3SQ5UW原x3SQ5UW原Y10手臂順時(shí)針轉(zhuǎn)x10TW原

點(diǎn)（手

臂）Y11T軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)x11SQ8T軸限T4位（手底盤

順時(shí)x12S軸底盤R逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)臂）針轉(zhuǎn)x12S軸底盤R逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)（底盤）x13位（底Y6B軸氣動(dòng)YV-夾手盤）（2）系統(tǒng)的接線圖PLC步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)換器步進(jìn)電機(jī)電磁閥圖2.系統(tǒng)接線原理圖四、實(shí)驗(yàn)要求心頃?心'K11500K11000MSOT0YOOSX013TUU5{DllYuli<ul1Yi'll根據(jù)系統(tǒng)的工作流程、I/O分配表及接線圖寫出PLC程序。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果附：系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)如下2611111411612312612713