基于PLC的搬運機械手控制系統(tǒng)的設計

基于PLC的搬運機械手控制系統(tǒng)的設計本文是基于PLC的搬運機械手控制系統(tǒng)的設計。根據(jù)搬運機械手控制系統(tǒng)給出了控制流程圖、闡述了用FX2N-1PG作上位機控制步進電機按一定角度旋轉(zhuǎn)原理、用PLC作上位機控制伺服電機動作原理。詳細描述了基于PLC的搬運機械手控制系統(tǒng)的設計的硬件接線圖和設計程序。并進行了試驗驗證。該設計合理規(guī)范并能實現(xiàn)搬運機械手控制系統(tǒng)的控制要求。標簽：S7-300PLC步進電機伺服電機FX2N-1PG模塊細分定位脈沖搬運機械手控制系統(tǒng)主要由日本三菱公司的FX2N系列PLC的特殊功能模塊FX2N-1PG、步進驅(qū)動器、步進電動機和氣動控制系統(tǒng)實現(xiàn)運行控制，具有抓取、放松、上升、下降和180°回旋功能，并能沿絲桿導軌做左右水平移動，同時配合伺服驅(qū)動器、、伺服電機將成品物料送到指定倉庫各站點。控制系統(tǒng)示意圖：一、用PLC控制搬運系統(tǒng)的設計原理搬運機械手系統(tǒng)運用日本三菱公司的FX2N系列PLC對機械手進行一系列的控制，最終目的是把物料準確的送入指定倉庫。要實現(xiàn)準確定位主要涉及到FX2N-1PG模塊的定位功能，步進驅(qū)動、步進電機和伺服驅(qū)動、伺服電機的動作原理。1.定位脈沖輸出模塊FX2N-1PGFX2N-1PG定位脈沖輸出模塊，可輸出一相脈沖數(shù)、頻率可變的定位脈沖（最大100KHz，脈沖量32位），通過連接伺服電機或步進電機驅(qū)動器能實現(xiàn)獨立1軸的簡單定位控制。首先了解PLC與1PG的體系結(jié)構(gòu)關(guān)系。FX2N-1PG是獨立于PLC主機外的擴充模塊，以數(shù)據(jù)總線連接。模塊依據(jù)安裝位置先后自動設為K0～K7編號地址，所以必須有特殊的PLC數(shù)據(jù)寫入指令，再配合時序及邏輯控制寫入FX2N-1PG寄存器內(nèi)。2.用PLC作上位機控制步進電機動作設計原理搬運機械手的定位控制可由PLC、步進驅(qū)動和步進電動機實現(xiàn)運行控制。機械手運行過程為：回原點——定位運行——返回停止。在機械手運行進程中，若碰到相應方向的極限開關(guān)時，機械手立即停止。Y軸向工作臺控制要求：按下啟動按鈕SB1，工作臺先執(zhí)行回原點（SQ3）操作，接著右移至50mm處停5S，返回原點停止；任何時刻按下停止按鈕SB2，工作臺立即停止；按下按鈕SB3，使步進電機脫機，方便手動調(diào)整工作臺位置。1）步進電機選用角度控制方式角度控制：每輸入一個脈沖，定子繞組就換接一次，輸出軸就轉(zhuǎn)過一個角度，其步數(shù)與脈沖數(shù)一致，輸出軸轉(zhuǎn)動的角位移量與輸入脈沖數(shù)成正比。2）步進驅(qū)動器細分的設置步進驅(qū)動器的外殼上附有細分設置表，如圖所示。設置時，對照驅(qū)動器上的細分設置表，通過撥動撥碼開關(guān)實現(xiàn)細分設置。如需設置為5細分，步距角為0.36°，那么三個撥碼開關(guān)分別對應的狀態(tài)是1，0，0，即第一個撥碼開關(guān)置ON，其余兩個撥碼開關(guān)均置OFF。分析：絲桿螺距為10MM，即步進電機旋轉(zhuǎn)一周，工作臺移動10MM。假設：將步進驅(qū)動器設置為5細分，步距角為0.36度。電機轉(zhuǎn)一周所需脈沖數(shù)=360゜/0.36゜=1000個；每個脈沖行走的距離=10mm/1000=0.01mm；工作臺行走50mm所需脈沖數(shù)=50mm/0.01mm=5000個。3.用PLC作上位機控制伺服電機的動作原理采用伺服電機的位置控制模式，利用上位機產(chǎn)生脈沖來控制伺服電機轉(zhuǎn)動，脈沖的個數(shù)決定伺服電機轉(zhuǎn)動的角度（或者是工作臺移動的距離），脈沖的頻率決定電機轉(zhuǎn)速。X軸向工作臺控制要求：按下啟動按鈕，伺服電機旋轉(zhuǎn)，拖動工作臺進行可前可后的定位行走，按下停止按鈕，工作臺立即停止行走。絲桿的螺距為5MM，設脈沖當量為um，以PLC作為上位機進行控制。分析：由于工作臺需要定位運行，所以伺服系統(tǒng)要設置為位置控制模式；用PLC作為脈沖輸出上位機，采用集電極開爐輸入作為脈沖輸入方式；根據(jù)脈沖當量1um，螺距5mm，則輸入5000個脈沖，電機就轉(zhuǎn)一周，也就是工作臺5mm，計算電子齒輪比為：A/B=131072/5000=16384/625.控制程序大體上采用步進順控指令編相對容易，脈沖輸出則采用PLSY或PLSR指令。二、I/O地址分配及硬件接線1.搬運機械手系統(tǒng)程序設計的I/O地址分配表：2.搬運機械手系統(tǒng)的硬件接線圖1）PLC與步進驅(qū)動驅(qū)動器、步進電機的接線圖2）PLC與伺服驅(qū)動驅(qū)動器、伺服電機的位置控制接線圖3）參數(shù)設置伺服驅(qū)動器關(guān)鍵參數(shù)設置：參數(shù)禁止寫入：PA19=0；控制模式：PA01=0；伺服電機轉(zhuǎn)一圈指令脈沖數(shù)：PA05=0；電子齒輪比：PA06/PA07=37；指令脈沖輸入形式選擇：PA13=0010H；加減速時間常數(shù)（PC01=0、PC02=0）。步進步進驅(qū)動器細分的設置為101.三、運行試驗正確連接硬件設備，程序下載至PLC后。上電按下啟動按鈕，步進電機控制的（Y軸方向）滾軸和伺服電機控制的X軸方向呈Z字形回原點。再次按下啟動按鈕，工作臺在X軸向、Y軸向進行低速微調(diào)運行，使機械手卸料口（固定不變）與1#倉中心位置對準。確定位置后在物料堆放區(qū)進行物料檢測，存在物料是物料檢測信號為1，機械手上料氣缸電磁閥得電氣缸伸出進行上料，通過光電傳感器檢測物料是否上料到位。物料到位信號為1，機械手上料氣缸電磁閥失電氣缸縮回，同時機械手下降氣缸電磁閥得電，機械手下降。機械手下到位，機械手吸盤吸緊物料，機械手下降氣缸電磁閥失電，機械手上升。機械手上升到位，機械手搬運氣缸電磁閥得電，機械手帶著物料右移。右移到位，機械手下降氣缸電磁閥得電，機械手下降。下降到位，機械手釋放物料在對應倉位。卸料完成機械手回到初始位置。工作臺在X軸向、Y軸向進行低速微調(diào)運行，使機械手卸料口（固定不變）與2#倉中心位置對準。機械手開始裝料卸料。一直循環(huán)。按下停止按鈕，工作臺、機械手立即停止運行。參考文獻：[1]變頻器應用與維護技術(shù)，劉美俊編，中國電力出版社，2008.1.[2]MICROMA