工業(yè)機(jī)器人電控ppt

1、工業(yè)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)簡述,機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)概述,機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成方案比較 機(jī)器人的關(guān)鍵部件簡介 常用可編程控制器PLC,機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),從基本機(jī)構(gòu)上看，一個典型的機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)主要由上位計算機(jī)、運(yùn)動控制器、驅(qū)動器、電動機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋裝置構(gòu)成。,工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成方案比較,基于PLC的運(yùn)動控制 基于PC+運(yùn)動控制卡的運(yùn)動控制 純PC機(jī)控制,基于PLC的運(yùn)動控制,PLC進(jìn)行運(yùn)動控制有兩種： 1、利用PLC的某些輸出端口使用脈沖輸出指令來產(chǎn)生脈沖驅(qū)動電機(jī)，同時使用通用I/O或者計數(shù)部件來實現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)位置控制; 2、使用PLC外部擴(kuò)展的位置模

2、塊來進(jìn)行電機(jī)的閉環(huán)位置控制,從而可以大大提高運(yùn)動控制的速度和精度。,基于PC+運(yùn)動控制卡的機(jī)器人控制,單純的PC控制,完全采用PC機(jī)的全軟件形式的機(jī)器人系統(tǒng)。在高性能工業(yè)PC和嵌入式PC（配備專為工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)的主板）的硬件平臺上，可通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)PLC和運(yùn)動控制等功能，實現(xiàn)機(jī)器人需要的邏輯控制和運(yùn)動控制。當(dāng)然，PC機(jī)同時具有高性能的任務(wù)管理功能和人機(jī)交互功能。在通過高速的工業(yè)總線進(jìn)行PC與驅(qū)動器的實時通訊，顯著的提高機(jī)器人的生產(chǎn)效率和靈活性。不過，在提供靈活的應(yīng)用平臺的同時，也大大提高了開發(fā)難度和延長了開發(fā)周期。由于其結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性，這種結(jié)構(gòu)代表了未來機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。,機(jī)器人的關(guān)鍵

3、部件簡介,編碼器 驅(qū)動器 傳感器,編碼器,閉環(huán)控制是提高機(jī)器人控制系統(tǒng)運(yùn)動精度的重要手段，而位置檢測傳感器則是構(gòu)成閉環(huán)控制必不可少的重要元件。位置檢測傳感器對控制對象的實際位置進(jìn)行檢測，并將位置信息傳送給運(yùn)動控制器，由運(yùn)動控制器根據(jù)控制對象的實際值調(diào)整輸出信號。常用的位置傳感器有電位器、編碼器、光柵尺、差動變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器等。 以輸出信號來分，有增量型編碼器和絕對型編碼器。 工業(yè)機(jī)器人電機(jī)都是應(yīng)用的絕對編碼器。,交流伺服電機(jī)驅(qū)動器,交流伺服的組成： 永磁同步交流伺服電動機(jī)； 全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動器。 伺服驅(qū)動器有兩個部分組成： 驅(qū)動器硬件和控制算法； 控制算法是決定交流伺服系統(tǒng)性能好壞

4、的關(guān)鍵技術(shù)。,伺服驅(qū)動器的接線： 1. 主回路接線 1）驅(qū)動器R、S、T電源線的連接； 2）驅(qū)動器與電動機(jī)電源線之間的接線； 2. 控制電源類接線 1）R 、T控制電源接線； 2）I/O接口控制電源接線； 3. 信號指令線 1)指令接口 2)I/O接口 3)反饋檢測類接線 4. 通訊接線,傳感器,在機(jī)器人控制系統(tǒng)中有各種不同的物理量(如位移、壓力、速度等)需要測量與控制，如果沒有傳感器對原始的各種參數(shù)進(jìn)行精確而可靠的檢測，那么對機(jī)器人的各種控制是無法實現(xiàn)的。因此能把各種不同的非電量轉(zhuǎn)換成電量的傳感器便成為機(jī)器人控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。 傳感器： 傳感器是一種以一定的精確度將被測量(如位移

5、、力、加速度等)轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、易于精確處理和測量的某種物理量(如電量)的測量部件或裝置。,稱重傳感器：電阻應(yīng)變式稱重傳感器，用于檢測工件重量。 機(jī)械開關(guān)：普通接近開關(guān)，用于檢測運(yùn)動部分是否到位。 光電開關(guān)：包括對射式、反射板式、漫反射式紅外線光電開關(guān)， 用于檢測工件位置。 磁性開關(guān)：用于檢測運(yùn)動部分是否到位。 材質(zhì)傳感器：用于檢測工件材質(zhì)。 位移傳感器：滑動電阻式位移傳感器，用于檢測孔深。 顏色傳感器：包括顏色傳感器和色標(biāo)傳感器，用于檢測工件顏色。 色標(biāo)傳感器形狀傳感器 光纖傳感器：光在調(diào)制區(qū)內(nèi),外界信號與光的相互作用,可能引起 光的強(qiáng)度,波長,頻率,相位,偏振態(tài)等光學(xué)性質(zhì)的變

6、化,從而形成不同的調(diào)制-抗干擾能力,傳感器的分類,觸覺傳感器 紅外傳感器 力傳感器 超聲傳感器 激光傳感器 電子羅盤傾角 GPS 條碼掃描器 電子標(biāo)簽,歐姆龍CP1H:擁有4路高速脈沖輸出和4軸高速計數(shù)功能，運(yùn)算速度快， 自帶模擬量輸入輸出接口，非常適合碼垛機(jī)和桌面柔性加 工系統(tǒng)，本體價格低廉，但部分?jǐn)U展模塊（如Profibus總 線模塊和以太網(wǎng)模塊）價格較高。 三菱FX3U:擁有3路高速脈沖輸出，運(yùn)算速度快，適合桌面柔性加工系統(tǒng) 和自動化輸送線單元，本體價格較高。模擬量需要擴(kuò)展。 西門子S200系列：擁有2路低速脈沖輸出，適合自動化輸送線單元，本 體價格低廉，但部分?jǐn)U展模塊價格較高。模擬量需

7、要擴(kuò)展。 西門子S200XP系列：擁有2路高速脈沖輸出，自帶模擬量輸入輸出接口， 適合碼垛機(jī)和桌面柔性加工系統(tǒng)（需增加定位模塊），本體 價格低廉，但部分?jǐn)U展模塊價格較高。,常用可編程控制器PLC,電氣元器件,直流繼電器：進(jìn)行弱電的開關(guān)控制；,開關(guān)電源：提供控制系統(tǒng)所需的直流電源,按鈕、指示燈、急停按鈕：負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行的控制、狀態(tài)指示及緊急停止。,西門子PLC(CPU224)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn),一、設(shè)計思路 1、用PLC控制一維運(yùn)動平臺實現(xiàn)電機(jī)的自動正反轉(zhuǎn)運(yùn)行及手動正反轉(zhuǎn)運(yùn)行； 2、一維運(yùn)動平臺的行程兩端各有一行程開關(guān)，分別定義為正向限位和負(fù)向限位； 3、在電機(jī)自動正反轉(zhuǎn)運(yùn)行前，需對電機(jī)進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位

8、的過程是：啟動電機(jī)往負(fù)向運(yùn)行，運(yùn)行至負(fù)向限位后，往正向運(yùn)行一段距離，將該位置作為電機(jī)自動正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的初始位置； 4、復(fù)位完成后，按下正轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)往正向運(yùn)行一段距離（該距離通過運(yùn)動包絡(luò)參數(shù)設(shè)定），到位后停止。按下反轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)往負(fù)向運(yùn)行一段距離，到位后停止； 5、如正反轉(zhuǎn)運(yùn)行過程中，觸動行程開關(guān)，電機(jī)停止運(yùn)行。此時可通過手動正反轉(zhuǎn)按鈕控制電機(jī)運(yùn)行離開限位開關(guān)，或按下復(fù)位按鈕對平臺重新復(fù)位； 6、觸動行程開關(guān)后，需重新復(fù)位才能進(jìn)行自動正反轉(zhuǎn)運(yùn)行控制； 7、在電機(jī)運(yùn)行過程中，任何時刻均可通過“停止按鈕”和“急停按鈕”控制其停止運(yùn)行； 8、停止運(yùn)行后，需重新復(fù)位才能進(jìn)行自動正反轉(zhuǎn)運(yùn)行控制； 9、“復(fù)

9、位指示燈”、“運(yùn)行指示燈”和“停止指示燈”用來指示一維平臺的運(yùn)行狀態(tài)。,二、機(jī)械本體,三、硬件電路,S7-200 CPU提供兩個高速脈沖輸出點（Q0.0和Q0.1）,可以分別工作在PTO(脈沖串輸出）和PWM（脈寬調(diào)制）狀態(tài)下。使用PTO或PWM可以實現(xiàn)速度、位置的開環(huán)運(yùn)動控制。 PTO功能可以輸出一串脈沖，用戶可以控制脈沖的周期（頻率）和個數(shù)。PWM功能可以連續(xù)輸出一串占空比可調(diào)的脈沖，用戶可以控制脈沖的周期和脈寬（占空比）。 高速脈沖輸出點和普通數(shù)字量輸出點共用輸出映像Q0.0和Q0.1。當(dāng)在Q0.0和Q0.1上激活PTO或PWM功能時，PTO/PWM發(fā)生器對輸出擁有控制權(quán)，輸出波形不受其

10、他影響。 只有晶體管輸出類型的CPU能夠支持高速脈沖輸出功能。,包絡(luò)（Profile）是一個預(yù)先定義的以位置為橫坐標(biāo)，以速度為縱坐標(biāo)的曲線，包絡(luò)是運(yùn)動的圖形描述。 一個包絡(luò)由多段組成，每一段包含一個達(dá)到目標(biāo)速度的加減速過程，和以目標(biāo)速度勻速運(yùn)行的一串指定數(shù)量的脈沖。如果是單段運(yùn)動控制或者是多段運(yùn)動控制的最后一段，還應(yīng)該包括一個由目標(biāo)速度到停止的減速過程。 PTO主要通過包絡(luò)來實現(xiàn)位置控制。位置控制想到通過參數(shù)設(shè)置來創(chuàng)建包絡(luò)，并用圖形方式顯示包絡(luò)曲線，自動生成位置控制用的子程序。,四、運(yùn)動包絡(luò),在開始編寫程序前，首先設(shè)定運(yùn)動包絡(luò)，步驟如下： （1）雙擊左圖所示“向?qū)TO/PWM”，出現(xiàn)“脈沖輸

11、出向?qū)А贝翱凇?五、運(yùn)動包絡(luò)設(shè)定步驟,（2）選擇Q0.0，單擊“下一步”。,（3）選擇“線性脈沖串輸出（PTO）”，單擊“下一步”。,（4）設(shè)置項目中應(yīng)用的電機(jī)最高速度、最低速度和電機(jī)啟動/停止速度。,（5）單擊“下一步”，設(shè)置加減速時間。,（6）單擊“下一步”。,（7）點擊“新包絡(luò)”，選擇“是”。,（8）圖27灰色部分激活，在其中選擇“相對位置”，設(shè)置好參數(shù)， 其中步0的目標(biāo)位置不要設(shè)置太小，需大于加減速脈沖數(shù)之和。,（9）單擊“確認(rèn)”。,（10）將參數(shù)”VB0”更改為“VB1000”，需注意，不要在程序中再重復(fù)定義“VB1000VB1069”；單擊“下一步”。,（11）單擊“完成”，在彈出

12、的對話框中選擇“是”。 （12）運(yùn)動包絡(luò)設(shè)置完成。在調(diào)用子程序中出現(xiàn)Q0.0對應(yīng)的位控子程序。,六、PLC程序,VD1033：運(yùn)動包絡(luò)加速脈沖數(shù)； VD1053：運(yùn)動包絡(luò)減速脈沖數(shù)； VD1080：運(yùn)動包絡(luò)加減速脈沖； VD1080=VD1033+VD1053+1。,1、上電初始化,Q0.2：驅(qū)動器方向信號,Q0.4：復(fù)位指示燈熄滅,Q0.6：停止指示燈點亮,SM0.1：首次掃描周期時該位打開，用途是調(diào)用初始化子程序。,2、電機(jī)控制子程序和初始化,EN：使能端，用SM0.0連接，保持常通； I_STOP：有效時電機(jī)立即停止； D_STOP：有效時電機(jī)減速停止； Done：完成標(biāo)志。為“1”時表

13、明上一指令執(zhí)行完成； Error：顯示錯誤代碼，“0”表示無錯誤； C_Pos：HSC計數(shù)器功能開啟時，表示運(yùn)行脈沖數(shù)，否則為0。,PTO0_CTRL在程序中只使用一次，并且在每次掃描時得到執(zhí)行,所以使用SM0.0作為EN的輸入。,3、復(fù)位,VD1100：復(fù)位返回脈沖數(shù)，在數(shù)據(jù)塊的“用戶定義1”進(jìn)行設(shè)置。 根據(jù)電機(jī)的減速比和驅(qū)動器的細(xì)分以及電機(jī)行程設(shè)置。,VD1043：運(yùn)行包絡(luò)恒速段脈沖數(shù)； VD1100VD1080= VD1043。,VD60.1：運(yùn)動包絡(luò)運(yùn)行完成標(biāo)志，PTO0_CTRL中的“Done”參數(shù)； v100.1：正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)； v101.3：正轉(zhuǎn)結(jié)束；,4、正轉(zhuǎn),I0.1：正轉(zhuǎn)按

14、鈕； V100.1：正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)； V101.2：復(fù)位完成標(biāo)志。正反轉(zhuǎn)自動運(yùn)行前必須復(fù)位完成；,Q0.2：電機(jī)方向； VD1104：正反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，同VD1100參數(shù)一樣， 在“數(shù)據(jù)塊”的“用戶定義1”中設(shè)置 VD1104VD1080= VD1043。,5、反轉(zhuǎn),VD60.1：運(yùn)動包絡(luò)運(yùn)行完成標(biāo)志，PTO0_CTRL中的“Done”參數(shù)； v100.2：反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)； v101.4：反轉(zhuǎn)結(jié)束；,I0.2：反轉(zhuǎn)按鈕； V100.2：反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)； V101.2：復(fù)位完成標(biāo)志。正反轉(zhuǎn)自動運(yùn)行前必須復(fù)位完成；,Q0.2：電機(jī)方向； VD1104：正反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，同VD1100參數(shù)一樣， 在“數(shù)據(jù)塊”的“

15、用戶定義1”中設(shè)置。 VD1104VD1080= VD1043。,6、手動正轉(zhuǎn),手動正轉(zhuǎn)是對電機(jī)的點動控制，需要一直按住按鈕，電機(jī)才能運(yùn)行。 運(yùn)行至正限位后，即使按住按鈕也不能運(yùn)行，只能反向運(yùn)行。,7、手動反轉(zhuǎn),手動反轉(zhuǎn)是對電機(jī)的點動控制，需要一直按住按鈕，電機(jī)才能運(yùn)行。 運(yùn)行至負(fù)限位后，即使按住按鈕也不能運(yùn)行，只能正向運(yùn)行。,8、緊急停止,緊急停止：運(yùn)行至正負(fù)限位時，對系統(tǒng)的保護(hù)策略。 任何情況下，按下緊急停止按鈕，使系統(tǒng)緊急停止。,9、輸出,(1)、包絡(luò)運(yùn)行,EN：使能端，用SM0.0鏈接表示保持常通； START：參數(shù)開啟時，執(zhí)行運(yùn)動包絡(luò)，為確保命令只發(fā)送一次，使用上升沿信號； Profile：設(shè)定的運(yùn)動包絡(luò)編號； Abort：位控模塊停止參數(shù)。開啟后停止運(yùn)行當(dāng)前包絡(luò)并減速停止； Done：完成標(biāo)志。模塊完成該子程序時，此參數(shù)為“1”； Error：錯誤代碼，為“0”表示無錯誤； C_Profile：包含位控模塊當(dāng)前執(zhí)行的輪廓； C_Step：目前正在執(zhí)行的輪廓步驟； C_Pos：如果PTO向?qū)У腍SC計數(shù)器功能已啟用，C_Po