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文本内容:
引言1本文以某物流限制中的机械手限制为例,分析了与步进驱动装置的限制方法,本系统PLC涉与的主要硬件是和步进驱动器S7-200PLC SH-2H0571S7-200PLC系列是西门子公司的可编程限制器,这一系列产品可以满意多种多样的自动化限制要求,由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以与强大的指令,使得S7-200PLC可以满意小规模的限制要求止匕外,丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时,具有很强的是适用性1台S7-200PLC包括一个单独的S7-200CPU,或者带有各种各样的可选扩展模块S7-200CPU模块包括一个中心处理单元CPU、电源以与数字量I/O点,这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中I CPU负责执行程序和存储数据,以便对工业自动化限制任务或过程进行限制;1输入和输出是系统的限制点:输入部分从现场设备中采集信号,输出部分则限制泵、电机、以与控也过程中的其他设备;1电源向CPU与其所连接的任何设备供应电力;1通讯端口允许将S7-200CPU同编程器或其他一些设备连起来;1状态信号灯显示了CPU的工作模式运行或停止,本机I/O的当前状态,以与检查出来的系统错误;通过扩展模块可供应其通讯性能;11通过扩展模块可增加CPU的I/O点数CPU221不扩展;1一些CPU有内置的实时时钟,或添加实时时钟卡;益调整两种自动增益调整方式,还配有RS-
485、RS-232c通信口,使上位限制器可同时限制多达16个轴伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A,适用于小惯量电动机
3.直流电机可回旋360的转盘机构有直流无刷电机带动,系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机,其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高无刷直流电机驱动器运用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器,其采纳2448V直流供电,有起停与转向限制、〜过流、过压与堵转爱护,且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点
4.旋转编码器在可回旋360°的转盘机构上,安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器,编码器将信号传给PLC,实现转盘机构的精确定位
5.PLC的选型依据系统的设计要求,选用OMRON公司生产的CPM2A小型机CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能,包括同步脉冲限制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等CPM2A的CPU单元又是一个独立单元,能处理广泛的机械限制应用问题,所以它是在设备内用作内装限制单元的志向产品完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRON PC和OMRON可编程终端的通信这些通信实力使四轴联动简易机械手能便利的融合到工业限制系统中
三、软件编程
1.软件流程图I I货是否机械手取货开始机械手X、Y轴开始向下I I手到货位I I机械;开始TIM14开始计时盘反位、手降、手转动、把货I I系统复图2软件流程图流程图是PLC程序设计的基础只有设计出流程图,才可能顺当而便捷地编写出梯形图并写出语句表,最终完成程序的设计所以写出流程图特别关键也是程序设计首先要做的任务依据四轴联动简易机械手的限制要求,绘制流程图如图2所示
2.程序部分由于论文篇幅有限,这里只列出了起先两段程序,供读者参阅,见图3o第一段第二段LD P-Hrsi.Cycle第一次待环标志横回位SET HR
0.09OR hfiOJOSE tfiOJ5手回位二M0V210hfiO SETW
1.00盘回位M0V21iO LD
1.11手动」M0V21010OUT TRO葬M0V21011AND WO.00纵抽升网@INI610@SPED0310#300@INI6110LD TROANDHR
0.013纵轴升停止0LD
1.11手动INI610DIFUI3HROJO3DIFD14HRL010LD LD.01TRO纵回位SET ffl
0.08S3程序列表
四、结束语四轴联动简易机械手的各个动作和状态都由PLC限制,不仅能满意机械手的手动、半自动、自动等操作方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求,更可通过接口元器件与计算机组成PLC工业局域网,实现网络通信与网络限制使四轴联动简易机械手能便利地嵌入到工业生产流水线中1EEPROM卡可以存储CPU程序,也可以将一个CPU中的程序送到另一个CPU中;1通过可选的插入式电池盒可延长RAM中的数据存储时间;1最大I/O配置2SH-2H057驱动器输入信号共有三路,他们是:步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机电平信号FREE.他们在驱动器内部分别通过270的限流电阻接入光耦的负输入端,且电路形式完全相同,三路光耦的正输入端为OPTO端,三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式,所以OPTO端需接外部系统的VCC端,假如VCC是+5伏,可干脆接入;否则需在外部另加限流电阻,保证给驱动器内部光耦供应8-15mA的驱动电流1步进脉冲信号CP步进脉冲信号CP用于限制步进电机的位置和速度,也就是说:驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机旋转一个步角度,CP脉冲的频率变更则同时是步进电机的速率变更,限制CP脉冲的个数,则可以使步进电机精确定位这样就可以很便利的达到步进电机调速和定位的目的本驱动器的CP信号为低电平有效,要求CP信号的驱动电流为8-15mA,对CP脉冲宽度也有肯定要求,一般不小于511s1方向电平信号DIR方向电平信号DIR用于限制步进电机的旋转方向此端为高电平常,电机为一个转向;次端为低电平常,电机为另一个转向电机换向必需在电机停止后再进行,并且换向信号肯定要在前一个方向的最终一个CP脉冲结束后以与下一个方向的第一个CP脉冲前发出1脱机电平信号FREE当驱动器上电后,步进电机处于锁定状态(未施加CP脉冲时)或运行状态(施加CP脉冲),但用户想手动调整电机而又不想关闭驱动器电源,这时可以用到此信号,此信号低电平有效,电机处于自由无力矩状态;当此信号为高电平或悬空不接时,取消脱机状态1步进电机简介SH-2H057型驱动器用于驱动二相或四相混合式步进电机(亦称感应子式),此驱动器一般驱动60号机座以下电机电机的出线方式不同,与驱动器的连接也不同本系统运用的电机为二相四根线电机,可以干脆和驱动器相连见图1的机械手电机驱动模块原理图2系统工作工程本系统的机械手部分由底盘、立杆、手臂、手组成,其中底盘由一个步进电机驱动,可顺逆时针旋转;立杆由一个步进电机驱动,可上下移动;手臂由一个步进电机驱动,可前后伸缩;手由气泵限制,可抓紧和放松在相应位置都有位置检测信号用于定位参见图loFRF
(1)出货过程从复位位置启动,依据要求到相应出货台(1,2,3号货台),此时底盘转动到要求位置,立柱下降,手臂伸出,定位后手抓货物,立柱上升,同时手臂回收(以免运行中与其它设备相撞),然后到相应出货台(左,或右出货台),立柱下降,手臂伸出,手打开,把货物放在相应出货台上
(2)进货过程从复位位置启动,依据要求到相应出货台(左,或右出货台),此时底盘转动到要求位置,立柱下降,手臂伸出定位后手抓货物,立柱上升,同时手臂回收(以免运行中与其它设备相撞),然后到相应出货台(1,2,3号货台),立柱下降,手臂伸出手打开,把货物放在相应出货台上3系统设计思想步进限制电路设计思想,PLC继电器式输出模块工作速度较低,故采纳高频脉冲方波发生器,给出步进脉冲,其振荡频率按步进电机速度设置,步进量的限制采纳位置检测,依据位置检测信号用PLC的输出点切断进给电机,实现步进电机的停车,其程序流程图如图2所示在整个机械手运行限制过程中,采纳限位开关以与面板操作开关以与系统逻辑开关作为输入点,整个系统中底盘有5个限位开关,分别作为5个位置的定位输入点,立柱有4个限位开关,分别为1个复位开关、一号位限位输入量、上限位、下限位手臂有3个限位开关:手臂复位限位数入点、手臂前限位、手臂后限位抓手限位开关,为抓手复位输入点一共13个限位开关完成全部的限制输入各限位开关分布状况见图1,由于在整个限制过程中全部是通过限制步进电机驱动模块再驱动步进电机执行这里对用集成脉冲输出触发步进电机驱动器原理进行说明S7-200PLC CPU226的Q
0.0和Q
0.1分别对升/降步进电机、前/后步进电机发送脉冲;CPU226的Q
0.2对转盘步进电机发送脉冲而步进电机的正/反转则分别是CPU226的Q
0.4和Q
0.5分别对升/降步进电机、前/后步进电机实行限制;CPU226的Q
0.6和Q
0.7分别对转盘步进电机正反、抓手气泵开关实行限制机械手PLC程序的设计编写采纳了STEP7-Micro/WIN32软件的数据表STL的形式程序设计修改便利,设计完成可联机调试,没有问题再把步进电机接上上位机监控软件采纳北京亚控的组态王软件,通过变量映射实现组态软件的变量与PLC的寄存器的动态连接,从而实现了上位机对PLC的监控结束语4本机械手限制系统结构紧凑,动作牢靠,运用便利,已较好地应用于我校的科研教学中.随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快,人们对生产效率也不断提出新要求由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代限制理论的不断完善,使机械手技术快速发展,其中气动机械手系统由于其介质来源简便以与不污染环境、组件价格低廉、修理便利和系统平安牢靠等特点,已渗透到工业领域的各个部门,在工业发展中占有重要地位本文讲解并描述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成主要作用是完成机械部件的搬运工作,能放置在各种不同的生产线或物流流水线中,使零件搬运、货物运输更快捷、便利、四轴联动简易机械手的结构与动作过程机械手结构如下图1所示,有气控机械手
(1)、XY轴丝杠组
(2)、转盘机构
(3)、旋转基座⑷等组成其运动限制方式为
(1)由伺服电机驱动可旋转角度为360的气控机械手(有光电传感器确定起始0点);
(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y轴限位开关);
(3)可回旋360的转盘机构能带动机械手与丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成);
(4)旋转基座主要支撑以上3部分;
(5)气控机械手的张合由气压限制(充气时机械手抓紧,放气时机械手松开)其工作过程为当货物到达时,机械手系统起先动作;步进电机限制起先向下运动,同时另一路步进电机限制横轴起先向前运动;伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处,然后充气,机械手夹住货物步进电机驱动纵轴上升,另一个步进电机驱动横轴起先向前走;转盘直流电机转动使机械手整体运动,转到货物接收处;步进电机再次驱动纵轴下降,到达指定位置后,气阀放气,机械手松开货物;系统回位打算下一次动作
二、限制器件选型为达到精确限制的目的,依据市场状况,对各种关键器件选型如下
1.步进电机与其驱动器机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250c型两相混合式步进电机,步距角为
0.9°/I.8°,电流
1.5AoMl是横轴电机,带动机械手机构伸、缩;M2是纵轴电机,带动机械手机构上升、下降所选用的步进电机驱动器是SH-20403型,该驱动器采纳1040V直流供电,H桥双极恒相电流驱动,最大3A的8种输出电流可选,〜最大64细分的7种细分模式可选,输入信号光电隔离,标准单脉冲接口,有脱机保持功能,半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境,供应节能的自动半电流方式驱动器内部的开关电源设计,保证了驱动器可适应较宽的电压范围,用户可依据各自状况在10-40VDC之间选择一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩,但却会加大驱动器的损耗和温升本驱动器最大输出电流值为3A/相(峰值),通过驱动器面板上六位拨码开关的第
5、
6、7三位可组合出8种状态,对应8种输出电流,从
0.9A到3A以协作不同的电机运用本驱动器可供应整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式,利用驱动器面板上六位拨码开关的第
1、
2、3三位可组合出不同的状态
2.伺服电机与其驱动器机械手的旋转动作采纳松下伺服电机A系列小惯量MSMA5AZA1G,其额定输出50W、100/200V共用,旋转编码器规格为增量式(脉冲数25OOp/r.辨别率10000p/r、引出线11线);有油封,无制动器,轴采纳键槽连接该电机采纳松下公司独特算法,使速度频率响应提高2倍,达到500Hz;定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4具有共振抑制功能、限制功能、全闭环限制功能,可弥补机械的刚性不足,从而实现高速定位,也可通过外接高精度的光栅尺,构成全闭环限制,进一步提高系统精度具有常规自动增益调整和实时自动增。