【正文】 其它單元接線，諸如與上位機(jī)通信連接 等，請參考相關(guān)產(chǎn)品說明書，由于篇幅有限，此處就不一一介紹 38 PLC 端子和位置控制單元接線 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) PLC 編程工具使用 FPWIN 版本的上位機(jī)軟件，其編程界面如下圖 所示。特別說明 PLC 的 YB 號端子懸空?？刂葡到y(tǒng)的輸入、輸出信號及地址編號 如表41 所示。 系統(tǒng) I/O 點(diǎn)數(shù)及地址分配 通過對系統(tǒng)控制要求的分析可知，系統(tǒng)開關(guān)量輸入點(diǎn) 28 點(diǎn)，開關(guān)量輸出點(diǎn) 25 點(diǎn)，由于定位控制需要 FP? 位置控制單元 3 塊，而單元模塊本身就自帶 16 個(gè)輸入點(diǎn)、 16 個(gè)輸出點(diǎn) ， FP? 擴(kuò)展單元僅安裝在 FP? 控制單元的左側(cè)，擴(kuò)展單元的的 I/O 編號從靠近控制單元的地方依次從右向左，數(shù)字從小到大自動(dòng)分配，因此無需設(shè)置，其編號僅與連接位置有關(guān)。具有模擬量輸出 4ch 單元，并配備有輸入 2ch/輸出 1ch 混合單元。 (與 FPX、 FP0R、 FPX0、 FP2 可混合使用 )可簡單地對應(yīng)松下開放協(xié)議“ MEWTOCOL”的 設(shè)備之間進(jìn)行無程序通信。如果安裝 CCLink 單元，可與其他公司的 PLC(三菱電機(jī)公司制造 )等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在空調(diào) 如 果 使 用FPWEBSERVER2，可通過 LAN 電路簡單地進(jìn)行檢查數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及錯(cuò)誤信息的收集。脈沖輸出型位置控制單元可實(shí)現(xiàn) 高速啟動(dòng)，最適用于電子零部件的碼垛等高速、反復(fù)進(jìn)行短行程操作的 應(yīng)用程序。 位 置控制單元 RTEX 可對應(yīng)松下電器產(chǎn)業(yè)制造的 MINAS A4N“ Real Time Express”構(gòu)建高速、省配線的網(wǎng)絡(luò)伺服系統(tǒng)。中間定為控制單元，左側(cè)可擴(kuò)展 4 臺(tái)擴(kuò)展單元，右側(cè)可擴(kuò)展 3 臺(tái)。要在計(jì)算機(jī)管理程序時(shí)，常常難以確定哪個(gè)是最終的程序，從而將正在工作的設(shè)備內(nèi)的 PLC 中所存儲(chǔ)的程序作為最終程序。為充分適應(yīng)通信、定位、模擬量控制等不斷擴(kuò)大的功能需求，使用備有 32K 部程序存儲(chǔ)器 FP? 。 梯形圖是最早使用的一種編程語言，也是現(xiàn)在最常用的，是從繼電器控制原理圖的基礎(chǔ)上演變過來的，繼承了繼電器控制系統(tǒng)中的基本工作原理和電氣邏輯關(guān)系的表示方法，所以在邏輯順序控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，它簡 單明了，易于理解，是所有編程語言中的首選。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。 可編程邏輯控制器具有鮮明的特點(diǎn) ，系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長， 也能進(jìn)行連續(xù)過程的 PID 回路控制 ，并能與 上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如 DDC 和 DCS 等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化。 PLC 提供的編程語言通常有以下幾種：梯形圖、功能塊圖、順序功能圖、結(jié)構(gòu)化文本和指令表。這時(shí) ，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O點(diǎn)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段 ，其運(yùn)行框圖如圖 所示 。 A 1B 1A 2B 2A 4B 3A 7B 7B 4A 5A 19B 19A 20B 20560 O1 . 6 OFGFG+ 24 V DCGND順時(shí)針脈沖逆時(shí)針脈沖原點(diǎn)輸入偏差計(jì)數(shù)清零原點(diǎn)接近輸入外部電源輸入503456232413 , 257302927319835343736393841FGPUL S 1PUL S 2SIGN 1SIGN 2OZ +OZ GNDCOM +CLSRV ONGAINA CL RPOTNOTS RDY +S RDY AL M +AL M INP +INP COM 220 O220 O4 . 7 O4 . 7 O4 . 7 O4 . 7 O4 . 7 O4 . 7 O脈沖指令脈沖指令Z 相輸出計(jì)數(shù)器清零伺服 ON增益切換警報(bào)解除正向禁止反向禁止伺服準(zhǔn)備伺服警報(bào)定位完成PL C I / O輸出PL C I / O輸入 PL C I / O 輸入原點(diǎn)附近傳感器順時(shí)針限位逆時(shí)針限位F PG PP 12 A 5 驅(qū)動(dòng)器屏蔽線 +24 V 31 圖 20 位增量式編碼器連接線路E 5 VE 0 VPSPSFGE 5 VE 0 VPSPS殼體 （ FG ）41379123456+ 5 V0 V調(diào)整器電機(jī)側(cè)編碼器驅(qū)動(dòng)器編碼器接口 X 6雙絞線 32 4 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可編程邏輯控制器 可編程邏輯控制器 （ PLC） 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，可編程邏輯控制器 其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本組成包括電源、中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊等。通過光柵的作用，持續(xù)不斷地開放或封閉光通路，因此，在接收裝置的輸出端變得到頻率與轉(zhuǎn)速成正比的方波脈沖序列，從而可計(jì)算出轉(zhuǎn)速。絕對式編碼器在碼盤上分層刻上表示角度的二進(jìn)制數(shù)碼或循環(huán)碼，通過接收器將該數(shù)值送入計(jì)算機(jī)，它常用為轉(zhuǎn)角檢測。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角信號。 轉(zhuǎn)速檢測 采用 數(shù)字化使得測速精度高、分辨能力強(qiáng)、受器件影響小的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于調(diào)速要求高、調(diào)速范圍大的調(diào)速系統(tǒng)和伺服系 統(tǒng)。另外，順時(shí)針、逆時(shí)針限位傳感器分別接入到 PLC的 PLC I/O的輸入端，以更好的保護(hù)系統(tǒng)的安全。位置控制器上的原點(diǎn)接近輸入與基座上的原點(diǎn)附近傳感器相連接， 若機(jī)械手 圖 位置單元與伺服驅(qū)動(dòng)器連線 基座移動(dòng)到原點(diǎn)附近，傳感器有常開開關(guān)轉(zhuǎn)換成閉合狀態(tài)，控制器輸入端光耦導(dǎo)通，位置信號傳入位置控制器。 位置控制器上的順時(shí)、逆時(shí)針脈沖指令輸出分別連接到伺服驅(qū)動(dòng)器 A5上的指令脈沖輸入，位置控制的原點(diǎn)輸入接到驅(qū)動(dòng)器的 Z相 輸出，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸出高電平，說明目標(biāo)位置已達(dá)到原點(diǎn)。 表 31 松下選型產(chǎn)品 類別 伺服驅(qū)動(dòng)器 位置控制器 伺服電機(jī) 基座系統(tǒng) MDDHT5540 AFPG432 MSME152G1S** 升降系統(tǒng) MDDHT3520 AFPG432 MSME082G1S** 搖臂系統(tǒng) MDDHT5540 AFPG432 MSME102G1S** 三軸上所選用產(chǎn)品僅功率不一致外，其他大體相同。由于是三軸控制，參照松下《 FP? 位置控制單元用戶手冊》和《交流伺服馬達(dá) 既與上位機(jī)進(jìn)行時(shí)時(shí)通訊，可監(jiān)控整個(gè)機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，又是控制三個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器、位置控制器的主控元件，并且還控制手部抓取電磁閥等。驅(qū)動(dòng)器上的外置再生放電電阻接線端子 B3與 B2 短路， NC 端子懸空。 若機(jī)械手系統(tǒng)發(fā)生故障，則常閉觸點(diǎn) ALM處于斷開狀態(tài)，同樣可使伺服驅(qū)動(dòng)器主電路斷電，來確保系統(tǒng)故障不進(jìn)一步擴(kuò)大。常開觸電閉合后，電源再經(jīng)過電抗器后就直接進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器的主回路。當(dāng)閉合漏電斷路器，電源經(jīng)過噪音濾波器濾波，再經(jīng)過熔斷器 FU2，伺服驅(qū)動(dòng)器控制電源馬上得電，其電源指示燈點(diǎn)亮。伺服驅(qū)動(dòng)器上 B B3之間通常保持短路狀態(tài)。電抗器的接入，能有效抑制諧波污染。這些以開關(guān)方式工作的用電設(shè)備，往往變成了諧波電流的發(fā)生源， “污染 ”MCCB噪音濾波器驅(qū)動(dòng)器 1 主電源 AX 1驅(qū)動(dòng)器 2 主電源 AX 2驅(qū)動(dòng)器 3 主電源 AX 3MCLONO FF A L MMC浪涌吸收器驅(qū)動(dòng)器 1 控制電源 LC 1驅(qū)動(dòng)器 3 控制電源 LC 3驅(qū)動(dòng)器 2 控制電源 LC 2電源 三相 200 V 15 % 至230 V + 10 %其他線路 28 電網(wǎng)，使電網(wǎng)電壓波形畸變。在輸入側(cè)串接電抗器，能有效的抑制這種浪涌電流。 電抗器可 抑制浪涌 電流， 在大功率電力電子電路中，合閘瞬間，往往產(chǎn)生一個(gè)很大的沖擊電流（浪涌電流），浪涌電流雖然作用時(shí)間短，但峰值卻很大。加入噪音濾波器是為了防止外部噪音進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器電源線路，也降低驅(qū)動(dòng)器對外部線路的噪音干擾。 漏電斷路器還可用于防止人身觸電，應(yīng)根據(jù)直接接觸和間接接觸兩種觸電防護(hù)的不同要求來選擇。 漏電斷路器主要是當(dāng)電路中漏電電流超過預(yù)定值時(shí)能自動(dòng)動(dòng)作的開關(guān)。驅(qū)動(dòng)器可選配多種編碼器，有普通型、高精度型和特殊型之分，因此，適用范圍比較廣。它還具有一系列方便使能的功能，內(nèi)設(shè)有頻率解析功能（ FFT），從而可檢測出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。還具有共振抑制和控制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，從而實(shí)現(xiàn)高速定位。 本論文選用松下伺服驅(qū)動(dòng)器 A5 系列 E 型產(chǎn)品，其前面板如圖 所示。 一般來說，伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi) 倍以上的過載能力，在短時(shí)間內(nèi)可以過載 4～ 6 倍而不損壞 。為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，伺服驅(qū)動(dòng)器還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)，要求加、減加速度足夠大，縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間，減小輪廓過渡誤差。整流單元（ ACDC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐?。?jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦 PWM 電壓型逆變器變頻來驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服M S連接器 X 6 ： 編碼器連接前面板連接器 X 7 ：監(jiān)視器用連接器連接器 X 1 ： USB 連接器連接器 X 2 ： 串行通信用連接器 X 3 ： 安全功能用連接器 X 4 ： 并行 I / O 連接器連接器 X 5 ： 光柵尺連接器充電指示燈接地螺釘（ 2 處 ）XAXCXBL 1L 2L 3L 1 CL 2 CB 1B 2B 3NCUVW主電源輸入控制電源輸入再生放電電阻電機(jī)連接端 26 電機(jī)。功率器件普遍采用以智能功率模塊（ IPM）為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路 ， IPM 內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路 ， 同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護(hù)電路 ， 在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路 ， 以減小啟動(dòng)過程對驅(qū)動(dòng)器的沖擊。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。 不產(chǎn)生磨損顆粒、沒有火花，適用于無塵間、易暴環(huán)境 ，性價(jià)比 較 高 。 高速 、 高精確 的 位置控制 ，并且在 額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)， 能 實(shí)現(xiàn)恒力矩 。 它還具有 良好的速度控制特性，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩 。該系列產(chǎn)品它具有小型化設(shè)計(jì)，通過對通過對驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行最佳熱分析實(shí)現(xiàn)小型化，與過去相比，體積 75%，重量 80% ，使用薄模具鋼板的新沖片工藝，大幅度降低鐵損，電機(jī)長度縮短 (過去的 70%)。 同時(shí) 電機(jī) 還 應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載 4～ 6 倍而不損壞。 對交流伺服電機(jī)的而言， 從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如 ，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。伺服電機(jī)還具有無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，即當(dāng)控制電壓為零時(shí)，電 機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并且其機(jī)電時(shí)間常數(shù)比較小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等特點(diǎn)。 為了在電機(jī)內(nèi)形成一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場，要求 勵(lì)磁 電壓 Uf 和控制電壓 UK 之間應(yīng)有 90 度的相位差，常用的方法有：利用三相電源的相電壓和線電壓構(gòu)成 90 度的移相 ； 利用三相電源的任意線電壓；采用移相網(wǎng)絡(luò) ； 在激磁相中串聯(lián)電容器 。當(dāng)定子繞組加上電壓后，伺服電動(dòng)機(jī)很快就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成 90 度電角度的兩相繞組。 再根據(jù)松下電機(jī)說明書，選擇伺服電機(jī)型號為 MSME082G1S。所以 max N m? 。 計(jì)算主要過程如下： 滾珠絲杠質(zhì)量 負(fù)載部分慣量 預(yù)選松下 MSME750W 交流伺服電機(jī)，則 420 .3 3 1 0MJ Kg m??? 慣量比 2 3 ( ) 10 ( ) [ ]DWL BBBKg??? ? ? ? ? ? ? ? ??2222 2 242184 ( ) / 8 ( 15 ) / 4 10 [ ]BPL C B C W DWBJ J J J B BK g m????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ???44/ 7 10 / 3 10