基于PLC的搬运机械手控制系统的设计

基于PLC的搬运机械手控制系统的设计本文是基于PLC的搬运机械手控制系统的设计。根据搬运机械手控制系统给出了控制流程图、阐述了用FX2N-1PG作上位机控制步进电机按一定角度旋转原理、用PLC作上位机控制伺服电机动作原理。详细描述了基于PLC的搬运机械手控制系统的设计的硬件接线图和设计程序。并进行了试验验证。该设计合理规范并能实现搬运机械手控制系统的控制要求。标签：S7-300PLC步进电机伺服电机FX2N-1PG模块细分定位脉冲搬运机械手控制系统主要由日本三菱公司的FX2N系列PLC的特殊功能模块FX2N-1PG、步进驱动器、步进电动机和气动控制系统实现运行控制，具有抓取、放松、上升、下降和180°回旋功能，并能沿丝杆导轨做左右水平移动，同时配合伺服驱动器、、伺服电机将成品物料送到指定仓库各站点。控制系统示意图：一、用PLC控制搬运系统的设计原理搬运机械手系统运用日本三菱公司的FX2N系列PLC对机械手进行一系列的控制，最终目的是把物料准确的送入指定仓库。要实现准确定位主要涉及到FX2N-1PG模块的定位功能，步进驱动、步进电机和伺服驱动、伺服电机的动作原理。1.定位脉冲输出模块FX2N-1PGFX2N-1PG定位脉冲输出模块，可输出一相脉冲数、频率可变的定位脉冲（最大100KHz，脉冲量32位），通过连接伺服电机或步进电机驱动器能实现独立1轴的简单定位控制。首先了解PLC与1PG的体系结构关系。FX2N-1PG是独立于PLC主机外的扩充模块，以数据总线连接。模块依据安装位置先后自动设为K0～K7编号地址，所以必须有特殊的PLC数据写入指令，再配合时序及逻辑控制写入FX2N-1PG寄存器内。2.用PLC作上位机控制步进电机动作设计原理搬运机械手的定位控制可由PLC、步进驱动和步进电动机实现运行控制。机械手运行过程为：回原点——定位运行——返回停止。在机械手运行进程中，若碰到相应方向的极限开关时，机械手立即停止。Y轴向工作台控制要求：按下启动按钮SB1，工作台先执行回原点（SQ3）操作，接着右移至50mm处停5S，返回原点停止；任何时刻按下停止按钮SB2，工作台立即停止；按下按钮SB3，使步进电机脱机，方便手动调整工作台位置。1）步进电机选用角度控制方式角度控制：每输入一个脉冲，定子绕组就换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲数成正比。2）步进驱动器细分的设置步进驱动器的外壳上附有细分设置表，如图所示。设置时，对照驱动器上的细分设置表，通过拨动拨码开关实现细分设置。如需设置为5细分，步距角为0.36°，那么三个拨码开关分别对应的状态是1，0，0，即第一个拨码开关置ON，其余两个拨码开关均置OFF。分析：丝杆螺距为10MM，即步进电机旋转一周，工作台移动10MM。假设：将步进驱动器设置为5细分，步距角为0.36度。电机转一周所需脈冲数=360゜/0.36゜=1000个；每个脉冲行走的距离=10mm/1000=0.01mm；工作台行走50mm所需脉冲数=50mm/0.01mm=5000个。3.用PLC作上位机控制伺服电机的动作原理采用伺服电机的位置控制模式，利用上位机产生脉冲来控制伺服电机转动，脉冲的个数决定伺服电机转动的角度（或者是工作台移动的距离），脉冲的频率决定电机转速。X轴向工作台控制要求：按下启动按钮，伺服电机旋转，拖动工作台进行可前可后的定位行走，按下停止按钮，工作台立即停止行走。丝杆的螺距为5MM，设脉冲当量为um，以PLC作为上位机进行控制。分析：由于工作台需要定位运行，所以伺服系统要设置为位置控制模式；用PLC作为脉冲输出上位机，采用集电极开炉输入作为脉冲输入方式；根据脉冲当量1um，螺距5mm，则输入5000个脉冲，电机就转一周，也就是工作台5mm，计算电子齿轮比为：A/B=131072/5000=16384/625.控制程序大体上采用步进顺控指令编相对容易，脉冲输出则采用PLSY或PLSR指令。二、I/O地址分配及硬件接线1.搬运机械手系统程序设计的I/O地址分配表：2.搬运机械手系统的硬件接线图1）PLC与步进驱动驱动器、步进电机的接线图2）PLC与伺服驱动驱动器、伺服电机的位置控制接线图3）参数设置伺服驱动器关键参数设置：参数禁止写入：PA19=0；控制模式：PA01=0；伺服电机转一圈指令脉冲数：PA05=0；电子齿轮比：PA06/PA07=37；指令脉冲输入形式选择：PA13=0010H；加减速时间常数（PC01=0、PC02=0）。步进步进驱动器细分的设置为101.三、运行试验正确连接硬件设备，程序下载至PLC后。上电按下启动按钮，步进电机控制的（Y轴方向）滚轴和伺服电机控制的X轴方向呈Z字形回原点。再次按下启动按钮，工作台在X轴向、Y轴向进行低速微调运行，使机械手卸料口（固定不变）与1#仓中心位置对准。确定位置后在物料堆放区进行物料检测，存在物料是物料检测信号为1，机械手上料气缸电磁阀得电气缸伸出进行上料，通过光电传感器检测物料是否上料到位。物料到位信号为1，机械手上料气缸电磁阀失电气缸缩回，同时机械手下降气缸电磁阀得电，机械手下降。机械手下到位，机械手吸盘吸紧物料，机械手下降气缸电磁阀失电，机械手上升。机械手上升到位，机械手搬运气缸电磁阀得电，机械手带着物料右移。右移到位，机械手下降气缸电磁阀得电，机械手下降。下降到位，机械手释放物料在对应仓位。卸料完成机械手回到初始位置。工作台在X轴向、Y轴向进行低速微调运行，使机械手卸料口（固定不变）与2#仓中心位置对准。机械手开始装料卸料。一直循环。按下停止按钮，工作台、机械手立即停止运行。参考文献：[1]变频器应用与维护技术，刘美俊编，中国电力出版社，2008.1.[2]MICROMA