基于PLC和伺服電機(jī)的輸送站控制系統(tǒng)設(shè)計

引言

隨著工業(yè)4.0時代的到來,傳統(tǒng)工業(yè)正逐步被各種各樣的自動線取代。輸送站在自動化生產(chǎn)線中起著聯(lián)系各個站點,使站點之間能高效分工協(xié)作的作用,是自動化生產(chǎn)線中的核心工作站。為了能使自動化生產(chǎn)線平穩(wěn)工作,輸送站的機(jī)械手需精準(zhǔn)到達(dá)各個站點位置,因此對于機(jī)械手的定位控制就顯得極為重要。本文主要研究如何實現(xiàn)機(jī)械手精準(zhǔn)回零,找到固定位置。

1機(jī)械手裝置結(jié)構(gòu)和工作過程

1.1結(jié)構(gòu)

輸送站機(jī)械手裝置主要由抓取機(jī)械手裝置、直線運動傳動組件、拖鏈裝置和PLC等部件組成。抓取機(jī)械手裝置安裝在直線運動傳動組件的滑動溜板上,在傳動組件帶動下整體作直線往復(fù)運動。

1.2工作過程

驅(qū)動抓取機(jī)械手精準(zhǔn)定位到指定站點,進(jìn)行抓取和放下物料操作。為了方便闡述,本文設(shè)計了一個簡單的控制流程,要求如下:

(1）按下按鈕開關(guān)sB1,機(jī)械手開始尋找原點,歸零完成后指示燈HL1亮:

(2）按下按鈕開關(guān)sB2,機(jī)械手以100mm/s的速度運行到600mm的位置,到位后延時3s,再返回原點。

只要實現(xiàn)了上述控制,要想驅(qū)動機(jī)械手精準(zhǔn)定位到各個站點,只要修改個別數(shù)據(jù)即可。

2控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1PLC選型及1/o地址分配

由于需要輸出驅(qū)動伺服電機(jī)的高速脈沖,PLC應(yīng)采用晶體管輸出型。本文選用西門子s7-226PLC。根據(jù)控制要求進(jìn)行了以下I/o地址分配,如表1所示。

表11/o地址分配表

2.2伺服控制器參數(shù)設(shè)置及接線

2.2.1參數(shù)設(shè)置

本文采用松下MHMD022G1U伺服電機(jī)和MADHT1507E伺服驅(qū)動裝置,根據(jù)伺服電機(jī)手冊,設(shè)置參數(shù):Pr0.01,設(shè)置數(shù)值為"0":Pr0.02,設(shè)置數(shù)值為"1":Pr0.03,設(shè)置數(shù)值為"13":Pr0.04,設(shè)置數(shù)值為"250":Pr0.06,設(shè)置數(shù)值為"1":Pr0.07,設(shè)置數(shù)值為"3":Pr0.08,設(shè)置數(shù)值為"6000":Pr5.04,設(shè)置數(shù)值為"2":Pr5.28,設(shè)置數(shù)值為"1"。

2.2.2主要參數(shù)設(shè)置說明

Pr0.01是用來設(shè)置伺服電機(jī)的控制模式,本文設(shè)置的控制方式是位置控制,代碼為P,對應(yīng)的設(shè)定值為"0"。

Pr0.06與Pr0.07需組合使用,采用"1"和"3"組合的方式。指令脈沖形態(tài)用"脈沖序列＋符號",正方向用低電平驅(qū)動。極性設(shè)定值為1,在上升沿時讀取脈沖序列。用PULs2輸出到PLC,PLC依據(jù)收到的脈沖數(shù)來判斷機(jī)械手是否到位。用sIGN2輸出到PLC,進(jìn)行機(jī)械手運行方向的控制,低電平為正向,高電平為負(fù)向。

Pr0.08是設(shè)置伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈的脈沖數(shù),設(shè)置為6000個脈沖。本文用到的直線運動傳動組件的同步輪齒距為5mm,共12個齒,旋轉(zhuǎn)一周為60mm。A5系列的伺服電機(jī),電機(jī)編碼器反饋脈沖為每圈2500個。缺省情況下,電子齒輪分-倍頻為4倍,可實現(xiàn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈向PLC輸出脈沖為10000個。為了方便計算,本文把指令脈沖電子齒輪分-倍頻設(shè)置為10000/6000,實現(xiàn)電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一圈,向PLC輸出6000個脈沖,驅(qū)動機(jī)械手恰好移動60mm的整數(shù)倍關(guān)系。這樣位置分辨率,即每1個指令脈沖的移動量△皿=60mm/6000=0.01mm,即100個脈沖驅(qū)動機(jī)械手走1mm。

2.2.3接線

根據(jù)硬件接線手冊,伺服電機(jī)簡化接線圖如圖1所示。

3程序設(shè)計

程序設(shè)計軟件使用sTEP7-MicrowIN,實現(xiàn)控制的方法有兩種,一種是利用位置控制向?qū)崿F(xiàn),另一種是利用脈沖輸出指令庫MAP實現(xiàn)。位置控制向?qū)鄬?fù)雜,后期調(diào)試較困難。而脈沖輸出指令庫MAP控制方法簡單,調(diào)試方便,本文采用這種方法。

3.1脈沖輸出指令庫MAP

s7200系列的PLC本體PTo提供了應(yīng)用庫MAPsERV00.0和MAPsERV00.1,分別用于00.0和00.1的脈沖串輸出。本文用指令庫MAPsERV00.0進(jìn)行程序設(shè)計,應(yīng)用該庫時,一些輸入輸出點的功能被預(yù)先定義。在程序設(shè)計時,這些輸入輸出點不能再作他用。輸出點00.0只能作為脈沖輸出,00.2作為方向輸出,分別接到伺服電機(jī)的PULs2和sIGN2。輸入點I0.0只能作為參考點輸入,高速計數(shù)器只能使用HC0。

3.2程序設(shè)計步驟

第一步,調(diào)用000C一TL功能塊,如圖2所示。

RVlocityss是最小脈沖頻率,是加速過程的起點和減速過程的終點。此處設(shè)為脈沖2000個/s,依據(jù)前文算出的位置分辨率,△皿=0.0lmm,即電機(jī)最小速度為20mm/s。RVlocityMax是最大脈沖頻率,此處設(shè)為脈沖10000個/s,即電機(jī)最大速度為100mm/s。在程序中其他地方設(shè)置的脈沖頻率要在這個范圍內(nèi),否則將會被RVlocityss或RVlocityMax所取代。

accVldVctimV是加減速時間,設(shè)為0.5s,即由最小速度加速到最大速度(或由最大速度減速到最小速度）所用時間為0.5s。

I0.1和I0.2分別是機(jī)械手傳送裝置的左限位保護(hù)開關(guān)和右限位保護(hù)開關(guān)。

第二步,用000HomV功能塊尋找參考點,如圖3所示。

在尋找過程的起始,電機(jī)首先以startDir設(shè)定的方向,在本程序中M0.0為"0",以負(fù)方向?qū)ふ覅⒖键c(M0.0為"1",以正方向?qū)ふ覅⒖键c）。本文涉及的傳輸裝置機(jī)械手一般位于參考點的正方向上,故采用負(fù)方向?qū)ふ覅⒖键c,即M0.0設(shè)置為"0"。尋找參考點時,以HomingFastspd的速度開始尋找,HomingFastspd默認(rèn)值=RVlocityMax/2=5000,即電機(jī)速度為50mm/s。在碰到limitswitch("FwdLimit"or"TVvLimit"）后,即左限位保護(hù)開關(guān)I0.l和右限位保護(hù)開關(guān)I0.2減速至停止,然后開始反方向?qū)ふ摇?

當(dāng)檢測到參考點開關(guān)I0.0的上升沿時,減速到"Homingslowspd"。Homingslowspd的默認(rèn)值=RVlocityss=2000,即電機(jī)速度為20mm/s。如果此時的方向與"FinalDir"(尋找參考點過程中的最后方向）相同,在檢測到參考點開關(guān)下降沿時停止運動,將計數(shù)器HC0的計數(shù)值設(shè)為"Position"中所定義的值,本文為"0"。如果當(dāng)前方向與"FinalDir"不同,則改變運動方向,這樣就可以保證參考點始終在參考點開關(guān)的同一側(cè)(具體是哪一側(cè)取決于"FinalDir"）。本文設(shè)置為參考點的右側(cè),所以電機(jī)在尋找參考點過程中的最后方向是負(fù)方向,"FinalDir"的標(biāo)志位相對地址＋R0.2應(yīng)該設(shè)置為"0"。

第三步,調(diào)用000LoadPos功能塊。由于第二步找到的參考點位置與實際控制要求的參考點有一定的偏差,在本控制系統(tǒng)中偏差值為＋15mm,為了清晰地定義絕對位置,必須重新尋找參考點,使得原參考點失效。本文中15mm對應(yīng)的脈沖數(shù)為1500個,因此"NVwPos"設(shè)置為"1500",如圖4所示,用于將當(dāng)前位置的絕對位置設(shè)置為預(yù)置值。

第四步,調(diào)用000MovVAbsolutV功能塊,讓電機(jī)以指定的速度l00mm/s運動到指定的絕對位置600mm處,如圖5所示。延時3s,再返回原點,如圖6所示。

4結(jié)語

基于PLC和伺服電機(jī)控制的輸送站系統(tǒng),可以使輸送站在自動化生產(chǎn)線上的各個站點精準(zhǔn)定位,使自動化生產(chǎn)線上的加工、裝配、分檢等站點連成一個整體,實現(xiàn)產(chǎn)品的自動化操作,提高生產(chǎn)效率,改善勞動條件。該控制系統(tǒng)用MAP指令庫編程,方法簡單,檢修和維護(hù)方便,可在實際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。