plc控制論文-----基于PLC的機械手控制設計

plc控制論文-----基于PLC的機械手控制設計

基于PLC的機械手控制設計
　　隨著社會生產不斷進步和人們生活節奏不斷加快，人們對生產效率也不斷提出新要求。由于微電子技術和計算軟、硬件技術的迅猛發展和現代控制理論的不斷完善， 使機械手技術快速發展，其中氣動機械手系統由于其介質來源簡便以及不污染環境、組件價格低廉、維修方便和系統安全可靠等特點，已滲透到工業領域的各個部 門，在工業發展中占有重要地位。本文講述的氣動機械手有氣控機械手、XY軸絲杠組、轉盤機構、旋轉基座等機械部分組成。主要作用是完成機械部件的搬運工 作，能放置在各種不同的生產線或物流流水線中，使零件搬運、貨物運輸更快捷、便利。

　　一 四軸聯動簡易機械手的結構及動作過程

　　機械手結構如下圖1所示，有氣控機械手（1）、XY軸絲杠組（2）、轉盤機構（3）、旋轉基座（4）等組成。

　　

　　圖1 機械手結構圖

　　其運動控制方式為：（1）由伺服電機驅動可旋轉角度為360的氣控機械手（有光電傳感器確定起始0點）；（2）由步進電機驅動絲杠組件使機械手沿X、 Y軸移動（有x、y軸限位開關）；（3）可回旋360的轉盤機構能帶動機械手及絲杠組自由旋轉（其電氣拖動部分由直流電動機、光電編碼器、接近開關等組 成）；（4） 旋轉基座主要支撐以上3部分；（5）氣控機械手的張合由氣壓控制（充氣時機械手抓緊，放氣時機械手松開）。

　　其工作過程為：當貨物到達時，機械手系統開始動作；步進電機控制開始向下運動，同時另一路步進電機控制橫軸開始向前運動；伺服電機驅動機械手旋轉到達正好抓取貨物的方位處，然后充氣，機械手夾住貨物。

　　步進電機驅動縱軸上升，另一個步進電機驅動橫軸開始向前走；轉盤直流電機轉動使機械手整體運動，轉到貨物接收處；步進電機再次驅動縱軸下降，到達指定位置后，氣閥放氣，機械手松開貨物；系統回位準備下一次動作。

　　二 控制器件選型

　　為達到精確控制的目的，根據市場情況，對各種關鍵器件選型如下：

　　1. 步進電機及其驅動器

　　機械手縱軸（Y軸）和橫軸（X軸）選用的是北京四通電機技術有限公司的42BYG250C型兩相混合式步進電機，步距角為0.9/1.8，電流 1.5A。M1是橫軸電機，帶動機械手機構伸、縮；M2是縱軸電機，帶動機械手機構上升、下降。所選用的步進電機驅動器是SH-20403型，該驅動器采 用10～40V直流供電，H橋雙極恒相電流驅動，最大3A的8種輸出電流可選，最大64細分的7種細分模式可選，輸入信號光電隔離，標準單脈沖接口，有脫 機保持功能，半密閉式機殼可適應更惡劣的工況環境，提供節能的自動半電流方式。驅動器內部的開關電源設計，保證了驅動器可適應較寬的電壓范圍，用戶可根據 各自情況在10～40VDC之間選擇。一般來說較高的額定電源電壓有利于提高電機的高速力矩，但卻會加大驅動器的損耗和溫升。本驅動器最大輸出電流值為 3A/相（峰值），通過驅動器面板上六位撥碼開關的第5、6、7三位可組合出8種狀態，對應8種輸出電流，從 0.9A到3A以配合不同的電機使用。本驅動器可提供整步、改善半步、4細分、8細分、16細分、32細分和64細分7種運行模式，利用驅動器面板上六位 撥碼開關的第1、2、3三位可組合出不同的狀態。

　　2. 伺服電機及其驅動器

　　機械手的旋轉動作采用松下伺服電機A系列小慣量MSMA5AZA1G，其額定輸出50W、100/200V共用，旋轉編碼器規格為增量式（脈沖數 2500p/r、分辨率10000p/r、引出線11線）；有油封，無制動器，軸采用鍵槽連接。該電機采用松下公司獨特算法，使速度頻率響應提高2倍，達 到500Hz ；定位超調整定時間縮短為以往松下伺服電機產品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全閉環控制功能，可彌補機械的剛性不足，從而實現高速定位， 也可通過外接高精度的光柵尺，構成全閉環控制，進一步提高系統精度。具有常規自動增益調整和實時自動增益調整兩種自動增益調整方式，還配有RS-485、 RS-232C 通信口，使上位控制器可同時控制多達16個軸。伺服電機驅動器為A系列MSDA5A3A1A，適用于小慣量電動機。

　　3. 直流電機

　　可回旋360的轉盤機構有直流無刷電機帶動，系統選用的是北京和時利公司生產的57BL1010H1無刷直流電機，其調速范圍寬、低速力矩大、運行平 穩、低噪音、效率高。無刷直流電機驅動器使用北京和時利公司生產的BL-0408驅動器，其采用24～48V直流供電，有起停及轉向控制、過流、過壓及堵 轉保護，且有故障報警輸出、外部模擬量調速、制動快速停機等特點。

　　4. 旋轉編碼器

　　在可回旋360的轉盤機構上，安裝有OMRON公司生產的E6A2增量型旋轉編碼器，編碼器將信號傳給PLC，實現轉盤機構的精確定位。

　　5. PLC的選型

　　根據系統的設計要求，選用OMRON公司生產的CPM2A小型機。CPM2A在一個小巧的單元內綜合有各種性能，包括同步脈沖控制、中斷輸入、脈沖輸 出、模擬量設定和時鐘功能等。CPM2A的CPU單元又是一個獨立單元，能處理廣泛的機械控制應用問題，所以它是在設備內用作內裝控制單元的理想產品。完 整的通信功能保證了與個人計算機、其它OMRON PC和OMRON可編程終端的通信。這些通信能力使四軸聯動簡易機械手能方便的融合到工業控制系統中。

　　三 軟件編程

　　1. 軟件流程圖

　　流程圖是PLC程序設計的基礎。只有設計出流程圖，才可能順利而便捷地編寫出梯形圖并寫出語句表，最終完成程序的設計。所以寫出流程圖非常關鍵也是程序設計首先要做的任務。依據四軸聯動簡易機械手的控制要求，繪制流程圖如圖2所示。

　　

　　圖2 軟件流程圖

　　2. 程序部分

　　由于論文篇幅有限，這里只列出了開始兩段程序，供讀者參閱，見圖3。

　　

　　圖3 程序列表

　　四 結束語

　　四軸聯動簡易機械手的各個動作和狀態都由PLC控制，不僅能滿足機械手的手動、半自動、自動等操作方式所需的大量按扭、開關、位置檢測點的要求，更可通過接口元器件與計算機組成

　　PLC工業局域網，實現網絡通信與網絡控制。使四軸聯動簡易機械手能方便地嵌入到工業生產流水線中。

 

附另一篇論文：
　　摘要：介紹可編程控制器在工業控制領域的應用以及PLC在應用過程中，要保證正常運行應該注意的一系列常見問題，并給出一些合理的建議及解決方法。

　　　　關鍵詞：PLC　工業控制　抗干擾　布線　接地　建議

　　　　

　　　　一、簡述

　　　　

　　　　多年來，可編程控制器(以下簡稱PLC)從其產生到現在，實現了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現了邏輯控制到數字控制的進步；其應用領域從小到大，實現了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數字運算、人機接口和網絡的各方面能力都已大幅提高，成為工業控制領域的主流控制設備，在各行各業發揮著越來越大的作用。

　　　　

　　　　二、PLC的應用領域

　　　　

　　　　目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況主要分為如下幾類：

　　　　1.開關量邏輯控制；2.工業過程控制；3.運動控制；4.數據處理；5.通信及聯網。

　　　　

　　　　三、PLC的應用特點

　　　　

　　　　1.可靠性高，抗干擾能力強。2.配套齊全，功能完善，適用性強。3.易學易用，深受工程技術人員歡迎。4.系統的設計，工作量小，維護方便，容易改造。

　　　　(1)安裝與布線。動力線、控制線以及PLC的電源線和I／O線應分別配線，隔離變壓器與PLC和I／O之間應采用雙膠線連接。

　　　　PLC應遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設備，不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內。PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關量與模擬量也要分開敷設。交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應盡量遠離高壓線和動力線，避免并行。

　　　　(2)I／O端的接線。輸入接線：輸入接線一般不要太長。輸入／輸出線不能用同一根電纜，輸入／輸出線要分開。盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。

　　　　輸出連接：輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。

　　　　由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負載短路，將燒毀印制電路板。

　　　　使用電感性負載時應合理選擇，或加隔離繼電器。

　　　　PLC的輸出負載可能產生干擾，因此要采取措施加以控制四、PLC應用中需要注意的問題

　　　　

　　　　PLC是一種用于工業生產自動化控制的設備，一般不需要采取什么措施就可以直接在工業環境中使用。然而，當生產環境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，因此在使用中應注意以下問題：

　　　　

　　　　1.工作環境

　　　　(1)溫度。PLC要求環境溫度在0～55℃，安裝時不能放在發熱量大的元件下面，四周通風散熱的空間應足夠大。

　　　　(2)濕度。為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應小于85％(無凝露)。

　　　　(3)震動。應使PLC遠離強烈的震動源，防止振動頻率為10～55Hz的頻繁或連續振動。當使用環境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。

　　　　(4)空氣。避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。

　　　　(5)電源。PLC對于電源線帶來的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴重的環境中，可以安裝一臺帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾。

　　　　

　　　　2.控制系統中干擾及其來源

　　　　現場電磁干擾是PLC控制系統中最常見也是最易影響系統可靠性的因素之一，所謂治標先治本，找出問題所在，才能提出解決問題的辦法。因此必須知道現場干擾的源頭。

　　　　(1)干擾源及一般分類。通常電磁干擾按干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。

　　　　(2)PLC系統中干擾的主要來源及途徑

　　　　強電干擾：PLC系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓。

　　　　柜內干擾：控制柜內的高壓電器，大的電感性負載，混亂的布線都容易對PLC造成一定程度的干擾。

　　　　來自接地系統混亂時的干擾：接地是提高電子設備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾。

　　　　來自PLC系統內部的干擾：主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。

　　　　變頻器干擾：一是變頻器啟動及運行過程中產生諧波對電網產生傳導干擾，引起電網電壓畸變，影響電網的供電質量；二是變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備的正常工作。

　　　　

　　　　3.主要抗干擾措施

　　　　(1)電源的合理處理，抑制電網引入的干擾。對于電源引入的電網干擾可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1:1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾，還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。

　　　　(2)正確選擇接地點，完善接地系統。良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發生的電壓沖擊危害。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內又會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。

　　　　安全地或電源接地：將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電，可從安全接地導入地下，不會對人造成傷害。

　　　　

　　　　五、結束語

　　　　

　　　　隨著PLC應用領域的不斷拓寬，如何高效可靠的使用PLC也成為其發展的重要因素。21世紀，PLC會有更大的發展，產品的品種會更豐富、規格更齊全，通過完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求，PLC作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業控制領域發揮越來越大的作用

 

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