欧姆龙PLC在机械手控制中的应用.docx
欧姆龙PLC在机械手控制中的应用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控制理论的不断完善，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及不 污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点， 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。一.四轴联动简易机械手的构造及动作过程机械手构造如下列图1所示，有气控机械手（1）、XY轴 丝杠组（2）、转盘机构（3）、旋转基座等组成。其运动控制方式为：（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 及 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； 气控机械手的张合由气压控制（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，机械手系统开始动作； 步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；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开始 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；系统回位准备下一次动作。二控制器件选型为到达准确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器 件选型如下：1 .步进电机及其驱动器机械手纵轴（Y轴）和横轴（X轴）选用的是*四通电机技 术公司的42BYG250c型两相混合式步进电机，步距角为0.9。 /1.8° ,电流1.5A。Ml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，该驱动器采用10-40V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，提供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 户可根据各自情况在1040VDC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以配合不同的 电机使用。本驱动器可提供整步、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 .伺服电机及其驱动器机械手的旋转动作采用松下伺服电机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2500p/r,分辨率10000p/r,引出线 11线）；有油封，无制动器，轴采用键槽连接。该电机采用 松下公司独特算法，使速度频率响应提高2倍，到达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 1/40具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可 弥补机械的刚性缺陷，从而实现高速定位，也可通过外接高 精度的光栅尺，构成全闭环控制，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，使上位控制器 可同时控制多达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*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 刷直流电机驱动器使用*和时利公司生产的BL-0408驱动器, 其采用2448V直流供电，有起停及转向控制、过流、过压 及堵转保护，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0MR0N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 盘机构的准确定位。5 . PLC的选型根据系统的设计要求，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 步脉冲控制、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 械控制应用问题，所以它是在设备内用作内装控制单元的理 想产品。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。这些通信能力使四轴联动简易 机械手能方便的融合到工业控制系统中。三软件编程.软件流程图流程图是PLC程序设计的根底。只有设计出流程图，才 可能顺利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。所以写出流程图非常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控制要求，绘制流程图 如图2所示。1 .程序部分由于论文篇幅有限，这里只列出了开始两段程序，供读 者参阅，见图3。四结束语四轴联动简易机械手的各个动作和状态都由PLC控制, 不仅能满足机械手的手动、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控制。 使四轴联动简易机械手能方便地嵌入到工业生产流水线中。
