材料加工自动化考试与课件

考试：材料加工自动化题量：10题，时长30分钟，总分100分，60分及格1【单选】下列不属于PLC三大流派的是()●B.韩国2【判断】自动化专机焊接比机器人焊接可靠性要高()3【多选】下列属于常用编程语言的是()4【多选】按照受控运动方式机器人可分为()5【判断】传感器的静态特性取决于传感器本身的性能和输入信号的形式()B.错误6【单选】下列属于机器人系统结构的是()7【单选】传感器按被测物理量分类不包括()8【多选】变频器的常用控制有()反9【判断】基本指令是直接对输入输出进行简单操作的指令()10【判断】PWM调制是利用半导体开关器件的导通和关断把直流电压调制成电压可变、频率可变的电压脉冲列()C传统制造技术分为机械加工技术(冷加工)和热加工技术，热加工技术又分为铸造技焊接技术也是先进领域的重要组成部分，任何一个工件加工出来(一)加工(焊接)自动化产品使用性能与生产要求：产品性能要求的提高、产品精度要求率的提高、产品更新换代的要求、产品高科技附加值的提高……焊精度要求：焊接时会产生热胀冷缩的变形，从而会影响其加工精度(1)用机械一电气装置代替人工操作(2)用电子技术、计算机技术、控制技术代替人的思维(3)科技发展：新材料的发展与应用，微电子技术、信息技术和计算机技术，智能等离子/TIG焊接数控系统焊接自动化是指焊接加工、焊接生产过程的自动化，就是采用焊接自动化系统的基本构成单元：机械装置、执行装置、能源、(一)自动控制基本概念(1)方框图概念支点(又称分路店):信号在此点引出。AABth给定信号u信号处理焊接转台直流电机及减速机构动重与置市机动意装表出鞋放夫动态控制过程：观测焊接转台的转速(被控制量),与要求的速度(给定值)进行比电机(2)人工控制与自动控制对比控制过程相同：测量、比较、调整三个环节组成。其中：测量是检测输出(被控)不同：前者考操作者的眼睛，而后者靠热传感器；前者考(3)自动控制自动控制概念：在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(称控制装置或控制器)、使机器、设备或生产过程(控制对象)的某个工作状态或参数(即被控量)自控制装置是指对控制对象起作用的装置总体；控制对象是指实现自产生偏差的原因是有干扰，干扰分为内扰(系统内部由于某种原因产生的扰动)和外扰(4)反馈控制测偏于纠偏?→反馈控制比较控制环节环节调节执行被控量给定值恒值控制系统：系统输入量为恒定值。控制任务是保证在任何作用下系程序控制系统：输入量的变化规律预先通知，输入装置根据输入的(2)一些具体控制系统的介绍随动系统(伺服系统):输入量的变化规律不能预先确知，其控制要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化，并能排除各种干扰因素的影响，准确地(3)其他自动控制系统顺序控制：使控制对象按照事先制定的操作顺序运行。例如：多条件(连锁)控制：当设定的条件成立时，是控制对象按特定的规则运行。例如：(1)稳定性(2)稳态精度调节过程(暂态)结束后所处的状态称为稳态，稳态精度常以稳态误差来衡量。稳态误差是指稳态时系统期望输出量和实际输出量之差。(3)动态品质反映系统调节过程性能的优劣。通常用调节时间、超调量、振荡次数等动态响应指标来衡量。(4)鲁棒性：指焊接系统的适应性。控制系统有很多性能，这些特性是根据需要选择相应的性能，不同系统进行比较时，根据控制的目的进行比较。(二)开环与闭环控制1.开环控制与开环控制系统转台转台调压器整流器直流电机～220V开关控制系统方块图(1)开环控制系统概念控制系统的输出端与输入端之间无反馈通道，即系统的输出量不影响系统的控制作用时，该系统称为开环控制系统。开环控制：只有顺向控制而无反馈控制的控制方式。(2)开环控制特点结构简单，调整方便，系统稳定性好，成本低。(3)开环控制系统的精度：(1)闭环控制系统的概念控制系统的输出与输入间存在着反馈通道，即系统的输出对控制作(2)闭环控制系统的特点：(3)闭环控制系统的精度：(1)位置控制：属于点位控制方式；往往用于点到点的控制(2)位移控制：属于连续轨迹控制方式；往往用于连续焊缝的自动控制(3)速度控制：焊枪或工件等运动速度控制；变速控制与等速控制。(4)轨迹控制：主要用于复杂空间曲线焊缝的运动轨迹控制。(5)程序控制以合理的次序和时间间隔使自动焊接系统中的弧焊电源、送丝机、操(1)传统控制策略、现代控制策略和智能控制策略。(3)现代控制策略：自适应控制策略；变结构控制策略等。(4)智能控制策略：模糊控制策略；专家系统控制策略；神经网络控制策略等。(5)复合控制策略：模糊PID控制策略；模糊变结构控制策略等。将被测量(如位移、速度、力、温度等)转换为与之；有确定对应关系敏感元件快速的反应出被测量的变化，转换元件把敏感元件的信2.传感器的的特性(1)传感器的静态特性迟滞：传感器在输入量增加和减少的过程中，输出一输入特性(2)传感器的动态特性(二)位置传感器及其应用4)滚轮摆杆式限位开关基本结构(2)接近式位置传感器接近式：电磁式、电容式、光电式、超声式。右图的五个传感器形式分别为：a)圆1)电磁式位置传感器①利用电磁感应来确定物体位置的传感器②电磁式位置传感器分为自感式、互感式和涡流式涡流式传感器工作原理：线圈中io→φ→导体中产生涡流ii→方向相反的磁场中→距离越近，线圈中的阻抗将变化越大。检测阻抗的变化→检测被测导体(2)接近式位置传感器1)电磁式位置传感器振荡器产生交变磁场，当被测物体接近时，由于涡流的作用，接近开关附近磁场变化，使传感器的检测线圈的电感量变化，使振荡器振荡减弱以至停振，因而产生振荡及停振两个信号，从而起到“开”、"关”的控制作用。被检测金属物体被检测金属物体传感器线圈接入LC振荡回路。被测物体运动到传感器附近时，线圈中的电感量变化，导致振荡频率变化，根据F-V变换使输出电压的发生变化，由此来判别物体的位置。圆柱形电磁传感器圆柱形电磁传感器电路结构电磁式位置传感器工作原理方块图出④适用的检测范围被测物体既可以是黑色金属材料，也可以是有色金属材料。由于铁磁物质对于磁场的影响更加明显，因此更适用于黑色金属物体的检测。检测距离：一般的电磁式接近开关的检测距离只有几毫米到几十毫米。行板的面积；d:两平行板之间距离。输出信号输出信号LL出容被测物体②霍尔元件霍尔元件制造工艺为：在单晶薄片两端焊上两根控制电流引线(图示a、b),在另两端焊上两根霍尔电压输出引线(图示c、d)。霍尔元件输出霍尔电压。该电压经放大器放大后，送至施密特整形电压大于“开启”阈值时，施密特整形电路翻VT小，经放大器放大后其值小于施密特整形电路的“关闭4)光电式位置传感器光电式位置传感器是由光源与受光器件组合而成的，它利用被光源：日光、白炽光、红外光、激光等；采用LED(发光二极管)、激光二极管等。受光器件：光电二极管、光电晶体管，位置传PSDPositionSensitive检测对象测物体上安置专用的反光片。(3)接近式位置传感器的应用传感器形状：a)圆柱型b)扁平型c)矩形d)槽型e)环型电磁式低电容式电容效应低控制项目应用范围焊枪或工件设定位置控制：焊接自动化设备中升降装置的启动、停止控制：焊接行走机构的极限位置控制：移动部件的防碰撞控制；焊接转台等回转体的焊接停止位置控制：焊接生产线传输工件的位置控制焊缝长度控制：焊接产品定尺控制检测焊接生产线上流过的产品数；焊接装置旋转轴或盘的转速计量；多道多层自动焊过程中焊缝计数等焊接旋转机械的速度与各种脉冲发生器一起控制转速和转数检测控制：直线焊接的速度控制：焊接生产线传送带速度控制等焊接工位转换控制焊接自动化系统中，各种机械移动装置位置信息的检测这个是汽车的焊接生产线的位置传感，每个位置完成一定的工作这个控制可以用在计数方面，位置传感器可以用在很多领域，不这个焊枪的优点是可以，焊枪可以移动，即可以连续焊接也可以由于移动光栅的间距11与固定光栅的间距12,相差1/4,所以在移动光栅移动过程工作原理：计量脉冲数测量位移(或速度)值；检测脉冲相位(上升沿),判定位移(1)增量编码器码盘(脉冲盘):只有一条黑白扇区相间的码道。2.光电编码器(1)增量编码器(2)绝对编码器辨率：取决于光码盘的精度和分辨率。提高精度：增加码盘的扇区及减小固定光栅径向线0819234567(1)直流测速机输出特性曲线负载电阻RL→,输出电压与转速关系线性度越好。(2)交流测速机工作原理(1)转速恒值控制JjU转换U(2)旋转角度控制焊接工位转换环形焊接控制(3)直线位移控制采用编码器进行直线位移与速度控制时，必须采用一定的机械机构将直线运动参数变为旋转运动参数。直缝自动焊接的位移、速度与位置控制均可以采用编码器。(4)测量线速度和角速度测量平均速度：控制逻辑测量原理：一个时钟脉冲时间内通过多少个编码器脉冲。例题：一个每转有360个脉冲输出的增量编码器，采用计数间隔为1秒(时钟脉冲时间),若测出编码器输出60个脉冲，求其平均转速。例题：每转输出100个脉冲的编码器，时钟脉冲频率为1MHz,一个编码器输出脉冲内，测得6000个时钟脉冲，求其转速。四、电机控制技术(一)直流电动机及其控制原理电动机的静态特性：在稳态情况下，电动机转子转速、电磁转与n轴的交点是该电枢电压下的理想空载转速；与T.轴的交点是该电枢电压下的堵转(2)在交点对应的转速之上保证T。<T,而在交点对应的转速之下保证T.T。2.直流伺服电动机的技术指标额定功率P(W)、额定转矩Tx(N·m)、额定电压U、(V)、最大转矩T(N·m)、额定电流Ix(A)、机电时间常数额定转速n(r/min)、和电磁时间常数T、转动3.直流伺服电动机的控制原理(1)直流伺服电动机的转速控制直流电机调速的基本原理：直流电机调速的基本方法：改变电枢回路总电阻R;改变电枢供电电压U;改变励磁1)改变电枢回路电阻调速负载一定，R.增大，电枢回路总电阻增大，电机转速降低。Rw的改变可用接触器或主令开关切换来实现。有级调速，调速比约为2:1左右；转速变化率大，轻载下很难得到低速，效率低。2)改变电枢电压调速恒转矩调速：不论在高速还是低速下，电动机都能输出额定转矩。调速范围可达50:1～150:1,一般比例10:1。3)改变励磁电流调速(恒功率调速)通过改变激磁电流的大小来改变定子磁场强度，从而改变电动机的转速(n与中。成反比)。由于电动机在额定运行条件下磁场已接近饱和，因而只能通过减弱磁场来改变电动机的转速。采用弱磁调速时的范围一般为1.5:1～3:1,特殊电动机可达到5:1。只适用于电磁式直流伺服电动机(2)直流伺服电动机的方向控制(一)直流电动机及其控制原理1)调速范围2)静差率3)调速平滑性(1)转速负反馈闭环调速系统的组成给定环节：直流微压电源，调节U,大小也就是调晶闸管触发和整流环节：把直流信号变为触发脉冲的向位，如果电机的额定电压是220V,则不需要电压器，如果电机电压低于220V,则需要在晶闸二极管之前加入变压器。V-T(n)环节：控制电阻绕组，最右边的正负相当于电阻绕阻的电压，是固定不变测速发电机(速度反馈环节):把输出信号反馈到输入端。M的转速越快，测速发电机的输出电压越高，然后反馈回输入端。采用速度传感器进行检测，利用与转速成正比的电压值作为反馈量，所以称其为转速负反馈闭环调速系统。K——比较放大环节的放大倍数；K——移相触发电路的放大倍数；K——反馈电路的放大倍数(电位器RP2构成的分压比);an——T₆输出电压与电动机M的转速比。转速负反馈闭环调速系统的方块图U(2)给定信号的变化转速恒定调节过程：干扰影响(3)闭环调速系统的特征②反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能③反馈闭环控制系统对给定电源和被调量检测装，置中的扰动无能为力。因此，控(4)速度负反馈闭环调速系统的特点只要扰动(负载、网络电压、系统内部等)引起的转速变化能被测速发电机检测出(1)电压负反馈调速系统限，例如负载增大时，电机电枢绕组内阻Ra引起的压降仍然要增大，电机的转速还是要降适用于调速范围10:1以下，静态偏差15%以上的调速场合。四、四、电机控制技术3.电压负反馈电流正反馈调速系统(2)电流正反馈的应用电流正反馈补偿作用一般适用于调速范围10:1以下，静态偏差10%以上的调速场电流传感器hU月月AUu(1)问题的提出(2)电流截止负反馈控制控制的关键：确定门槛值；实际值(检测值)与门槛值的比较方法和电路设计。U为门槛值也就是比较电压，电流反馈信号低于Uj,反馈不起作用；电流反馈信号(1)送丝电机调速系统①找到电机和它的供电电源②再找到变压器T,送丝电机的变压为27V,最右边为全波可控整流电路③最左边的为稳定电源给定电路，7815为稳压电源四、电机控制技术(1)送丝电机调速系统⑤电压负反馈电路为U网络网络电机电T变压器6触发脉冲移相电路：单结管VU1、三极管V1、电容C1等。V2、V4、V5、V6、V7等组成C1充电控制电路。触发脉冲输出电路：V2和光电耦合器VLC1、VLC2以及R14、R15、R16等构成。驰张振荡器每1次振荡，都会在R上形成脉冲电压，经Rs、R分压后，使V₂导通，光耦VLC、VLC₂工作，分别经电阻Ro、R₂和二极管VDs、VD输出脉冲电压到晶闸管VT₁、VT₂的控制极，触发该时刻阳极电位较高的晶闸管，提供给送丝电动机所需电压。晶体管V1基极的a点电位Ua由给定信号Ug与电压负反馈信号Uf决定。晶闸管VT1、VT2,哪个承受正向电压，哪个导通?则电容上会有残余电压，第一次充电时间会比较长，第二次充同步电路：主要是由N组成的比较器组成。在整流脉动电压(正弦波)过零时，输出的电压较低，低于同相端的基准电压，比较对V3而言，为高电平有效，即每次过零点时，V3导通1次，把电容C1上的充电电压(2)带集成运放的直流电动机调速系统触发脉冲输出电路：主要是采用脉冲变压器T1。44整流电机号采用PWM控制技术进行电动机调速控制的系统称为PWM调速系统。PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通和关断，把直制电压脉冲的宽度或周期以达到变压目的；或者达到变压变频的目的。PWM控制技术既可以用于直流电机的调速也可以用于交流(1)直流电机调速中的PWM控制技术等脉宽PWM法：每个脉冲宽度相等；改变脉冲的周期可以调频；改变脉冲的宽度或占(2)简单的直流斩波器式脉宽调速系统交流电源经整流，电容滤波变为稳定的直流电源，输出电压为Ud。采用(绝缘栅双极晶体管)IGBT作为大功率开关器件，系统的负载为电动机电为0,IGBT截止，电枢失去电源，但是，由于电枢的电感和二极管V续流作用，电枢电流T2为脉冲休止时间。改变a的值可以采用以下方法：a的变化范围均为0≤α≤1。L+M驱动,(1)脉宽调制器基本原理①开关频率f应该足够高，以使减小电流脉动量和电动机的附加损耗；②开关频率应比传动系统的最高工作频率(通频带)高出10倍左右，使PWM变换器③开关频率越高时，开关损耗就越大，因此开关频率的上限要受开关管的开关损耗和(2)集成PWM控制器脉宽调制信号产生：模拟电路，数字电路，微机控制，专用集成PWM控制电路组成：基准电压UREF:可以供内部芯片的电 RP卫pC误差aADDBD输出1比较器1SG3525各点波形与PWM斩波调压波形：(3)脉宽调制电路的保护SG1525的脉宽调制电路的最大输出一般在40%左右。桥式逆变电路，用四个管子构成一个“桥”,让1、4导通，然后关掉1和4,让2、3导通，于是在变压器上就会产生电压得到高频交流信号。如果1、4关断不及时，2、3也导通了，会产生直通现象(短路),损坏1或3号管子，所以为了避免这种现象出现，一般最大输出限制在40%以下，两个管子导通之间有一个休止时间(死区)。RIRY(三)直流电动机脉宽调速系统三角放电路三角放电路MA电枢电路F合cvp.m名可NVa.UuR.写否2F可*动42)输出口I、Ⅱ并联使用，晶体管V的输出电压脉冲UI、UⅡ交替出现，其频率与3)输出脉冲UI、UⅡ的上升沿对应CP脉冲的下降沿，即对应锯齿波的谷点，而输出脉冲UI、UⅡ的下降沿对应电压U-与锯齿波电压U+上升边的交点，因此，即使的U-电宽度等于CP脉冲宽度的死区。这样，在输出端口I、Ⅱ并联使用情况下，占空比的值也不可能等于1。4)如因电网电压波动或负载变化引起电动机端电压变化，则电压负反馈信号必发生变化，通过SG1525的调节作用，可改变PWM斩波器输出电压脉冲的占空比，使电动机端电集成电路PWM控制直流调速系统方块图采用直流斩波器式PWM控制。网络电压经变压器降压，二极管VD5、VD6、VD7、VD8桥式整流后提供直流电源，大功率场效应晶体管VF作为电子开关器件斩波，其开关频率可PWM控制器产生的PWM信号，经光耦合器VLC驱动场效应晶体管VF。(1)交流电机的机械特性②S点为电机起动点：转速n=0(s=1),电磁转矩称起动转矩Tst。电磁转矩为临界转矩TK(最大转矩)。此时的转差率sK叫临界转差率。(2)电动机稳定运行状态(A点)T=Tv<T,电动机将减速。转速的下降又使电动机的电磁转矩T增大，当T=T时，转四、电机控制技术2.交流电动机的调速(1)交流电动机的机械特性公式n=60f/p(1-s)(2)交流电机的调速方式三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳，但其结构坚固、经久耐用且价格低廉还是在一调压调速(转差率)无级调速，调速范围窄电机最大出力能力下降，效率低(转差率)变频调速(电源频率)电机最大出力能力不变，效率高(3)交流电动机变频调速原理忽略电机定子阻抗压降，则电机定子电压U=Ei=4.44k;f;Niφ。1)基频以下调速控制(恒转矩调速)2)基频以上调速控制(恒功率调速)(1)变频器定义(3)变频调速的特点(与其它交流电机调速方式对比)(4)变频器分类1)供电电源2)控制算法通用：内置V/F(U/f)控制方式，简单，性能一般高性能：内置矢量控制方式，复杂，高性能3)变换方法(拓扑结构)交直交：电压型(储能环节为电解电容)、电流型(储能环节为电抗器)交交：无储能环节注：交直交电压型变频器因结构简单，功率因素高，目前广泛使用；常用设计功率在(5)变频器工作基本原理直接变频：是将电网交流电源一次变换成电压和频率可以调节(VVVF)的交流直接变频：交一交变频装置。间接变频：先将电网的交流电源通过整流器变成直流，然后再经过逆变器将直流变为可控频率的交流。间接变频又称有直流环节的变频或称交一直一交变频装置。交-直-交通用变频器系统框图：控制系统M整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波。逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦。1)交一直一交变频器2)逆变器工作原理健盘7控制板s适用于中大功率(5.5KW以上)适用于小功率(<5.5KW适用于小功率(<5.5KW)控制电路某洗衣机的接线端子示意图◎干同照子RTT(源型输人公共(源型输人公共oe多述度选样aOMms(输人公共)人电人一0vw-地往：端子PR,PX在04-786中%c精Aě小仪表胰则Tim)某洗衣机的外部接线使用说明表4.变频器的应用4.变频器的应用1)变频器的外接主电路电源线必须接R、S、T,绝对不能接U、V、W,否则会序],[使用单相电源时必须接R、S]。电机接到U、V、W,如上图所示连接时，加入正转开关(信号),电机旋转方向从轴看时为逆时针方向(箭头所示)。R$TUYW电源接2)变频器的给定电路变频器控制中，采用面板键盘输入、调节频率大小，称为PU操作模式；通过变频器信号输入端从外部得到频率的给定信号称为外部操作模式；启动信号率设定采用PU操作，称为混合操作模式。频率外部给定信号包括数字量给定方式和常见的模拟量给定方法有：电位器给定；直接电压(或电流)给定。止材键反精键楼Cm器实时性好，抗扰能力强；为防止网络故障，特设独立急停功能投入大，调试维护困难。3)变频器的外接控制电路SA的三个位置分别为“正转”、“停止”、"反转”,控制电动机的起动和停止。4)变频器的常用控制变频器按照预先设置的U/f关系进行工作，不能根据负载等变化来实时调编出电压编出电压②矢量控制：通过测量和控制异步电动机定子的电流矢量，根方法：将定子电流矢量分解为产生磁场的励磁电流分量和产生转在采用变频器驱动异步电动机运转之前可以自动地对异步电动机的矢量控制可以根据电动机在运行过程中的基本参数为依据，通算得到必要的控制参数对变频器的输出频率和电压进行实时调节，5)应用举例++M②挂车纵梁自动焊接专机梁的自动焊接；设有焊缝自动传感装置、焊剂自动回收装置，焊接速度由变频器控制，无③拉丝机卷绕控制系统变频器收在收巷部o张力架拉丝机系统留mH隐w要精是要器材料加工自动化材料加工自动化学习并掌握有关PLC的基本概念，编程方法；学会使用PLC实现常用焊接加工自动化(1)可编程控制器概论可编程序控制器是进行机电系统控制和操作的一种电PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工序的存储器，存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等数字式、模拟式的输入和输出，控制各种生产机械和生产过程。可(5)可编程控制器的特点与发展①可靠性高，抗干扰能力强(“看门狗”技术)间超过循环设定的时间，就认为系统已陷入死循环，然后强迫程序返回到已安排了出错②控制程序可变，具有很好的柔性。在硬件条件不改变的情况下，③编程简单，使用方便⑤扩展方便，组合灵活⑥减少了控制系统设计及施工的工作量⑦体积小、质量轻PLC的最大特点是：用软件提供了一个能要求迅速改变的“接线网络”,使整个控制过程能根据需要灵活地改变，从而省去了传统继电器控制系统中拆线(6)可编程控制器的基本类型小型PLC:I/0点数小于256点中型PLC:I/0点数在256~2048之间大型PLC:I/0点数在2048点以上(7)应用①顺序控制在工业控制中，可采用PLC步进指令编程或用位移寄存器编程来实现顺序控制。在焊②运动控制采用步进电动机或伺服电动机的控制模块，可以控制电动机的③过程控制具有闭环控制的功能。当被控制量出现偏差时，采用PID模块，通过控制算不仅能进行算术运算、数据传送、排序、查表等，而且⑤群控算机参与编程及对PLC进行控制管理、交换数据和相互操作等。写外设通讯与其它外部设备(如编程器、计算机等)实现通信。扫描从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按④典型值为1~100ms;一般为10~100ms。硬件、用卢程序内存的检查复位扫描周期监视定时器我行用户程序计算日描用期输出继电器输出接点输入接点→输入维电器与外设端口交换信息设报警信号设异常信号②集中输出用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。3.可编程控制器的硬件构成(1)可编程控制的系统配置①基本配置：CPU、储存器、电源、基本输入输出接口②模块以及底板或机架③特殊配置④冗余配置(2)PLC基本配置硬件构成cPROMRAM系线程序用产型序 盒式编程器——输入程序时以PLC的汇编语言(语句表)方式(有的也可以图形方阻性负载4A,感性负内内部电路光电耦合输入电压(+)(4)输出模块①继电器形式输出主要利用电磁隔离，外部电源无法进入到内部。②晶体管形式输出利用光电耦合，与继电器输出不同，继电器输出是有触点的、机械式的主要应用在控制上不经常变化的时候。晶体管是利用电，寿命相对于机械式的而言比机械长。③晶闸管形式输出与晶体管一样利用光电耦合。④模拟量输出活丙部电路光电合活丙部电路光电合将内部电路经过计算得出的数字量经过光耦送至D/A芯片中，经过数模的转化把数字量转化为模拟量，根据需要采取电压输出或电流输出。VVvvII(5)外部接线示意图：主要输入主要是开关和按钮包括一些传感器，也可以采用人机对话的触摸屏。输出包括电机、可编程的变频器、指示灯、电池、气阀等。①硬件电路接线①硬件电路接线Q五l机②硬件电路扩展--*(一)可编程序控制器(一)可编程序控制器(1)梯形图甲KMY0⑥输入继电器用于接收来自PLC外部的信号，由此信号决定其状态，而不能由其内部⑦输出继电器是PLC作为输出控制的，但它只是输出状态寄存表中的相应位，不能直接驱动现场执行部件，现场执行部件是由输出模块去驱动。当梯形图中(2)助记符语言助记符语言类似于计算机汇编语言的形式，它是用指令的助记符来LDX000(表示逻辑操作开始，常开触点与母线连接)ORY000(表示常开触点并联)ANIX001(表示常闭触点串联)OUTY000(表示输出)语句是程序中最小的独立单元，每个操作功能由一条或几条语句来第一个“口”:输入/输出的总点数。第三个"□":输出形式。例如，R:继电器输出；T:晶体管输出。电源电压(备注)AC100-240V晶体管输出AC100-240V继电器输出88继电器输出8晶体管输出FXON-16NT88FXON-3A1路模拟量输出MS000-M8254其57点——D0-D127,D128-D255共25中断用16bit:-32768~32768:32bit:-21H16bit:0-FFFFHIB2bit:0-FFFFFFFFH响应时间3.辅助(中间)继电器M例如：程序的跳转，某段程序的循环，程序的中断，数据的传送与件电指令常开触点与左母线HF—OHT、C、8.1电反指令常词触点与左母1111O1无1无1无1无1出核指令读出记忆并要位。用于读出并消除结果无1n?21.8HF81S2?1S?13四182?8.?3C-K(16位)38516.0HNP空接作无T结束指令程序结束无(1)输入、输出性指令(LD、LDI、OUT)部编程中使用的计数器、定时器、辅助继电器以及输出继电器的(2)逻辑“与”指令(AND、ANI)AND、ANI指令串联联触点时，是从该指令的当前步开始，对前面的LD、LDI指令AND、ANI指令均用于单个触点的串联，串联触点数目没有限制，指令可以重复使(3)逻辑“或”指令(OR、OR)用于单个常闭触点的并联，完成逻辑"或非"运算。0R、ORI指令并联触点时，是从不限，其适应范围与LD、LDI相同。由此可见，具有END指令时，不必扫描全部PLC内的程序内容，从而具有缩短X2、X1分别连接行走启动、停止开关(无锁开关：自动控制当中使用最多的是无锁开关，尤其是在启动、停止当中。);X3、X4分别连接到小车行走往返位置的限位开关(相当于位置传感器)上；01234567891.基本指令XO连通时，其常开触点连通，启动小车，则Y1控制的接触器通电动作，小车电机正XO关断时，其常闭触点连通，启动小车，则Y2控制的接触器通电动作，小车电机反0123789ANDX00201234上迷两条作满足其一567上述两条件满足其一8012345驱动输出线围Y001举例：多重输入电路123456上述两条件满足其一789驱动输出线圈Y001①SET:置位指令；驱动输出置位，输出线圈保持通电。②RST:复位指令。驱动输出复位，输出线圈保持断电。RST指令可用于输出继电器(Y),辅助继电器M和状态寄存器的复位操作，对数据寄存器D和变址寄存器V、Z进行清零。还可用于对定时器T和计数器C逻辑线圈的复位。当RST指令用于计数器复位时，计数器的接点断开，当前计数值回到设定值。当RST指令用于移位寄存器复位时，清除所有位的信息。这两种情况下，RST指令均为优先执行。①PLS:输出脉冲指令；上升沿微分输出(输入信号上升沿产生一个扫描周期的脉冲信号输出)。②PLF:输出脉冲指令；下降沿微分输出(输入信号下降沿产生一个扫描周期的脉冲举例：PLS、PLF指令用于对Y、M进行短时间的脉冲控制。使用PLS指令，Y、M仅在驱动输入接通后的一个扫描周期内动作；使用PLF指令，Y、M仅在驱动输入断开后的一个扫描周期内动作。01在X000的连通的上升沿，M0输出一短脉冲34在X001的连通的下降沿，M1输出一短脉冲67输出Y000置位(驱动输出)89输出Y000复位(停止驱动输出)Y000Y000Mo即使MO的常开触点连通一个扫描周期，由于此时的YO还未被驱动，其常闭触点连通，故驱动输出YO线圈在下一个扫描周期连通；在第二个扫描周期中，MO处于断开状态，其常开触点断开、常闭触点连通，此时的输出处于连通状态，其常开触点连通、常闭触点断开，因此，YO将继续保持连通状态，直到X1输入第二个脉冲；当X1的第二个脉冲到来时，由于PLS指令的作用，在X1输入脉冲的上升沿使MO又产生一个扫描周期的单脉冲，在此扫描周期内MO的常开触点连通、常闭触点断开，由于此扫描周期中YO仍然处于连通状态，故其常闭触点处于断开状态。因此，驱动YO线圈在下一个扫描周期断开；从下一个扫描周期开始，YO将保持断开状态，也就相当于控制的初始状态；当X1的第三个脉冲到来时，重复上述的过程，循环往复，YO输出的脉冲为X1输入脉冲的二分频。(8)主令控制指令(MC/MCR)MC:主令控制起始指令(公共串联触点连接);MCR:主令控制结束指令(公共串联触点断开)。N0M0No其目的操作数的选择范围为Y、M,常数n为嵌套数，选择范围为N0～N7。MC/MCR指令是一触点(称主令触点)控制多条支路的控制指令；必须成对使用。输入X000接通，公共串联接点MO接通，此时，由MC指令起MCR指令为止的程序段中的输出都可能接通。在上述条件下，输入X001接通时，驱动输出Y001。如果输入X000未接通，即公共串联接点MO未接通，则由MC指令起MCR指令为止的程序段中的输出都不可能接通，即此时即便输入X001接通时，也不能驱动输出Y001。用于储存结果，记忆到MPS指令为止的状态，并将其储存。(10)空操作指令(NOP)NOP:空操作(无操作)指令。执行这指令时，不完成任何操作，只是占用一步(1)通电延时型时间继电器值K100(10秒后)常开触点闭合、闭合触点断开。07 (3)计数器的应用 Co触点01计数器复位(计数器清零)34计数器C0计数，计数计到5时，C0输出7计数器C0输出(接通)89(1)跳转指令(2)循环指令FOR-NEXT之间的循环处理可重复执行几次(由源数据指定次数，例如K4,即为执行执行完循环后，程序就转到紧跟在NEXT后面的程序；循环次数可以设定为n=1~32767,若设定为-32767～0时，则视为n=1。在FOR-NEXT指令中，可嵌套5层其它的NEXTNEXTNEXTNEXTB(1)在每一逻辑行中，串联触点多的支路应放在上方。如果将串联触点多的支路放X002xoqL(2)在每个逻辑行中，并联触点多的电路应放在左方。如果将并联触点多的电路放(3)梯形图中，不允许一个触点上有双向"电流"通过。如果触点有双向“电流"(4)设计梯形图时，输入继电器的触点状态全部按相应的输入设备为常开进行设计更为合适，不易出错。因此，也建议尽可能用输入设备的常开触点与PLC输入端连接。如果某些信号只能用常闭输入，可先接输入设备全部为常开来输入继电器触点取反(即常开改成常闭，常闭改成常开)。(1)按钮启动停止程序(2)电机异地控制X002X002(3)延时启动与延时停止电机(4)长延时程序(定时器、计数器的扩展)①利用双定时器延时，采用两个定时器进行延时控制，其延时时间是两个定时器延时时间之和。②采用两个定时器进行延时控制，其延时时间是两个定时器延时时间之和。该延时时间为定时器和计数器设定值的乘积。采用该方法可以成倍增加延时时间。如果需要更长的延时时间，可以再增加定时器和计数器的数量。00Y0(5)单稳态电路X000导通一段时间输入上升沿会产生一个脉冲，关断时在产生一个脉冲。X0一通，T1开始计时两个100毫秒后，T1常闭触点打开X0、YO导通，导通200毫秒后断掉Y0也关断。常开触点恢复到原来状态。没况(6)引弧及熄弧控制的程序引弧三步骤：短路、空载、压弧。二氧化碳焊接送丝时，送丝速度越快、电流越大。引弧时可以采用慢送丝——正常送丝；熄弧时从正常送丝——慢送丝。YO和Y1对送丝电机的给定值进行切换就可以实现送丝速度的切换。(五)可编程控制器控制系统设计(3)分配I/0,绘制I/0连接图；(5)设计控制台(柜);件、必须的保护和联锁等),操作方式(手动、自动、连续、单周期、单步等);(3)选择PLC;(4)分配PLC的I/0点，设计I/0连接图(这一步也可以结合第2步进行);(5)进行PLC程序设计，同时可进行控制台(柜)的设计和现场施工。CCa香清是要求是工丝制白(但)就计潜提前和滞后送气(气保护弧焊机一般均有这一控制要求);Q(2)焊接程序控制的原则在引弧时焊枪中的电压处于空载状态，电压较高，电流为零。电弧一旦(1)环形焊缝的自动焊人工上料，气动装卡，自动焊接。a.动作顺序b.操作方式手动控制：可以进行手动控制装卡，实现焊机、转胎自动程序控制c.其它要求(1)环形焊缝的自动焊人工上料，气动装卡，自动焊接。传感器传感器系统中：启动按钮SB1,停止按钮SB2,气动夹具SB3,弧焊电源控制SB4,转胎电机气动夹具通过电磁阀进行控制，转胎电机通过接触器(或继电器)控制，弧焊电源可LSNNK紧延时秒X1(无锁开关，需要自锁Y0)启动后首先气动夹紧Y000,若将Y000改为MO,给MO带Y0效果和X1相同。程序编写时方法多样可以根据自己的习惯各有好处。使用YO这个写延时5秒。第三步，T1控制旋转Y1加入指示灯Y4开始计数X0、C1控制时间可以调整，控制停控制停止操作不能在写Y1这时就需要常闭触点将原来的通路断掉，在中间添加辅助继电器M2,焊接电源控制Y2。Y2电源断掉后下一步延时断Y1。T2增加一个T3延时3yonks0T21Y001c1M0T2TnaM语句表0123ORY000LDCl4ANIT356ANDC19LDT0ORY002ORM2ANIM2LDT1ORY001(3)变压器铁心焊接变压器的铁心都是由细纲片叠置而成，叠成铁心所需的形状厚度就需要固定。固定的方式比较通用的是：利用螺钉加紧、采用焊接。假设变压器铁心形状是圆柱形，采用4条焊缝进行固定，每条焊缝相隔90°。首先利用气动夹具夹紧工件；接通弧焊电源，焊枪右行焊接；焊枪行走碰到右边的行程开关时，焊枪停止行走，同时切断弧焊电源，焊接停止；延时5秒，变压器铁心旋转90°(利用编码器定位),接通弧焊电源，焊枪左行焊接；焊枪行走碰到左边的行程开关时，焊枪停止行走，同时切断弧焊电源，焊接停止；延时5秒，变压器铁心再旋转90°;只焊距行走气动共具NoA输出启动按钮SB1SB气动夹具电磁阀弧焊电源控制焊枪右行控制接触器焊枪左行控制接触器自动/手动控制选择开关SA1工件旋转控制接触器5.焊接自动化中PLC控制应用(3)变压器铁心焊接如果考虑到引弧不成功的情况，需要增加其他相应的装置。例如电动传感器、电压传感器。经过电路的控制后进行下一步操作。假设每次引弧都是成功、可靠的情况。Y001启动电源成功的同时，Y004相当于指示灯，M2自锁，延时一段时间Y02驱动行走，X03为左行、右行的开关。YO2连通后常开触点打开。延时停止焊接后T1闭合Y05开始旋转，C1开始计数。到90后相应的开始导通，M5清零时，TO给M5脉冲信号给C1清零。在每一次旋转90时，延时过程中同时为C1清零，同时给C2脉冲信号计数。C2闭合后，M4切断气阀停止。平M举vmPLsNs-2X002Y001NM4MMM早异MC指令步序指令3OKV903RST77ANDMERSTCoUT1043LDX000LDX0026ORM0预ANDY002ANIMITLDX0038OUTY004ANDV003OUTMOORBLDA0RIIITANIMI45ANTMBOCTTOK30ANTM4LDTDOLTMIANIMILD11PLSM55ANDX094LDMEANIMI33ANDM265OUTMII35TDX002(4)双工位环缝自动焊接工位2:人工上料及工件夹紧；工位转换。工位转换的位置控制采用了接近开关，(也可以采用编码器)工位1:焊接工位。工位自动转换后，延时1秒，焊枪自动伸出到位；延时2秒，启动TIG电源，再延时3秒，启动焊接转胎电机，工件旋转。(一)焊接机器人概论工业机器人是机器人的一个重要分支，它的特点是可通过编务，在构造和性能上兼有人和机器人各自的优点，尤其是体现了人工业机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具有力能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种工业机器人包括：焊接机器人、装配机器人、码垛机器人(1)按照发展阶段第二代机器人，即带感觉的机器人。这种带感觉的机器人具有类似(2)按照应用领域特种机器人，用于非制造业的各种机器人，服务机器人、水下(3)根据机器人的机构直角坐标系机器人(也称“机床型”)极坐标系(球坐标)机器人(4)按照受控运动方式划分(5)按驱动方式划分电驱动(电动机),应用最多；气压驱动(压缩空气);焊接自动化系统焊接自动化系统术(耳、鼻、口)时波控制酱(计算机)检测信息内传感器外传感出③示教系统：机器人与人的交互接口；示教过程中将控制机器人的全部动作，并将其(2)关节型工业机器人机械结构(1)自由度(degreeoffreedomD0F):(建成位姿)。一般的焊接机器人大多为4-6个自由度。已能满足多种焊接的要求。(2)其他术语(二)机器人焊接基础(二)机器人焊接基础3.焊接机器人控制的基本原理(1)告诉机器人要做什么；(2)机器人接受命令，并形成机器人工作的控制策略；(3)去完成规定的焊接；(4)保证正确完成焊接任务，焊接完成后应通报。离线编程伺服驱动传感器执行装置控制器机器人内部结构图人外传索控前族施性机重手督或内传慧期第一个过程(告诉机器人要做什么)采用示教或离线仿真编程方法，给机器人焊接命令，包括焊接轨迹和焊接姿态、焊接参数等。示教：利用示教盒将机器人移动到作业位置，然后用机器人语言记录这些位置的信息、运动形式、作业内容、焊枪姿态以及焊接参数等内容；一般需要多个示教点。第二个过程由机器人控制系统中的计算机部分完成通过信息提取及处理，制定控制策略、进行机器人行走轨迹的规划、焊接参数规划等。第三个过程是机器人控制器将控制策略转化为驱动信号驱动伺服电机，实现机器人高速度、高精度运动，以及焊接电源输出所需要的焊接电流、电压等去完成指定的焊接任务。最后一个过程则是机器人控制中的传感器承担的工作通过传确地完成焊接作业，同时将各种姿态反馈到控制器中，以便控制器实时4.机器人焊接编程焊接编程有：在线编程(示教型)、机器人编程、离线编程。操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态(1)在线编程(on-lineprogramming)(示教编程):编程操作人员利用机器人本身或其运动学实物模型通过在线示动轨迹的坐标位置及其手臂姿态参数，通过编程示教盒输入机器人程(a)直接示教法(b)遥控示教法手操盒上的按键主要有3类：(1)示教功能键如示教/再现、存入删除修改、检查、回零、直线插补、圆弧插补等，为示教编程用。(2)运动功能键如x向动、y向动、z向动、正/反向动、1~6关节转动等，为操纵机器人示教用。(3)参数设定键如各轴速度设定、焊接参数设定、摆动参数设定等。①PTP模式(点位控制型);点到点的控制，两点之间的路径不控制。②CP模式(连续轨迹运动方式);连续路径控制，两点之间的路径按照预先规划的路径行进。③圆弧差补(2)离线编程(off-lineprogramming)机器人离线编程是在一个虚拟的环境中对机器人进行编程。在计算机内建立机器人及其工作环境的模型，再利用一些规划算法，通过对图形的控制和操作在离线的情况下进行ROBCAD是Tecnomatix公司八十年代推出的的大型机器人设计、仿真和离线编程系统。该软件由六大模块组成：机械设计、建模模块(MechanicalModeling)、工作单元布械设计、建模模块主要完成机器人及环境的几何建模、运动机构如机器人、设备的运动学建模，并具有数据查询、文件管理等功能。1)国外主要离线编程系统国外主要离线编程系统款件西生产公司或研龙机两GEOMAPTokyo,JapanGRASPUniversityofNottingham.UKPLACEMcAutoManufacturing,USARobot-SIMCalmaCorp..USAROBOGRAPHIXComputerVisionCorp.USAAutoModandAutoGramAutoSimulationInc.,USAIGRIPDenebInc.USARCODESRI.USAROFACEScienceManagementCorp..USAXPROBEIBMResearchCenter,USAROBCADTecaomatixCorp.USAROBOCELLMcMasterUniversity,CanadaR.OSIKarisruheUniversity.GermanCimStationSILMAInc.USAWarkspaeRobotSimulationsInc.USASMARUniversitydePoitiers,FranceIGRIP,美国Deneb公司产品，卓越的图形功能，不仅可运行在SGI、HP等工作站2)一般离线编程系统主要包括面形仿真和试验4与机器人教人大道机善人的3)建模模块4)编程模块5)程序转换模块通过离线编程器编制的程序只能在离线编程系统内进行仿真，不能直接下载给机器人。而且各种机器人接受的机器人语言各不相同，因此需要将离线编程的程序文件转换为机器人离线编程系统的几何形状与所采用的焊接规范参数相关。焊接过程(质量)控制传感器干扰因素(1)焊缝位置自动跟踪传感器：主要用于检测构件位置、坡口位置或焊缝中心线位(1)焊缝位置自动跟踪传感器：主要用于检测构件位置、坡口位置或焊缝中心线位(2)焊接过程质量控制传感器：主要用于焊接过程中，检测焊接条件(例如坡口尺寸等)实时自动控制焊接工艺参数，控制熔深或熔透，保证焊接质量；(3)焊缝跟踪及质量控制传感器：可同时完成上述两项功能。2.机器人焊接焊缝跟踪传感器及控制技术(1)焊缝跟踪传感器及控制技术的研究已开展了多年，尽管各种跟踪技术应用的局限性，但在具体生产条件下，已有各种跟踪系统在实际中得到了应用，取得了很好的效(2)焊缝自动跟踪技术：传感器获得焊枪相对焊缝。高度和水平对中信息，然后传递到机器人控制器中，机器人经过计算，发出控制指令对焊枪位置进行调整。①直接式直接利用电弧本身特征为信号的传感介质。②间接式不利用电弧本身信号，而利用电弧以外的特征信号的传感器。工业机器人，面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人；特种机器人，用于非制造业的各种机器人，服务机器人、水下机器人、农业机器人、军用机器人等。光学式(包外线)(超声式)3.机械式跟踪传感器机械式跟踪传感器属于接触式传感器，以导杆或导轮在焊炬前方探测焊缝位置；机械式：靠焊缝形状对导杆(轮)的强制力来导向。机械电子式：焊炬与焊缝中心线发生偏离时，导杆经电子装置发出信号控制驱动装置调整焊炬位置实现实现自动跟踪。b)4.机器人焊接视觉传感器——条形光视觉传感器将光源发出的柱形光束转换成入射到工件上的条形光并使此条形光横跨到焊接对缝上，当对缝有一定间隙或其它形状变化时(V型坡口、角接接缝或搭接接缝),条形光将发生变形，并向工件上方漫反射。如果在工件上方一定位置上放置一个反射光的接受装置 (如二维PSD或CCD等)接收其信息，并经信号采集与处理，则可以得到不同焊缝对缝的变形条形光图象。将光源与焊枪安装到机器人上，使条形光的中点对应焊接电弧的位置，也对应焊接对缝中心位置。若焊接电弧与焊接对缝中心产生偏离，表示焊接对缝位置的变形条形光图形将偏离条形光中点，并根据图形可以得到电弧与焊接对缝中心线的偏离方向及偏离量大小等信息。利用这些信息，通过机器人控制器及执行机构实时