项目四任务4.3 搬运机械手的应用设计

电气控制与驱动目录项目1电气控制电路的识图、安装与调试

任务1.1认知低压电器

任务1.2识读电气控制系统图

任务1.3分析电气控制原理图

任务1.4典型机床控制电路的连接与调试项目2PLC控制系统的构建、编程与调试

任务2.1认知PLC

任务2.2认知三菱PLC

任务2.3PLC控制系统的应用设计项目3变频驱动（调速）系统的构建与调试

任务3.1认知变频器

任务3.2应用变频器基本运行功能控制传送带

任务3.3应用变频器的基本参数控制传送带

任务3.4应用变频器多段速度控制传送带电气控制与驱动目录项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.1利用步进驱动系统实现机械手的直线移动控制

任务4.2利用步进驱动系统实现机械手的定位控制

任务4.3搬运机械手的应用设计项目5伺服驱动系统的构建与调试

任务5.1认识交流伺服系统

任务5.2利用伺服系统速度控制模式控制圆形转盘工作台

任务5.3利用伺服系统转矩控制模式控制圆形转盘工作台

任务5.4

利用伺服系统位置控制模式控制圆形转盘工作台项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计【任务导入】

设计一台搬运机械手，通过PLC的特殊功能模块FX2N-1PG、步进驱动器、步进电动机和气动系统实现运动控制，特别是定位控制，它具有抓取和放松、上升和下降、左移和右移以及180º回转功能，其搬控制流程图如图4-16所示。开始此状态下，设置1PG初始状态参数，并控制步进电动机做回原点运动；步进电动机采用绝对定位控制模式，具有左右极限保护各一个，接近点（DOG）一个，原点参考点一个成品到位机械手取料流程机械手放料流程1PG初始化入库站定位回原点复位Y物料传送带中检测到成品运送到位时，成品检测传感器动作此状态下，机械手通过气缸、传感器相互配合，经过上升、左旋、下降、手指夹紧、上升、右旋动作完成取料根据成品的先后顺序，由1PG产生相应的控制脉冲提供给步进驱动器，驱动步进电动机带动机械手由原点定位到相应的仓库此状态下，机械手通过气缸、传感器相互配合，经过下升、手指松开、上升动作完成放料完成入库后，步进电动机带动机械手进行回原点和复位操作，为下一回搬运流程作准备项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计【任务目标】1.根据控制要求完成系统接线。2.正确设置步进驱动器的细分数和保护电流。3.利用定位模块（FX2N-1PG）发出位置脉冲实现定位控制，使用FROM、TO指令编写控制程序。【相关知识】4.3.1定位脉冲输出模块FX2N-1PGFX2N-1PG定位输出模块，简称PGU，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），通过连接伺服电动机或步进电动机能实现1轴的简单定位控制。项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计1.FX2N-1PG端子与指示灯状态指示灯与端子功能说明见表4-2、表4-3及图4-17。表4-2FX2N-1PG状态指示灯说明指示灯说

明POWER电源ON状态指示；指示灯5V电源由PLC提供STOPSTOP端子输入信号为ON时，指示灯亮DOGDOG端子输入信号为ON时，指示灯亮PG0零相信号为ON时，指示灯亮FP正转脉冲输出时闪烁输出模式由参数#3定义RP正转脉冲输出时闪烁CLRCLR信号输出时，指示灯亮

ERR当1PG发生错误时，指示闪烁

项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计表4-3FX2N-1PG端子功能说明端子z说

明SG信号接地点与电源0V连接STOP减速停止输入点外部停止指令操作输入点DOG不同模式时，具有下列功能：·机械原点复位模式时为近点信号输入端·中断插入1速度位置定位模式时为中断插入信号输入端·外部信号定位模式时为减速开始输入点S/SSTOP及DOG输入端电源，24VDC输入端连接传感器电源，由PLC或外部电源提供PG0+零相信号之间输入端，连接驱动器或外部电源（5~24VDC，35mA）PG0-由驱动器输出之零相信号输入端VIN脉冲输出的电源输入端，连接驱动器或外部电源供应器（5~24VDC，35mA）FP正转脉冲输出端（100kHz，5~24VDC，20mA）COMO正反转脉冲共节点RP反转脉冲输出端（100kHz，5~24VDC，20mA）COM1CLR输出端共节点CLR计数器清零输出端，脉冲输出宽度20ms；当原点复位完成或触动极限开关时，输出5~24VDC，20mA项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计图4-17FX2N–1PG端子与状态指示灯示意图项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计2.缓冲寄存器（BFM）编号及内容

为了方便实现PLC对模块的控制，在三菱PLC的特殊功能模块中专门设置了用于PLC与模块进行信息交换的缓冲区（简称BFM）。BFM包括模块控制位号、模块参数等控制条件、工作状态信息、运算、处理结果、出错状态等内容。表4-4FX2N-1PG缓冲寄存器（BFM）的编号及内容BFM编号说

明高位低位b15b14b13b12b11b10b9b8b7b6b5b4b3b2b1b0-#0电动机转一圈所需脉冲数（脉冲速率）A1~32767PLS/REV初始值：2000PLS/REV#2#1电动机转一圈的移动距离（进给速率）B1~999999初始值：1000-#3STOP输入模式STOP输入极性开始计数点DOG输入极性-原位返回方向旋转方向脉冲输出格式--定位数据倍数100～103--系统单位#5#4最大速度Vmax10~100000Hz初始值：100000Hz-#6启动速度Vvia1~1000Hz

初始值：0Hz#8#7JOG速率VJOG10~100000Hz

初始值：10000Hz项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计表4-4FX2N-1PG缓冲寄存器（BFM）的编号及内容（续）#10#9原点返回速率

VRT10~100000Hz

初始值：5000Hz-#11原点返回爬行速率

VCR10~100000Hz

初始值：1000Hz-#12用于原点返回的0点信号数目

N0~32767PLS

初始值：10PLS#14#13原点位置

HP0~±999999

初始值：0-#15加速/减速时间

Ta50~5000ms

初始值：100ms-#16保留#18#17设置位置1P10~±999999

初始值：0#20#19操作速率2V110~100000Hz

初始值：10Hz#22#21设置位置2P20~±999999

初始值：0#24#23操作速率2V210~100000Hz

初始值：10Hz项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计表4-4FX2N-1PG缓冲寄存器（BFM）的编号及内容（续）-#25---变速操作启动外部命令定位启动双速定位气动中断单速定位启动单速定位气动相对/绝对位置原点返回启动JOG-操作JOG+操作反向脉冲停止正向脉冲停止停止错误复位#27#26当前位置CP

自动写入-2147483648~2147483648-#28-------定位结束标志错误标志当前位置溢出PG0输入ONDOG输入ONSTOP输入ON原位返回结束正/反旋转状态准备好-#29错误代码

当错误发生时，错误代码被自动写入-#30样式代码

“5110”被自动写入-#31保留FX2N-1PG模块作为PLC特殊功能模块，其数据参数设置及操作指令必须通过BFM来设置，1PG模块内有#0~#31共32个数据寄存器，由它们组成缓冲器，每一寄存器的数据长度为16位，部分参数的数据长度为32位，可使用两个相连编号的数据寄存器。项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计3.FROM和TO指令说明

要想将数据写入缓冲寄存器（BFM），必须先了解PLC与1PG间的体系结构关系。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置为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。图4-18为PLC、1PG、步进驱动器、步进电机的体系结构关系。TO指令写入PLC

FX2N-

1PGFROM指令读出步进驱动器步进电动机图4-18PLC、1PG、步进驱动器、步进电动机的体系结构关系项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计

（1）FROM指令

图4-19为FROM指令格式。图4-19FROM指令格式项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计（2）TO指令图4-20为TO指令格式图4-20TO指令格式m1：特殊模块号码（从接近FX2N主机开始算，K0~K7编号）；m2：BFM编号（m2=K0~K31）；S：要发送至BFMD的数据地址，可指定T、C、D、KnX、KnM、KnY、KnS、V、Z；n：写入组数（n=K1~K32，如果是32位指令，则n=K1~K6）。

指令含义：将D0~D15写到特殊模块No.0BFM#0~#15。项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计4.3.2定位模块1PG与步进驱动器的接线示范定位模块1PG与步进驱动器的接线示意图如图4-21所示。定位模块1PG与步进驱动器的实训接线图如图4-22所示。图4-21定位模块1PG与步进驱动器的接线示意图图4-22定位模块1PG与步进驱动器的实训接线图项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.搬运机械手的应用设计

4.3.3搬运机械手运行程序设计举例应用举例：利用1PG特殊功能模块、步进驱动器、步进电动机驱动搬运机械手完成回原点及到达一个位置的定位控制。1.步进驱动器的参数设置1）电流参数：1A。2）细分数设置：拨码101，细分数为10，电动机的步距角0.18º，机械手步距角0.00775º，机械手每转1º需129个脉冲。2.搬运机械手运行程序设计1）1PG初始设置1PG初始设置程序如图4-23所示。2）运行状态读出

运行状态读出程序如图4-24所