任务二 机械手-传送装置的PLC控制实现

项目七PLC控制工程实例任务二机械手-传送装置的PLC控制实现

图7-15步进电机传动和机械手装置如何用PLC控制实现？如图7-15为某机械手-传送装置由机械手和直线运动传动组件组成。直线运动传动组件由步进电机驱动，驱动抓取机械手装置由供料位置的物料台移动到指定的物料加工台，实现物料传送。物料台与物料加工台的距离为900mm。A任务内容机械手装置由气动控制，具体组成如下：

（1）气动手爪：用于从物料台上抓取/放下工件，由一个二位五通双电控阀控制，手爪有夹紧检测。（2）手臂伸缩气缸：用于驱动手臂伸出缩回，由一个二位五通双电控阀控制，伸出或缩回都有到位检测。（3）回转气缸：用于驱动手臂正反向900旋转，由一个二位五通双电控阀控制,有左旋和右旋转到位检测。（4）提升气缸：用于驱动整个机械手上升与下降，由一个二位五通单电控阀控制，上升和下降有到位检测。传动组件由直线导轨底板、步进电机及步进驱动器、同步轮、同步带、直线导轨、滑动溜板、拖链和原点接近开关、左、右极限开关组成。原点开关的中间位置设定为原点位置，并恰好与物料台的中心线重合。原点开关宽度为30mm。步进电机由步进电机驱动器驱动，通过同步轮和同步带带动滑动溜板沿直线导轨作往复直线运动。从而带动固定在滑动溜板上的抓取机械手装置作往复直线运动。同步轮齿距为5mm，共12个齿。A任务内容机械手-传送装置的输入信号来自于机械手装置、传动组件装置相应的操作按钮或开关。其中机械手装置的输入信号主要有检测气缸位置的传感器信号；传动组件装置的输入信号主要有原点检测和左右限位信号；操作按钮主要有启动、复位和急停按钮。机械手-传送装置的被控对象为机械手装置中所有气缸、步进电机和指示灯等。这些被控对象由PLC的输出信号驱动。PLC信号分析B任务分析机械手的复位操作为：气动手爪处于松开状态，伸缩气缸处于缩回状态，回转气缸处于右转到位状态，提升气缸处于上升到位状态。传送组件的复位操作为：使抓取机械手装置先回到原点位置，再从原点低速移动到物料台位置停下。当机械手-传送装置回到物料台位置，且装置中各个气缸满足初始位置的要求，则完成复位。复位过程中，复位指示灯闪烁；复位完成后，复位指示灯熄灭，开始指示灯闪烁。按下启动按钮，开始指示灯熄灭，正常运行指示灯常亮，同时装置按要求完成相应的动作。根据该装置的功能要求，其动作流程如下：（1）机械手-传送装置在通电后，按下复位按钮，执行复位操作。复位时，机械手装置以180mm/s的速度返回，并以30mm/s速度回归原点。（2）机械手-传送装置回归原点后，机械手装置再从原点低速移动到物料台，移动速度60mm/s。复位完成后，开始指示灯闪烁。动作流程分析B任务分析（3）按下启动按钮，机械手装置从物料台抓取工件，抓取的顺序：手臂伸出——机械手下降——手爪夹紧抓取工件——机械手上升——手臂缩回。（4）抓取工件完成后，机械手装置由物料台向加工台移动，移动速度不小于300mm/s。（5）机械手装置到达加工台后放下工件，放工件的顺序：机械手左旋——手臂伸出——机械手下降——手爪放松放下工件——机械手上升——手臂缩回——机械手右旋。（6）工件放下并机械手右旋后，机械手装置由加工台返回物料台，移动速度不小于300mm/s。（7）机械手装置返回到物料台后，等待传送下一个工件。若选择的是单循环运行，则需再按下启动按钮，才可以重复传送流程；若选择自动运行方式，则返回物料台后自动重复传送流程。（8）若在工作过程中按下急停按钮，则系统立即停止运行。若急停时机械手处于运行过程中，急停处理结束，需按复位按钮复位回原点。B任务分析步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的一种特殊执行电动机。每输入一个电脉冲信号，电机就转动一个角度，它的运动形式是步进式的，所以称为步进电动机。

知识点——步进电机及驱动器

图7-16为步进电机的控制原理图。步进电机与驱动器设置步进电机与驱动器设置以Kinco三相步进电动机3S57Q-04056及与之配套的Kinco3M458驱动器为例，说明步进电机与驱动器接线及相关参数的设置等。（1）步进电机、步进驱动器与PLC间的连接（1）控制器信号输入端：PLS为脉冲输入端，DIR为方向控制端，FREE脱机信号端。这些信号来自于控制器，如PLC。当其供电电源为24V直流电源时，通常串2KΩ限流电阻。（2）U、V、W为步进电机的连接端子。（3）DC24~40V为驱动器的工作电源。知识点——步进电机及驱动器（1）步进电机、步进驱动器与PLC间的连接图7-17步进电机、驱动器与PLC的接线图知识点——步进电机及驱动器（2）驱动器设置图7-18DIP开关及功能划分说明知识点——步进电机及驱动器（2）驱动器设置DIP1~DIP3用来设置细分DIP1DIP2DIP3细分ONONON400步/转ONONOFF500步/转ONOFFON600步/转ONOFFOFF1000步/转OFFONON2000步/转OFFONOFF4000步/转OFFOFFON5000步/转OFFOFFOFF10000步/转知识点——步进电机及驱动器（2）驱动器设置DIP4用来设置静态电流半流和全流。该静态电流的目的是能够锁住转子，即定位。DIP5~DIP8用来设置细分3S57Q-04056步进电机步距角为1.80，在无细分的情况下，每转一圈需要200个脉冲，通过驱动器设置，细分精度最高可以达到10000个脉冲一圈。知识点——步进电机及驱动器

1）原点回归指令ZRN（3）步进电机的PLC控制指令1）原操作数“S1.”：指定开始原点回归时的速度；2）源操作数“S2.”：指定爬行速度；3）源操作数“S3.”：指定近点信号输入（DOG）的软元件编号；2）源操作数“D.”：指定脉冲输出的输出元件编号。知识点——步进电机及驱动器

1）原点回归指令ZRN原点回归指令要求提供一个近原点的信号，原点回归动作须从近点信号的前端开始，以指定的原点回归速度开始移动；当近点信号由OFF变为ON时，减速至爬行速度，最后，当近点信号由ON变为OFF时，在停止脉冲输出的同时，使当前值寄存器（Y000：[D8341，D8340]，Y001：[D8351，D8350]）清零，原点回归示意图如图7-20所示。需要注意的是：1）回归动作须从近点信号的前端开始，当前值寄存器（Y000：[D8341，D8340]，Y001：[D8351，D8350]）数值将向减少的方向动作。2）若在指令执行过程中，指令驱动的接点变为OFF时，将减速停止。此时执行完成标志M8029不动作。且在“脉冲输出中”标志（Y000:[M8340],Y001:[M8350]）处于ON时，将不接受指令的再次驱动。仅当回归过程完成，执行完成标志M8029动作的同时，脉冲输出中标志才变为OFF。知识点——步进电机及驱动器图7-20原点回归示意图

1）原点回归指令ZRN知识点——步进电机及驱动器

1）相对位置控制指令DRV1（2）相对位置控制和绝对位置控制指令

2）绝对位置控制指令DRVA知识点——步进电机及驱动器（2）相对位置控制和绝对位置控制指令1）源操作数“S1.”它给出目标位置信息。对于两种运行方式，则有不同含义。对于相对位置控制指令：此操作数指定从当前位置到目标位置所需的脉冲数（带符号）；对于绝对位置控制指令：此操作数指定从目标位置对于原点的坐标值（带符号的脉冲数），执行指令时，输出的脉冲数为输出目标设定值与当前值之差。2）源操作数“S2.”，目标操作数“D1.”“D2.”它们对于两种运行方式，含义相同。“S2.”指定脉冲输出频率，对于16位指令操作数范围为10~32767（Hz），对于32位指令操作数范围为10~100（kHz）.“D1.”指定脉冲输出地址，指令仅用于Y000、Y001。“D2.”指定旋转方向信号输出地址。当输出的脉冲数为正时，此输出为ON，而当输出的脉冲数为负时，此输出为OFF。知识点——步进电机及驱动器根据以上分析，机械手-传送装置中PLC的输入信号有14个，输出信号有12个。考虑控制功能的拓展需要，给予一定的输入、输出点裕量；PLC输出控制对象为电磁阀线圈、控制步进电机的脉冲信号和方向信号及指示灯，它们的工作电压均为DC24V；控制步进电机需要高速脉冲信号，因此选用通断频率高的晶体管输出型的PLC即可。综合考虑，该装置选用输入点数、输出点数均为16，工作电压AC220V，DC24V输入、晶体管输出，型号为FX3U−32MT/ES的PLC可以满足系统要求。PLC选择本装置选用Kinco三相步进电动机3S57Q-04056及与之配套的Kinco3M458驱动器。驱动器细分设置为5000步/转，电动机驱动电流设为5.2A，静态锁定方式为静态半流。C任务实施输

入

信

号输

出

信

号序号信号名称输入点编号序号信号名称输出点编号1机械手原点检测SQ1X01步进电机脉冲Y02左限位保护检测SQ2X123右限位保护检测SQ3X234机械手夹紧检测SQ4X345机械手缩回到位SQ5X45步进电机方向Y46机械手伸出到位SQ6X56机械手伸出电磁阀Y57摆缸左旋到位SQ7X67机械手缩回电磁阀Y68摆缸右旋到位SQ8X78机械手左旋电磁阀Y79升降缸上升到位SQ9X109机械手右旋电磁阀Y1010升降缸下降到位SQ10X1110机械手下降电磁阀Y1111X1211手爪松开电磁阀Y1212复位按钮SB1X1312手爪夹紧电磁阀Y1313启动按钮SB2X1413开始指示灯Y1414急停按钮SA1X1514运行指示灯Y1515单循环/自动运行SA2X1615复位指示灯Y16C任务实施PLC的输入输出接线图

图7-23机械手-传送装置PLC控制端口接线图C任务实施PLC控制程序设计该装置传送工件的过程为顺序控制过程，可采用移位指令或步进指令等方法编程，本设计选用步进指令编程。该装置控制过程的关键点是步进电机的定位控制，本程序采用FX3U绝对位置控制指令来定位。因此需要知道原点到物料台、物料台到加工台的绝对位置脉冲数和对应各运行速度时的输出脉冲频率。由于本装置的同步轮齿距为5mm，共12个齿，旋转一周该装置移动60mm，即每步的位移为0.012mm