工業(yè)機(jī)器人電控

1、工業(yè)機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述,機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)概述,?,機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),?,工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成方案比較,?,機(jī)器人的關(guān)鍵部件簡(jiǎn)介,?,常用可編程控制器,PLC,機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),從基本機(jī)構(gòu)上看，一個(gè)典型的機(jī)器人電氣控制系統(tǒng),主要由上位計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、執(zhí),行機(jī)構(gòu)和反饋裝置構(gòu)成。,工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成方案比較,?,基于,PLC,的運(yùn)動(dòng)控制,?,基于,PC+,運(yùn)動(dòng)控制卡的運(yùn)動(dòng)控制,?,純,PC,機(jī)控制,基于,PLC,的運(yùn)動(dòng)控制,PLC,進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制有兩種：,1,、利用,PLC,的某些輸出端口使用脈沖輸出指令來(lái)產(chǎn)生脈沖,驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)使用通用,I/O,或者計(jì)

2、數(shù)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī),的閉環(huán)位置控制,;,2,、使用,PLC,外部擴(kuò)展的位置模塊來(lái)進(jìn)行電機(jī)的閉環(huán)位置控,制,從而可以大大提高運(yùn)動(dòng)控制的速度和精度。,基于,PC+,運(yùn)動(dòng)控制卡的機(jī)器人控制,單純的,PC,控制,完全采用,PC,機(jī)的全軟件形式的機(jī)器人系統(tǒng)。在高,性能工業(yè),PC,和嵌入式,PC,（配備專為工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)的主,板）的硬件平臺(tái)上，可通過(guò)軟件程序?qū)崿F(xiàn),PLC,和運(yùn)動(dòng)控,制等功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人需要的邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制。當(dāng),然，,PC,機(jī)同時(shí)具有高性能的任務(wù)管理功能和人機(jī)交互功,能。在通過(guò)高速的工業(yè)總線進(jìn)行,PC,與驅(qū)動(dòng)器的實(shí)時(shí)通訊,，顯著的提高機(jī)器人的生產(chǎn)效率和靈活性。不過(guò)，在提,供靈活的應(yīng)用平臺(tái)的

3、同時(shí)，也大大提高了開發(fā)難度和延,長(zhǎng)了開發(fā)周期。由于其結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性，這種結(jié)構(gòu)代表了,未來(lái)機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。,機(jī)器人的關(guān)鍵部件簡(jiǎn)介,?,編碼器,?,驅(qū)動(dòng)器,?,傳感器,編碼器,閉環(huán)控制是提高機(jī)器人控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度的重要手段，,而位置檢測(cè)傳感器則是構(gòu)成閉環(huán)控制必不可少的重要元件。,位置檢測(cè)傳感器對(duì)控制對(duì)象的,實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè),，,并將位,置信息傳送給運(yùn)動(dòng)控制器，由運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)控制對(duì)象的,實(shí)際值調(diào)整輸出信號(hào)。,常用的位置傳感器有電位器、編碼,器、光柵尺、差動(dòng)變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器等。,以輸出信號(hào)來(lái)分，有增量型編碼器和絕對(duì)型編碼器。,工業(yè)機(jī)器人電機(jī)都是應(yīng)用的絕對(duì)編碼器。,交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,交流伺

4、服的組成：,永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)；,全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器。,伺服驅(qū)動(dòng)器有兩個(gè)部分組成：,驅(qū)動(dòng)器硬件和控制算法；,控制算法是決定交流伺服系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵技,術(shù)。,伺服驅(qū)動(dòng)器的接線,：,?,1.,主回路接線,1,）驅(qū)動(dòng)器,R,、,S,、,T,電源線的連接；,2,）驅(qū)動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)電源線之間的接線；,?,2.,控制電源類接線,1,）,R,、,T,控制電源接線；,2,）,I/O,接口控制電源接線；,?,3.,信號(hào)指令線,1),指令接口,2)I/O,接口,3),反饋檢測(cè)類接線,?,4.,通訊接線,傳感器,在機(jī)器人控制系統(tǒng)中有各種不同的物理量,(,如位移、壓,力、速度等,),需要測(cè)量與控制，如果

5、沒(méi)有傳感器對(duì)原始的各,種參數(shù)進(jìn)行精確而可靠的檢測(cè)，那么對(duì)機(jī)器人的各種控制是,無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因此能把各種不同的非電量轉(zhuǎn)換成電量的傳感,器便成為機(jī)器人控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。,傳感器：,傳感器是一種以一定的精確度將被測(cè)量,(,如位,移、力、加速度等,),轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、易于精,確處理和測(cè)量的某種物理量,(,如電量,),的測(cè)量部件或裝置。,稱重傳感器：電阻應(yīng)變式稱重傳感器，用于檢測(cè)工件重量。,機(jī)械開關(guān)：普通接近開關(guān)，用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部分是否到位。,光電開關(guān)：包括對(duì)射式、反射板式、漫反射式紅外線光電開關(guān)，,用于檢測(cè)工件位置。,磁性開關(guān)：用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部分是否到位。,材質(zhì)傳感器：用于檢測(cè)工件材

6、質(zhì)。,位移傳感器：滑動(dòng)電阻式位移傳感器，用于檢測(cè)孔深。,顏色傳感器：包括顏色傳感器和色標(biāo)傳感器，用于檢測(cè)工件顏色。,色標(biāo)傳感器形狀傳感器,光纖傳感器：光在調(diào)制區(qū)內(nèi),外界信號(hào)與光的相互作用,可能引起,光的強(qiáng)度,波長(zhǎng),頻率,相位,偏振態(tài)等光學(xué)性質(zhì)的變,化,從而形成不同的調(diào)制,-,抗干擾能力,傳感器的分類,?,觸覺(jué)傳感器,?,紅外傳感器,?,力傳感器,?,超聲傳感器,?,激光傳感器,?,電子羅盤,傾角,?,GPS,?,條碼掃描器,?,電子標(biāo)簽,歐姆龍,CP1H:,擁有,4,路高速脈沖輸出和,4,軸高速計(jì)數(shù)功能，運(yùn)算速度快，,自帶模擬量輸入輸出接口，非常適合碼垛機(jī)和桌面柔性加,工系統(tǒng)，本體價(jià)格低廉，但

7、部分?jǐn)U展模塊（如,Profibus,總,線模塊和以太網(wǎng)模塊）價(jià)格較高。,三菱,FX3U:,擁有,3,路高速脈沖輸出，運(yùn)算速度快，適合桌面柔性加工系統(tǒng),和自動(dòng)化輸送線單元，本體價(jià)格較高。模擬量需要擴(kuò)展。,西門子,S200,系列：擁有,2,路低速脈沖輸出，適合自動(dòng)化輸送線單元，本,體價(jià)格低廉，但部分?jǐn)U展模塊價(jià)格較高。模擬量需要擴(kuò)展。,西門子,S200XP,系列：擁有,2,路高速脈沖輸出，自帶模擬量輸入輸出接口，,適合碼垛機(jī)和桌面柔性加工系統(tǒng)（需增加定位模塊），本體,價(jià)格低廉，但部分?jǐn)U展模塊價(jià)格較高。,常用可編程控制器,PLC,電氣元器件,直流繼電器：進(jìn)行弱,電的開關(guān)控制；,開關(guān)電源：提供控,制系統(tǒng)

8、所需的直流,電源,按鈕、指示燈、,急停按鈕：負(fù)責(zé),系統(tǒng)運(yùn)行的控制、,狀態(tài)指示及緊急,停止。,斷路器：系統(tǒng)的總電源,開關(guān)，同時(shí)為系統(tǒng)提供,過(guò)流、短路及漏電保護(hù)；,噪聲濾波器：過(guò),濾供電系統(tǒng)中的,電噪聲,交流繼電接觸器：,進(jìn)行強(qiáng)電的開關(guān)控,制,西門子,PLC(CPU224),控制電機(jī)正反轉(zhuǎn),一、,設(shè)計(jì)思路,1,、用,PLC,控制一維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行及手動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行；,2,、一維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的行程兩端各有一行程開關(guān)，分別定義為正向限位和負(fù)向,限位；,3,、在電機(jī)自動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行前，需對(duì)電機(jī)進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位的過(guò)程是：?jiǎn)?dòng)電,機(jī)往負(fù)向運(yùn)行，運(yùn)行至負(fù)向限位后，往正向運(yùn)行一段距離，將該位置作為,電機(jī)

9、自動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的初始位置；,4,、復(fù)位完成后，按下正轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)往正向運(yùn)行一段距離（,該距離通過(guò)運(yùn),動(dòng)包絡(luò)參數(shù)設(shè)定,），到位后停止。按下反轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)往負(fù)向運(yùn)行一段距,離，到位后停止；,5,、如正反轉(zhuǎn)運(yùn)行過(guò)程中，觸動(dòng)行程開關(guān)，電機(jī)停止運(yùn)行。此時(shí)可通過(guò)手動(dòng),正反轉(zhuǎn)按鈕控制電機(jī)運(yùn)行離開限位開關(guān)，或按下復(fù)位按鈕對(duì)平臺(tái)重新復(fù)位；,6,、觸動(dòng)行程開關(guān)后，需重新復(fù)位才能進(jìn)行自動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行控制；,7,、在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，任何時(shí)刻均可通過(guò)“停止按鈕”和“急停按鈕”控,制其停止運(yùn)行；,8,、停止運(yùn)行后，需重新復(fù)位才能進(jìn)行自動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行控制；,9,、“復(fù)位指示燈”、“運(yùn)行指示燈”和“停止指示燈”用來(lái)指示一維平臺(tái),

10、的運(yùn)行狀態(tài)。,二、機(jī)械本體,三、硬件電路,S7-200 CPU,提供兩個(gè)高速脈沖輸出點(diǎn)（,Q0.0,和,Q0.1,）,可以,分別工作在,PTO(,脈沖串輸出）和,PWM,（脈寬調(diào)制）狀態(tài)下。使用,PTO,或,PWM,可以實(shí)現(xiàn)速度、位置的開環(huán)運(yùn)動(dòng)控制。,PTO,功能可以輸出一串脈沖，用戶可以控制脈沖的周期（頻率）,和個(gè)數(shù)。,PWM,功能可以連續(xù)輸出一串占空比可調(diào)的脈沖，用戶可以控,制脈沖的周期和脈寬（占空比）。,高速脈沖輸出點(diǎn)和普通數(shù)字量輸出點(diǎn)共用輸出映像,Q0.0,和,Q0.1,。當(dāng)在,Q0.0,和,Q0.1,上激活,PTO,或,PWM,功能時(shí)，,PTO/PWM,發(fā),生器對(duì)輸出擁有控制權(quán)，輸出

11、波形不受其他影響。,只有晶體管輸出類型的,CPU,能夠支持高速脈沖輸出功能。,包絡(luò)（,Profile,）是一個(gè)預(yù)先定義的以位置為橫坐標(biāo)，,以速度為縱坐標(biāo)的曲線，包絡(luò)是運(yùn)動(dòng)的圖形描述。,一個(gè)包絡(luò)由多段組成，每一段包含一個(gè)達(dá)到目標(biāo)速度的,加減速過(guò)程，和以目標(biāo)速度勻速運(yùn)行的一串指定數(shù)量的脈沖,。如果是單段運(yùn)動(dòng)控制或者是多段運(yùn)動(dòng)控制的最后一段，還,應(yīng)該包括一個(gè)由目標(biāo)速度到停止的減速過(guò)程。,PTO,主要通過(guò)包絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)位置控制。位置控制想到通過(guò),參數(shù)設(shè)置來(lái)創(chuàng)建包絡(luò)，并用圖形方式顯示包絡(luò)曲線，自動(dòng)生,成位置控制用的子程序。,四、運(yùn)動(dòng)包絡(luò),在開始編寫程序前，首先設(shè)定運(yùn)動(dòng)包絡(luò)，,步驟如下：,（,1,）雙擊左圖所

12、示“向?qū)?PTO/PWM”,，出,現(xiàn)“脈沖輸出向?qū)А贝翱凇?五、運(yùn)動(dòng)包絡(luò)設(shè)定步驟,（,2,）選擇,Q0.0,，單擊“下一步”。,（,3,）選擇“線性脈沖串輸出（,PTO,）”，單擊“下一步”。,（,4,）設(shè)置項(xiàng)目中應(yīng)用的電機(jī)最高速度、最低速度和電機(jī)啟動(dòng),/,停止速度。,（,5,）單擊“下一步”，設(shè)置加減速時(shí)間。,（,6,）單擊“下一步”。,（,7,）點(diǎn)擊“新包絡(luò)”，選擇“是”。,（,8,）圖,27,灰色部分激活，在其中選擇“相對(duì)位置”，設(shè)置好參數(shù)，,其中步,0,的目標(biāo)位置不要設(shè)置太小，需大于加減速脈沖數(shù)之和。,（,9,）單擊“確認(rèn)”。,（,10,）將參數(shù)”,VB0”,更改為“,VB1000”,

13、，需注意，不要在程序中再重復(fù),定義“,VB1000,VB1069,”,；單擊“下一步”。,（,11,）單擊“完成”，在彈出的對(duì)話框中選擇“是”。,（,12,）運(yùn)動(dòng)包絡(luò)設(shè)置完成。在調(diào)用子程序中出現(xiàn),Q0.0,對(duì)應(yīng)的位控子程序。,六、,PLC,程序,VD1033,：運(yùn)動(dòng)包絡(luò)加速脈沖數(shù)；,VD1053,：運(yùn)動(dòng)包絡(luò)減速脈沖數(shù)；,VD1080,：運(yùn)動(dòng)包絡(luò)加減速脈沖；,VD1080=VD1033+VD1053+1,。,1,、上電初始化,Q0.2,：驅(qū)動(dòng)器方向信號(hào),Q0.4,：復(fù)位指示燈熄滅,Q0.6,：停止指示燈點(diǎn)亮,SM0.1,：首次掃描周期時(shí)該位打開，用途是調(diào)用初始化子程序。,2,、電機(jī)控制子程序和初

14、始化,EN,：使能端，用,SM0.0,連接，保持常通；,I_STOP,：有效時(shí)電機(jī)立即停止；,D_STOP,：有效時(shí)電機(jī)減速停止；,Done,：完成標(biāo)志。為“,1”,時(shí)表明上一指令執(zhí)行完成；,Error,：顯示錯(cuò)誤代碼，“,0”,表示無(wú)錯(cuò)誤；,C_Pos,：,HSC,計(jì)數(shù)器功能開啟時(shí)，表示運(yùn)行脈沖數(shù)，否則為,0,。,PTO0_CTRL,在程序中只使用一,次，并且在每次掃描時(shí)得到執(zhí)行,所,以使用,SM0.0,作為,EN,的輸入。,3,、復(fù)位,VD1100,：復(fù)位返回脈沖數(shù)，在數(shù)據(jù)塊的“用戶定義,1”,進(jìn)行設(shè)置。,根據(jù)電機(jī)的減速比和驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分以及電機(jī)行程設(shè)置。,VD1043,：運(yùn)行包絡(luò)恒速段脈沖

15、數(shù)；,VD1100,VD1080= VD1043,。,VD60.1,：運(yùn)動(dòng)包絡(luò)運(yùn)行完成標(biāo)志，,PTO0_CTRL,中的“,Done”,參數(shù)；,v100.1,：正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)；,v101.3,：正轉(zhuǎn)結(jié)束；,4,、正轉(zhuǎn),I0.1,：正轉(zhuǎn)按鈕；,V100.1,：正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)；,V101.2,：復(fù)位完成標(biāo)志。正反轉(zhuǎn)自動(dòng)運(yùn)行前必須復(fù)位完成；,Q0.2,：電機(jī)方向；,VD1104,：正反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，同,VD1100,參數(shù)一樣，,在“數(shù)據(jù)塊”的“用戶定義,1”,中設(shè)置,VD1104,VD1080= VD1043,。,5,、反轉(zhuǎn),VD60.1,：運(yùn)動(dòng)包絡(luò)運(yùn)行完成標(biāo)志，,PTO0_CTRL,中的“,Done”,參數(shù)

16、；,v100.2,：反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)；,v101.4,：反轉(zhuǎn)結(jié)束；,I0.2,：反轉(zhuǎn)按鈕；,V100.2,：反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)；,V101.2,：復(fù)位完成標(biāo)志。正反轉(zhuǎn)自動(dòng)運(yùn)行前必須復(fù)位完成,；,Q0.2,：電機(jī)方向；,VD1104,：正反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，同,VD1100,參數(shù)一樣，,在“數(shù)據(jù)塊”的“用戶定義,1”,中設(shè)置。,VD1104,VD1080= VD1043,。,6,、手動(dòng)正轉(zhuǎn),手動(dòng)正轉(zhuǎn)是對(duì)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制，需要一直按住按鈕，電機(jī)才能運(yùn)行。,運(yùn)行至正限位后，即使按住按鈕也不能運(yùn)行，只能反向運(yùn)行。,7,、手動(dòng)反轉(zhuǎn),手動(dòng)反轉(zhuǎn)是對(duì)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制，需要一直按住按鈕，電機(jī)才能運(yùn)行。,運(yùn)行至負(fù)限位后，即使按住按鈕也

17、不能運(yùn)行，只能正向運(yùn)行。,8,、緊急停止,緊急停止：運(yùn)行至正負(fù)限位時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)策略。,任何情況下，按下緊急停止按鈕，使系統(tǒng)緊急停止。,9,、輸出,(1),、包絡(luò)運(yùn)行,EN,：使能端，用,SM0.0,鏈接表示保持常通；,START,：參數(shù)開啟時(shí)，執(zhí)行運(yùn)動(dòng)包絡(luò)，為確保命令只發(fā)送一次，使用上升沿信號(hào)；,Profile,：設(shè)定的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)編號(hào)；,Abort,：位控模塊停止參數(shù)。開啟后停止運(yùn)行當(dāng)前包絡(luò)并減速停止；,Done,：完成標(biāo)志。模塊完成該子程序時(shí)，此參數(shù)為“,1”,；,Error,：錯(cuò)誤代碼，為“,0”,表示無(wú)錯(cuò)誤；,C_Profile,：包含位控模塊當(dāng)前執(zhí)行的輪廓；,C_Step,：目前正在執(zhí)行的輪廓步驟；,C_Pos,：如果,PTO,向?qū)У?HSC,計(jì)數(shù)器功能已啟用，,