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1、? ?焊接自動化技術(shù)及應(yīng)用焊接自動化技術(shù)及應(yīng)用? ?課件課件2 2第二章控制器及第二章控制器及執(zhí)行電機(jī)執(zhí)行電機(jī)第一節(jié)第一節(jié)22.1 概述概述一、常用的控制器一、常用的控制器 1.單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)或單片微機(jī)單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)或單片微機(jī)具有體積小、價格低、具有體積小、價格低、RAM、ROM、I/O接口等資源齊全等顯接口等資源齊全等顯著優(yōu)點(diǎn);著優(yōu)點(diǎn);特別適合用做機(jī)電一體化設(shè)備或焊接自動化設(shè)備的嵌入式微特別適合用做機(jī)電一體化設(shè)備或焊接自動化設(shè)備的嵌入式微型控制器。型控制器。 2.數(shù)字信號處理器數(shù)字信號處理器這是一種超大規(guī)模集成電路芯片,具有豐富的硬件資源、改這是一種超大規(guī)模集成電路芯片,
2、具有豐富的硬件資源、改進(jìn)的哈弗結(jié)構(gòu)、高速數(shù)據(jù)處理能力和強(qiáng)大的指令系統(tǒng);進(jìn)的哈弗結(jié)構(gòu)、高速數(shù)據(jù)處理能力和強(qiáng)大的指令系統(tǒng);以美國以美國TI公司公司TMS320C10系列為代表的系列為代表的DSP產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用在產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制與實時圖像處理等領(lǐng)域。工業(yè)控制與實時圖像處理等領(lǐng)域。第一節(jié)第一節(jié)32.1 概述概述一、常用的控制器一、常用的控制器 3.可編程序控制器簡稱可編程序控制器簡稱PLC能直接與其他電路連接的數(shù)字能直接與其他電路連接的數(shù)字I/O與模擬與模擬I/O接線端子,組建成接線端子,組建成CPU模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊等模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊等電
3、路模塊。電路模塊。這些模塊使用方便,很容易與存儲模塊以及穩(wěn)壓電源模塊組這些模塊使用方便,很容易與存儲模塊以及穩(wěn)壓電源模塊組成焊接自動化系統(tǒng)核心電路。成焊接自動化系統(tǒng)核心電路。各種模塊已實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn),可靠性高,價格不高,可各種模塊已實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn),可靠性高,價格不高,可采用電工熟悉的梯形圖進(jìn)行編程,可以接收或輸出數(shù)字量采用電工熟悉的梯形圖進(jìn)行編程,可以接收或輸出數(shù)字量信號、模擬量信號,可以對控制信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算、函數(shù)信號、模擬量信號,可以對控制信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算乃至運(yùn)算乃至PID比例、積分和微分控制算法運(yùn)算。這些比例、積分和微分控制算法運(yùn)算。這些優(yōu)點(diǎn),使得優(yōu)點(diǎn),使得PLC在工業(yè)
4、控制中得到大量廣泛應(yīng)用。在工業(yè)控制中得到大量廣泛應(yīng)用。第一節(jié)第一節(jié)42.1 概述概述二、常用的執(zhí)行電動機(jī)二、常用的執(zhí)行電動機(jī)在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中,常用的執(zhí)行電動機(jī)主要有:交、在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中,常用的執(zhí)行電動機(jī)主要有:交、直流伺服電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)等。直流伺服電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)等。這些執(zhí)行電動機(jī)的驅(qū)動電路也都已開展成基于單片機(jī)數(shù)字控這些執(zhí)行電動機(jī)的驅(qū)動電路也都已開展成基于單片機(jī)數(shù)字控制的電動機(jī)驅(qū)動器模塊,這種電路模塊能直接與執(zhí)行電動制的電動機(jī)驅(qū)動器模塊,這種電路模塊能直接與執(zhí)行電動機(jī)連線,功能強(qiáng)而且使用方便可靠。機(jī)連線,功能強(qiáng)而且使用方便可靠。 第一節(jié)第一節(jié)52.2 2.2 單片機(jī)單片機(jī)
5、 一、一、 單片機(jī)概述單片機(jī)概述 1. 概念概念 單片機(jī)是指將中央處理器單片機(jī)是指將中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器、隨機(jī)存儲器RAM、只讀、只讀存儲器存儲器ROM、中斷系統(tǒng)、定時器計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、定時器計數(shù)器、I/O接口等半導(dǎo)體接口等半導(dǎo)體集成電路芯片集成在一塊電路芯片上的微型計算機(jī)。集成電路芯片集成在一塊電路芯片上的微型計算機(jī)。 2. 特點(diǎn)特點(diǎn) 1可靠性好,抗干擾性好??煽啃院?,抗干擾性好。 2易擴(kuò)展。易擴(kuò)展。 3控制功能強(qiáng)。控制功能強(qiáng)。 3.用途用途 特別適合用作機(jī)電一體化設(shè)備、智能化儀器儀表以及現(xiàn)代特別適合用作機(jī)電一體化設(shè)備、智能化儀器儀表以及現(xiàn)代家用電器的控制核心。家用電器的控制核心。
6、第一節(jié)第一節(jié)62.2 2.2 單片機(jī)單片機(jī) 二、二、AT89S系列單片機(jī)介紹系列單片機(jī)介紹AT89S系列單片機(jī)有系列單片機(jī)有AT89S51AT89S53和和AT89S8252等四種機(jī)型,等四種機(jī)型,其芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)根本相同,僅局部的電路模塊功能略有不同。其芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)根本相同,僅局部的電路模塊功能略有不同。第一節(jié)第一節(jié)72.2 2.2 單片機(jī)單片機(jī) 二、二、AT89S系列單片機(jī)介紹系列單片機(jī)介紹 AT89S51是是AT89S系列的根本型,主要特性及功能如下:系列的根本型,主要特性及功能如下: 1 8位位CPU;內(nèi)含;內(nèi)含4KBFlash程序存儲器,可在線編程,擦寫周期可達(dá)程序存儲器,可在線編程,
7、擦寫周期可達(dá)1000次;次; 2內(nèi)含內(nèi)含128字節(jié)的字節(jié)的RAM; 34個個8位并行位并行I/O接口,共接口,共32根線;根線;2個個16位可編程定時位可編程定時/計數(shù)器;計數(shù)器; 4具有具有6個中斷源,個中斷源,5個中斷矢量,個中斷矢量,2級中斷優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)系統(tǒng);級中斷優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)系統(tǒng); 5全雙工串行通信口;全雙工串行通信口; 6具有片內(nèi)看門狗定時器;具有片內(nèi)看門狗定時器; 726個特殊功能存放器;個特殊功能存放器; 8具有兩個數(shù)據(jù)指針具有兩個數(shù)據(jù)指針DPTR0和和DPTR1; 9具有在線可編程功能具有在線可編程功能ISP端口;端口; 10具有斷電標(biāo)志具有斷電標(biāo)志POF; 11具有掉
8、電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)模式;具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)模式; 12具有低功耗節(jié)電運(yùn)行模式;具有低功耗節(jié)電運(yùn)行模式; 13振蕩器和時鐘電路穩(wěn)定,工作主頻為振蕩器和時鐘電路穩(wěn)定,工作主頻為033MHZ; 14電源電壓范圍為。電源電壓范圍為。第一節(jié)第一節(jié)8三、三、AT89S51單片機(jī)結(jié)構(gòu)單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖2-1 AT89S512-1 AT89S51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 單片機(jī)內(nèi)部最核心的局部是CPU,其主要功能是產(chǎn)生各種控制信號,利用各種特殊功能存放器設(shè)置控制字及反映控制狀態(tài),從而控制存儲器、輸入/輸出端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)算術(shù)及邏輯運(yùn)算和位操作處理等。第一節(jié)第一節(jié)92.2 2.2 單片機(jī)單片機(jī)三、三
9、、AT89S51單片機(jī)結(jié)構(gòu)單片機(jī)結(jié)構(gòu)單片機(jī)的單片機(jī)的CPU從功能上可分為運(yùn)算器和控制器兩局部。從功能上可分為運(yùn)算器和控制器兩局部。 1.控制器控制器組成:控制器由定時控制、時序電路、指令譯碼器、指令存放器、組成:控制器由定時控制、時序電路、指令譯碼器、指令存放器、程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC、雙數(shù)據(jù)指針。、雙數(shù)據(jù)指針。功能:是單片機(jī)的指揮中心,是發(fā)布操作命令的機(jī)構(gòu)。其功能是功能:是單片機(jī)的指揮中心,是發(fā)布操作命令的機(jī)構(gòu)。其功能是取出程序存儲器的程序指令進(jìn)行譯碼,通過定時控制電路,按取出程序存儲器的程序指令進(jìn)行譯碼,通過定時控制電路,按照規(guī)定的時間順序發(fā)出各種操作所需的全部對內(nèi)對外控制信號,照規(guī)定的
10、時間順序發(fā)出各種操作所需的全部對內(nèi)對外控制信號,使各部件協(xié)調(diào)工作,完成程序指令所規(guī)定的功能。使各部件協(xié)調(diào)工作,完成程序指令所規(guī)定的功能。2.運(yùn)算器運(yùn)算器組成:算術(shù)組成:算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器、累加器ACC、存放器、存放器B、暫存器、暫存器TMP1、TMP2、程序狀態(tài)存放器、程序狀態(tài)存放器PSW、堆棧指針、堆棧指針SP、布爾處理、布爾處理器等。器等。功能:實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算、十進(jìn)制數(shù)調(diào)整、位變量處理功能:實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算、十進(jìn)制數(shù)調(diào)整、位變量處理及數(shù)據(jù)傳送操作等。及數(shù)據(jù)傳送操作等。第一節(jié)第一節(jié)102.2 2.2 單片機(jī)單片機(jī)四、四、AT89S51單片機(jī)引腳排列
11、及功能單片機(jī)引腳排列及功能 AT89S51單片機(jī)有單片機(jī)有3種不同的封裝,種不同的封裝,即即PDIP、PLCC和和TQFP,其有效引,其有效引腳為腳為40條,現(xiàn)以條,現(xiàn)以PDIP雙列直插雙列直插式。式。 1.主電源引腳主電源引腳 VCC40腳:直流電源供電電腳:直流電源供電電壓。壓。 VSSGND 20腳:電源負(fù)極即腳:電源負(fù)極即電源地電平。電源地電平。圖圖2-2 AT89S512-2 AT89S51的的PDIPPDIP封裝圖封裝圖第一節(jié)第一節(jié)11四、四、AT89S51單片機(jī)引腳排列及功能單片機(jī)引腳排列及功能 2.振蕩器電路外接晶振引腳振蕩器電路外接晶振引腳圖圖2-3為使用片內(nèi)振蕩器的時鐘電路
12、方式,為使用片內(nèi)振蕩器的時鐘電路方式,C1、C2為微調(diào)電容,通常取為微調(diào)電容,通常取2030PF,以保證振蕩器電路的穩(wěn)定性及快速性,以保證振蕩器電路的穩(wěn)定性及快速性,同時要求在設(shè)計電路板時,晶振和電同時要求在設(shè)計電路板時,晶振和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)芯片,以減小分容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)芯片,以減小分布電容所引起對振蕩電路的影響。布電容所引起對振蕩電路的影響。圖圖2-4為使用外部振蕩器的時鐘電路方式,為使用外部振蕩器的時鐘電路方式,使用該時鐘電路方式時,上下脈沖電使用該時鐘電路方式時,上下脈沖電平持續(xù)時間應(yīng)不短于平持續(xù)時間應(yīng)不短于20ns,否那么工,否那么工作不穩(wěn)定。作不穩(wěn)定。圖圖2-3 內(nèi)部時鐘電路
13、方式內(nèi)部時鐘電路方式 圖圖2-4 外部時鐘電路方式外部時鐘電路方式 第一節(jié)第一節(jié)12四、四、AT89S51單片機(jī)引腳排列及功能單片機(jī)引腳排列及功能3.多功能多功能I/O接口引腳接口引腳P0口口3932腳:腳:P0口是一個口是一個8位漏極開路并行雙向位漏極開路并行雙向I/O端口。端口。它可以作為通用它可以作為通用I/O接口,但每個引腳須外接上拉電阻。當(dāng)作接口,但每個引腳須外接上拉電阻。當(dāng)作輸出口時,每個引腳能以吸收電流的方式驅(qū)動輸出口時,每個引腳能以吸收電流的方式驅(qū)動8個個LSTTL負(fù)載;負(fù)載;當(dāng)作為輸入口時,須首先將引腳內(nèi)的輸出鎖存器置當(dāng)作為輸入口時,須首先將引腳內(nèi)的輸出鎖存器置1。P1口口1
14、8腳:腳:P1口是一個內(nèi)接上拉電阻的口是一個內(nèi)接上拉電阻的8位并行雙向位并行雙向I/O端端口。它可作為通用口。它可作為通用I/O口,當(dāng)作輸出口時,每個引腳可驅(qū)動口,當(dāng)作輸出口時,每個引腳可驅(qū)動4個個LSTTL負(fù)載;當(dāng)作輸入口時,須首先將引腳內(nèi)的輸出鎖存負(fù)載;當(dāng)作輸入口時,須首先將引腳內(nèi)的輸出鎖存器置器置1。P2口口2128腳:腳:P2口是一個內(nèi)接上拉電阻的口是一個內(nèi)接上拉電阻的8位并行位并行I/O端口,端口,它可作為通用它可作為通用I/O;P2口在系統(tǒng)外擴(kuò)展時,可以用作訪向外部口在系統(tǒng)外擴(kuò)展時,可以用作訪向外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的高程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的高8位地址總線。位地址總線。P3口
15、口1017腳:腳:P3口具有內(nèi)部上拉電阻的口具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向并行端口,位雙向并行端口,它可以作為通用它可以作為通用I/O口,作輸出口時,每個引腳可驅(qū)動口,作輸出口時,每個引腳可驅(qū)動4個個LSTTL負(fù)載,用作輸入口時,須首先將引腳內(nèi)的輸出鎖存器負(fù)載,用作輸入口時,須首先將引腳內(nèi)的輸出鎖存器置置1。P3口還具有第二種功能口還具有第二種功能 4.復(fù)位、控制和選通引腳 RST9腳:單片機(jī)復(fù)位輸入端,高電平有效。在單片機(jī)上電后,振蕩器穩(wěn)定有效運(yùn)行的情況下,假設(shè)RST端腳能維持兩個機(jī)器周期24個振蕩周期以上的高電平,那么可使單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位有效復(fù)位有效時,片內(nèi)各特殊功能存放器狀態(tài)參見表21。當(dāng)看門
16、狗定時器WDT溢出輸出時,RST端腳將輸出長達(dá)98個振蕩周期的高電平。 /VPP31腳:雙功能引腳, 為訪問內(nèi)部或外部程序存儲器的選擇信號端,當(dāng)接地低電平時,CPU只執(zhí)行片外程序存儲器中的程序;當(dāng) 接VCC高電平時,CPU首先執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器中的程序地址單元從0000H0FFFH,然后自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器中的程序地址單元從1000HFFFFH。 VPP為片內(nèi)Flash存儲器并行編程時的編程電壓,一般用DC12V參加該引腳。 ALE/ 30腳:地址鎖存允許/編程脈沖信號端,雙功能引腳。當(dāng)CPU訪問外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器時,該引腳提供一個ALE地址允許信號由正向負(fù)跳變,將低8位地址
17、信息鎖存在片外的地址鎖存器中。 29腳:該引腳為外部程序存儲器讀選通信號,低電平有效。當(dāng)單片機(jī)訪向外部程序存儲器讀取及執(zhí)行指令代碼時,在每個機(jī)器周期均產(chǎn)生兩次有效的 信號,但在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器讀取指令碼時不產(chǎn)生 信號。在讀寫內(nèi)部RAM單元的數(shù)據(jù)時,亦不產(chǎn)生 信號。第二節(jié)第二節(jié)13EAEAEAPROGPSENPSENPSENPSEN第二節(jié)第二節(jié)14圖圖2-5 2-5 管板自動化焊機(jī)管板自動化焊機(jī)五、單片機(jī)控制系統(tǒng)舉例五、單片機(jī)控制系統(tǒng)舉例 1. 管板自動焊機(jī)的組成管板自動焊機(jī)的組成 1定位夾緊機(jī)構(gòu):主要定位夾緊機(jī)構(gòu):主要完成把機(jī)頭安裝在不同的孔徑完成把機(jī)頭安裝在不同的孔徑中。中。 2機(jī)械傳動部
18、件:由兩機(jī)械傳動部件:由兩對行星齒輪構(gòu)成的兩級減速器對行星齒輪構(gòu)成的兩級減速器和步進(jìn)電機(jī)組成,減速器用于和步進(jìn)電機(jī)組成,減速器用于傳遞步進(jìn)電機(jī)提供的動能,使傳遞步進(jìn)電機(jī)提供的動能,使焊槍做圓周運(yùn)動,小行星齒輪焊槍做圓周運(yùn)動,小行星齒輪帶動大行星齒輪以增大力矩,帶動大行星齒輪以增大力矩,保證設(shè)備在立焊時提供足夠大保證設(shè)備在立焊時提供足夠大的力矩。的力矩。 第二節(jié)第二節(jié)15圖圖2-5 2-5 管板自動化焊機(jī)管板自動化焊機(jī)五、單片機(jī)控制系統(tǒng)舉例五、單片機(jī)控制系統(tǒng)舉例 1. 管板自動焊機(jī)的組成管板自動焊機(jī)的組成 3焊槍夾持機(jī)構(gòu):以固定焊槍夾持機(jī)構(gòu):以固定某一角度把持并夾緊焊槍,保證某一角度把持并夾緊焊
19、槍,保證在焊接過程焊槍穩(wěn)固不動。在焊接過程焊槍穩(wěn)固不動。 4焊槍調(diào)整機(jī)構(gòu):用來實焊槍調(diào)整機(jī)構(gòu):用來實現(xiàn)焊槍在豎直和徑向兩個方向的現(xiàn)焊槍在豎直和徑向兩個方向的移動。調(diào)整機(jī)構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)手輪帶移動。調(diào)整機(jī)構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)手輪帶動絲杠,使滑塊與焊槍夾緊機(jī)構(gòu)動絲杠,使滑塊與焊槍夾緊機(jī)構(gòu)一起移動。一起移動。 5電機(jī)及控制器箱體:內(nèi)電機(jī)及控制器箱體:內(nèi)裝有步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器、單片裝有步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器、單片機(jī)控制系統(tǒng)等,箱體外表嵌有按機(jī)控制系統(tǒng)等,箱體外表嵌有按鍵和數(shù)碼管顯示。鍵和數(shù)碼管顯示。 2.單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)工藝要求,控制系統(tǒng)要求完成對焊槍的圓周運(yùn)動和焊槍啟弧與滅弧的控制。它分為硬件局部和軟件局部。 根
20、據(jù)管板焊機(jī)的工作要求,本控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)如下功能: 1焊槍做圓周運(yùn)動,其旋轉(zhuǎn)角度可調(diào);2焊接方式有連續(xù)焊接與間歇焊接2類,其中間歇焊接需要控制焊接時間和停焊時間;3按鍵要求可啟動、暫停與終止管板焊機(jī)的工作以及設(shè)置相關(guān)工藝參數(shù);4顯示所設(shè)置的參數(shù),焊機(jī)工作期間顯示焊槍旋轉(zhuǎn)角度。第二節(jié)第二節(jié)16 3.3.單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 第二節(jié)第二節(jié)17圖圖2-6 2-6 管板自動焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)管板自動焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng) 4. 4.單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 包括初始化子程序、焊接流程控制子程序、定時中斷子程序、按鍵掃描子程序、數(shù)碼管顯示子程序等。第二節(jié)第二節(jié)18
21、圖圖2-7 2-7 管板自動焊機(jī)控制流程圖管板自動焊機(jī)控制流程圖 4.單片機(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計控制流程圖控制流程圖 2.3 可編程控制器可編程控制器一、可編程控制器的概念一、可編程控制器的概念 概念:概念:Programmable Logic Controller簡稱簡稱PLC是以微處是以微處理器為核心,綜合計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)理器為核心,綜合計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)開展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。開展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。 功能:采用可編程存儲器作為內(nèi)部指令記憶裝置,具有邏功能:采用可編程存儲器作為內(nèi)部指令記憶裝置,具有邏輯、排序、定
22、時、計數(shù)及算術(shù)運(yùn)算等功能,并通過數(shù)字或輯、排序、定時、計數(shù)及算術(shù)運(yùn)算等功能,并通過數(shù)字或模擬輸入輸出模塊控制各種形式的機(jī)器及過程。模擬輸入輸出模塊控制各種形式的機(jī)器及過程。 應(yīng)用:目前應(yīng)用:目前PLC廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、采礦、汽車、廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、采礦、汽車、電力等行業(yè)。在焊接自動化領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍。電力等行業(yè)。在焊接自動化領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍。PLC與與數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人并稱為加工業(yè)的三大支柱。數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人并稱為加工業(yè)的三大支柱。二、二、 可編程控制器的特點(diǎn)可編程控制器的特點(diǎn)1.可靠性高,抗干擾能力強(qiáng) 2.控制程序可變,具有很好的柔性3.編程簡單,使用方便4
23、.功能完善5.擴(kuò)展方便,組合靈活6.減少了控制系統(tǒng)設(shè)計及施工的工作量7.體積小、質(zhì)量輕、節(jié)能三、三、 可編程控制器組成可編程控制器組成 圖圖2-8 PLC組成結(jié)構(gòu)圖組成結(jié)構(gòu)圖 四、可編程序控制器在焊接自動化中的應(yīng)用四、可編程序控制器在焊接自動化中的應(yīng)用 此專機(jī)要求人工上料,氣動裝卡,工件的旋轉(zhuǎn)和焊接電源起動與停止的自動控制,設(shè)計了焊槍自動擺動器。 根據(jù)控制要求進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計圖2-10 。 圖圖2-9 環(huán)形焊縫的自動焊接專機(jī)環(huán)形焊縫的自動焊接專機(jī)圖圖2-10 環(huán)縫焊接程序循環(huán)圖環(huán)縫焊接程序循環(huán)圖四、可編程序控制器在焊接自動化中的應(yīng)用四、可編程序控制器在焊接自動化中的應(yīng)用1擺動器功能要求
24、擺動器功能要求擺動器要求實現(xiàn)焊槍以中心位置進(jìn)行直線左右擺動,其中擺速、擺動器要求實現(xiàn)焊槍以中心位置進(jìn)行直線左右擺動,其中擺速、擺幅及左右停滯時間三個參數(shù)可調(diào);擺幅及左右停滯時間三個參數(shù)可調(diào);具有手動具有手動/自動功能:手動時,按下自動功能:手動時,按下“左鍵那么焊槍向左移動,左鍵那么焊槍向左移動,按下按下“右鍵那么焊槍向右移動;右鍵那么焊槍向右移動;自動時,按照已設(shè)定的擺速、擺幅及左右停滯時間三個參數(shù)進(jìn)自動時,按照已設(shè)定的擺速、擺幅及左右停滯時間三個參數(shù)進(jìn)行擺動,直到按下停止鍵時才停止擺動;行擺動,直到按下停止鍵時才停止擺動;擺動中心位置可調(diào),有左右限位功能;擺動中心位置可調(diào),有左右限位功能;
25、焊槍處于位于擺動范圍內(nèi)任意位置均可啟動自動擺槍,且能夠焊槍處于位于擺動范圍內(nèi)任意位置均可啟動自動擺槍,且能夠停止于中心位置。停止于中心位置。 四、可編程序控制器在焊接自動化中的應(yīng)用四、可編程序控制器在焊接自動化中的應(yīng)用2.擺動器硬件設(shè)計擺動器硬件設(shè)計 1擺動器機(jī)械結(jié)構(gòu)組成擺動器機(jī)械結(jié)構(gòu)組成 圖圖2-9 焊槍擺動器機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖焊槍擺動器機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖 四、可編程序控制器在焊接自動化中的應(yīng)用四、可編程序控制器在焊接自動化中的應(yīng)用2.擺動器硬件設(shè)計擺動器硬件設(shè)計 2擺動器控制系統(tǒng)擺動器控制系統(tǒng)圖圖2-10 2-10 焊槍擺動器控制系統(tǒng)圖焊槍擺動器控制系統(tǒng)圖圖圖2-11 中心位置傳感器實物中心位置傳
26、感器實物 第三節(jié)第三節(jié)27環(huán)縫自動焊環(huán)縫自動焊PLCPLC系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)接線圖( (了解了解四、可編程序控制器在焊接自動化中的應(yīng)用四、可編程序控制器在焊接自動化中的應(yīng)用2.擺動器軟件設(shè)計擺動器軟件設(shè)計 1擺速控制方法擺速控制方法2擺幅控制方法擺幅控制方法3左右停滯時間控制左右停滯時間控制4焊槍擺動過程控制程序設(shè)計焊槍擺動過程控制程序設(shè)計圖圖2-12 主程序流程圖主程序流程圖圖圖2-13 中斷程序流程圖中斷程序流程圖2.4 電機(jī)控制技術(shù)電機(jī)控制技術(shù) 在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中,常用的執(zhí)行電動機(jī)主要有:直流電動機(jī)、交流同步電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)、交流異步電動機(jī)等五大類,目前在控制領(lǐng)域中,執(zhí)
27、行電動機(jī)已開展成與模塊化驅(qū)動器配套使用的機(jī)電一體化執(zhí)行機(jī)構(gòu),具有很好的實用性與可靠性。 焊接自動化控制中常用的有永磁交流同步伺服電動機(jī)及其驅(qū)動器與步進(jìn)電動機(jī)及其驅(qū)動器。2.4 電機(jī)控制技術(shù)電機(jī)控制技術(shù)一、一、 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器圖圖2-17 2-17 步進(jìn)電機(jī)實物圖步進(jìn)電機(jī)實物圖2.4 電機(jī)控制技術(shù)電機(jī)控制技術(shù)一、一、 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器1.類型類型1反響式反響式定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、本錢低、步距角小,可達(dá)特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、本錢低、步距角小,可達(dá)1.2、但動態(tài)性能差、效率、但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱
28、大,可靠性難保證。低、發(fā)熱大,可靠性難保證。 2永磁式永磁式 永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成,轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成,轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。特點(diǎn):動態(tài)性能好、輸出力矩大,但這種電機(jī)精度差,步矩角大一般為特點(diǎn):動態(tài)性能好、輸出力矩大,但這種電機(jī)精度差,步矩角大一般為7.5或或15。2.4 電機(jī)控制技術(shù)電機(jī)控制技術(shù)一、一、 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器1.類型類型3混合式混合式定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料,轉(zhuǎn)子和定子上均有定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料,轉(zhuǎn)子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。多個小齒以提高步矩精度。特點(diǎn):綜合
29、了反響式和永磁式的優(yōu)點(diǎn),輸出力矩大、動態(tài)性能特點(diǎn):綜合了反響式和永磁式的優(yōu)點(diǎn),輸出力矩大、動態(tài)性能好,步矩角小,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、本錢相對較高。好,步矩角小,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、本錢相對較高。 按定子上繞組來分,有二相、三相和五相等系列。最受歡送的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī),原因是性價比高,配上細(xì)分驅(qū)動器后效果良好。 第四節(jié)第四節(jié)35圖圖2-14 2-14 兩相兩相步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)工作原理 圖圖2-15 2-15 數(shù)字細(xì)分驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)原理框圖數(shù)字細(xì)分驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)原理框圖圖圖2-16 2-16 兩相步進(jìn)電動機(jī)細(xì)分電流波形示意圖兩相步進(jìn)電動機(jī)細(xì)分電流波形示意圖2.4 電機(jī)控制技術(shù)電機(jī)控制技術(shù)一、一、 步進(jìn)電機(jī)
30、及其驅(qū)動器步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器2.2.主要性能特點(diǎn)主要性能特點(diǎn)1)1)輸入電源電壓范圍:輸入電源電壓范圍:24-60VDC24-60VDC,具有過壓,過流等保護(hù)功能。,具有過壓,過流等保護(hù)功能。2)2)純粹弦波電流控制技術(shù),電機(jī)運(yùn)行噪音低、發(fā)熱小純粹弦波電流控制技術(shù),電機(jī)運(yùn)行噪音低、發(fā)熱小 。3)3)光隔離差分信號輸入,與光隔離差分信號輸入,與TTLTTL信號兼容;輸入信號有步進(jìn)脈信號兼容;輸入信號有步進(jìn)脈沖控制信號、電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的控制信號及停機(jī)信號;脈沖沖控制信號、電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的控制信號及停機(jī)信號;脈沖頻率可達(dá)頻率可達(dá)360KHz 360KHz 。4)4)供電電壓可達(dá)供電電壓可達(dá)60V60
31、V,具有過壓,過流等保護(hù)功能,具有過壓,過流等保護(hù)功能 。5)5)電流大小采用電流大小采用3 3位撥碼開關(guān)設(shè)定,最大驅(qū)動電流相峰值;位撥碼開關(guān)設(shè)定,最大驅(qū)動電流相峰值;電機(jī)靜止時自動半流功能。電機(jī)靜止時自動半流功能。6) 46) 4位撥碼開關(guān)調(diào)節(jié)步進(jìn)細(xì)分?jǐn)?shù),細(xì)分?jǐn)?shù)最高可達(dá)位撥碼開關(guān)調(diào)節(jié)步進(jìn)細(xì)分?jǐn)?shù),細(xì)分?jǐn)?shù)最高可達(dá)128128。3.3.接線方法接線方法圖圖2-18 2-18 驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)接線方法驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)接線方法3.3.接線方法接線方法 a)a)共陰極接法共陰極接法 b)b)共陽極接法共陽極接法圖圖2-19 2-19 驅(qū)動器與控制器接線方法驅(qū)動器與控制器接線方法表表2-3 2-3 驅(qū)動器
32、電流值設(shè)置表驅(qū)動器電流值設(shè)置表第四節(jié)第四節(jié)41輸出電流值SW1SW2SW31.5OFFOFFOFF2.1ONOFFOFF2.7OFFONOFF3.3ONONOFF3.9OFFOFFON4.5ONOFFON5.1OFFONON5.6ONONON第四節(jié)第四節(jié)42表表2-4 2-4 驅(qū)動器細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置表驅(qū)動器細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置表細(xì)分?jǐn)?shù)步數(shù)/轉(zhuǎn)SW5SW6SW7SW81200OFFOFFOFFOFF2400ONONONON4800ONOFFONON81600ONOFFOFFON163200OFFONONON326400OFFONOFFON6412800OFFOFFONON12825600OFFOFFOFFON5
33、1000ONONONOFF102000ONONOFFOFF204000ONOFFONOFF255000ONOFFOFFOFF5010000OFFONONOFF10020000OFFONOFFOFF2.4 電機(jī)控制技術(shù)電機(jī)控制技術(shù)二、永磁同步伺服電動機(jī)及其驅(qū)動器二、永磁同步伺服電動機(jī)及其驅(qū)動器 特點(diǎn)及應(yīng)用:特點(diǎn)及應(yīng)用:調(diào)速性能優(yōu)越,克服了直流伺服電動機(jī)機(jī)械式換向器和電刷帶來的一系列問題,結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、易維護(hù)保養(yǎng);體積小、重量輕、效率高、功率因素高、轉(zhuǎn)動慣量小、過載能力強(qiáng);與感應(yīng)電機(jī)相比,控制簡單、不存在勵磁損耗等問題,因此在高性能、高精度的伺服傳動等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。二、永磁同步伺服
34、電動機(jī)及其驅(qū)動器二、永磁同步伺服電動機(jī)及其驅(qū)動器 特點(diǎn)及應(yīng)用:特點(diǎn)及應(yīng)用:調(diào)速性能優(yōu)越,克服了直流伺服電動機(jī)機(jī)械式換向器和電刷帶來的一系列問題,結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、易維護(hù)保養(yǎng);體積小、重量輕、效率高、功率因素高、轉(zhuǎn)動慣量小、過載能力強(qiáng);與感應(yīng)電機(jī)相比,控制簡單、不存在勵磁損耗等問題,因此在高性能、高精度的伺服傳動等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。二、永磁同步伺服電動機(jī)及其驅(qū)動器二、永磁同步伺服電動機(jī)及其驅(qū)動器1.1.永磁同步伺服電動機(jī)工作原理永磁同步伺服電動機(jī)工作原理圖圖2-20 2-20 永磁同步電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖永磁同步電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖二、永磁同步伺服電動機(jī)及其驅(qū)動器二、永磁同步伺服電動機(jī)及其驅(qū)動器2.
35、2.驅(qū)動器工作原理驅(qū)動器工作原理 圖圖2-21 2-21 驅(qū)動器對交流伺服電動機(jī)實現(xiàn)矢量控制的原理圖驅(qū)動器對交流伺服電動機(jī)實現(xiàn)矢量控制的原理圖二、永磁同步伺服電動機(jī)二、永磁同步伺服電動機(jī)及其驅(qū)動器及其驅(qū)動器3.3.接線方法接線方法圖圖2-22 驅(qū)動器外部接線驅(qū)動器外部接線第四節(jié)第四節(jié)48表表2-5 數(shù)字?jǐn)?shù)字/模擬信號輸入端子模擬信號輸入端子DB44信號類型編號端子名稱記號說 明 數(shù)字量輸入25數(shù)字地GND驅(qū)動器數(shù)字地 3024V+24V內(nèi)部提供24V 供電電源,可用作數(shù)字輸入、輸出電路的供電電源。負(fù)載電流不得超過100mA。 29輸入共陽極COM+數(shù)字輸入端口共陽極。 用來驅(qū)動輸入隔離光耦的正
36、極,DC1224V,電流100mA。 11伺服使能Servo伺服使能輸入端子,Servo ON/OFFServo ON :允許驅(qū)動器工作; Servo OFF:驅(qū)動器關(guān)閉,停止工作。 有自鎖信號時,電機(jī)處于自鎖狀態(tài)。 12可編程數(shù)字輸入端口IN1可編程數(shù)字輸入端口,具體功能可單獨(dú)設(shè)置。接口電路和可選功能見說明書 13IN2 14IN3 15IN4 27IN5 28IN6 數(shù)字輸出41可編程數(shù)字輸出端口OUT1可編程數(shù)字輸出端口,具體輸出信號可單獨(dú)設(shè)置。接口電路和可選功能見說明書。OUT1,2 最大負(fù)載電流 100 mA,最大電壓 24VOUT3,4 最大負(fù)載電流 30 mA,最大電壓 30V
37、42OUT2 43OUT3 44OUT4 26輸出共陰極COM-數(shù)字輸出端口共陰極,見說明書 25數(shù)字地GND驅(qū)動器數(shù)字地 第四節(jié)第四節(jié)49表表2-5 數(shù)字?jǐn)?shù)字/模擬信號輸入端子模擬信號輸入端子DB44模擬量輸入輸出9+10V10V內(nèi)部+10V模擬電路供電電源負(fù)載不應(yīng)超過100mA37模擬地GNDA驅(qū)動器模擬地7差分雙端雙極性輸入AIN+差分雙端、雙極性模擬電壓輸入雙端差分連接時,輸入電壓范圍: -5V +5V一端接地時, 輸入電壓范圍:-10V +10V8AIN-21單極性輸入AVINS單極性模擬電壓輸入,參考點(diǎn)為GNDA輸入電壓范圍: 010V6模擬電壓輸出DAOUT模擬電壓輸出, 參考點(diǎn)為GNDA輸出電壓范圍: -10 +10V輸出信號可根據(jù)需要在參數(shù)中設(shè)置。24PT100PT電機(jī)溫度傳感器輸入端,無極性。如電機(jī)溫度傳感器已經(jīng)通過編碼器接口接入,這二腳不接。電機(jī)溫度傳感器型號為PT100。如電機(jī)未安裝溫度傳感器,則必須在兩腳間接入一個100歐姆左右1/4 W的電阻,否則驅(qū)動器會認(rèn)為電機(jī)溫度過熱。36模擬地PT100b(GNDA)編碼器信號輸出3編碼器A相輸出OA+分頻后的 編碼器A相 信號輸出4OA-分頻后的 編碼器A相 信號輸出19編碼器B相輸出分頻后的 編碼器B相 信號輸出18分頻后的 編碼器B相 信號輸出1編碼器Z相輸出OZ+編碼器Z相
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