東南大學(xué)基于西門子S7-3PLC三軸聯(lián)動機(jī)器人的編程設(shè)計(jì)

..題目基于西門子S7-300PLC的三軸聯(lián)動機(jī)器人編程設(shè)計(jì)_自動化學(xué)院_院〔系〕自動化_專業(yè)學(xué)號08010### ** 學(xué)生 指導(dǎo)教師 第一指導(dǎo)教師 參謀教師 第二指導(dǎo)教師〔可不填寫〕起止日期 2013.12.20–2014.06.10 設(shè)計(jì)地點(diǎn) ..東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕報(bào)告 摘要關(guān)鍵字 .PAGE16. PLC控制的三軸聯(lián)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要在工業(yè)自動化的開展過程中，多軸立式系統(tǒng)越來越多地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。由于PLC的穩(wěn)定性和伺服電機(jī)的高精度特性，PLC控制的多軸伺服系統(tǒng)已經(jīng)成為滿足高度自動化高精度需求的一大趨勢。PLC控制的三軸聯(lián)動設(shè)計(jì)時(shí)穩(wěn)定的多軸系統(tǒng)的根底。該系統(tǒng)以PLC為核心控制器，提供高穩(wěn)定性和高度抗干擾能力的控制器。三軸上的伺服電機(jī)以其高精度和適合頻繁通斷的特性為系統(tǒng)保證了高精度位置需求和頻繁啟停的需求。本文介紹了基于三個(gè)伺服電機(jī)的和一個(gè)三相異步電機(jī)組成的移物系統(tǒng)，在PLC過對開關(guān)信號、各軸上的傳感器輸入信號和部計(jì)時(shí)器定時(shí)器信號進(jìn)展綜合處理，并通過一定的時(shí)序讓系統(tǒng)有機(jī)運(yùn)行，系統(tǒng)的各個(gè)局部各個(gè)軸按時(shí)序邏輯運(yùn)行。最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的移物功能，并能抵抗掉電等意外干擾因素，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、平安地運(yùn)行。本模板的快捷鍵說明，請仔細(xì)閱讀：關(guān)鍵詞：西門子、PLC、伺服電機(jī)、三軸聯(lián)動、準(zhǔn)確定位..東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕報(bào)告 Abstract&KeywordsThree-a*iscontrolsystemdesignofPLCAbstractIntheprocessofdevelopmentofindustrialautomation,multi-a*isverticalsystemsareincreasinglyappliedtoindustrialproduction.DuetothestabilityandprecisioncharacteristicsPLCservomotor,PLCcontrolledmulti-a*isservosystemhasbeehighlyautomatedprecisiontomeetthedemandsofamajortrend.PLC-basedcontrolofthree-a*isstabilizeddesignofmulti-a*issystems.ThesystemPLCasthecorecontroller,providinghighstabilityandhighanti-jammingcapabilityofthecontroller.On-a*isservomotorwithhighprecisionandsuitableforfrequenton-offcharacteristicsofthesystemtoensuretheaccuracypositionneedsandtheneedsofthefrequentstart-stop.Thisarticledescribesthephysicalsystemisbasedonthree-shiftservomotorandathree-phaseasynchronousmotorsposedinthePLCthroughtheswitchingsignal,sensorinputsignalandtheinternaltimertimersignalprocessingintegratedalongeacha*is,andthroughacertainthetimingofthevariouspartsofthesystemsothattheorganicoperation,thesystem'svariousa*esrunbytemporallogic.Ultimatelythesystemmovethingsfunction,andcanresistaccidentalpower-downandotherconfoundingfactors,enablingthesystemtoastableandsafeoperation.KEYWORDS:Siemens,PLC,Servomotor,Three-a*is,Precisepositioning..東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕報(bào)告 目錄目錄15226摘要I14838Abstract II2538第1章緒論 1272011.1工程背景13401.2工程設(shè)計(jì)任務(wù)2229781.3工程設(shè)計(jì)思想2260391.4運(yùn)行設(shè)備與環(huán)境2306031.5本文研究容及各章安排31641.5.1各章安排3190851.5.2課題關(guān)鍵問題和難點(diǎn)36756第2章總體設(shè)計(jì) 4191042.1系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)485342.1.1硬件總體框架4212212.1.2PLC控制三軸電機(jī)464852.2系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)5312.2.1數(shù)據(jù)存儲與查詢 531518第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)889533.1PLC簡介8112783.1.1PLC的定義8279863.1.2PLC的開展和未來8145133.1.3PLC的工作原理8314873.1.4PLC的優(yōu)點(diǎn)943523.2系統(tǒng)PLC配置1065773.2.1S7-300CPU的根本構(gòu)造10151573.2.2S7-300CPU的根本構(gòu)造1243083.2.3S7-300CPU的輸入輸出模式12232023.3伺服電機(jī)簡介14290953.3.1伺服電機(jī)的根本常識1445983.3.2伺服電機(jī)的工作原理14309463.3.3伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)15176043.3.4交流伺服系統(tǒng)的根本構(gòu)造1557853.3.5伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn)1567463.4伺服電機(jī)驅(qū)動器1657033.4.1伺服電機(jī)驅(qū)動器的構(gòu)造16297293.4.2伺服電機(jī)驅(qū)動器部構(gòu)造及接線18287093.4.3伺服電機(jī)驅(qū)動器的參數(shù)設(shè)置19235753.4.4傳送帶機(jī)械構(gòu)造25220683.4.5系統(tǒng)引腳分配2621555第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)30252554.1軟件設(shè)計(jì)概略30301154.2各個(gè)動能塊軟件設(shè)計(jì)31149944.2.1系統(tǒng)的硬件配置3118674.2.2脈沖輸出設(shè)計(jì)32202264.2.3電機(jī)定位設(shè)計(jì)35115014.2.4數(shù)據(jù)觀測37307004.2.5掉電保護(hù)3873924.2.6不同形狀擺放3916285第5章系統(tǒng)調(diào)試41307945.1硬件局部的調(diào)試41108895.2軟件局部的調(diào)試425515.2.1脈沖輸出的調(diào)試42262835.2.2程序編輯的調(diào)試435042第6章總結(jié)與展望4426328參考文獻(xiàn)4524805致46..東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 參考書目緒論工程背景隨著工業(yè)自動化的開展，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中對自動化程度和生產(chǎn)工藝的要求越來越高，簡單的一臺電機(jī)已經(jīng)不能滿足要求。生產(chǎn)工藝不斷復(fù)雜化，多軸運(yùn)動的控制系統(tǒng)越來越多地運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)中。因此，多軸控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著很高的的地位，是備受關(guān)注的研究課題。多軸聯(lián)動是指在一臺機(jī)床上的多個(gè)坐標(biāo)軸(包括直線坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo))上同時(shí)進(jìn)展加工，而且可在計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(C)的控制下同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動進(jìn)展。多軸聯(lián)動加工可以提高空間自由曲面的加工精度、質(zhì)量和效率?，F(xiàn)代數(shù)控加工正向高速化、高精度化、高智能化、高柔性化、高自動化和高可靠性方向開展，而多坐標(biāo)軸數(shù)控機(jī)床正表達(dá)了這一點(diǎn)。多軸聯(lián)動的關(guān)鍵點(diǎn)就在于時(shí)序邏輯的整理，通過采集開關(guān)信號、接近開關(guān)等傳感器的信號輸入，控制器要做出相應(yīng)的處理，并做出相應(yīng)的響應(yīng)輸出。在每一種不同的信號或者條件下做出不同的輸出響應(yīng)是控制器實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動的關(guān)鍵所在。任何一種時(shí)序錯(cuò)誤都會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。在輸入或者程序部出現(xiàn)意外故障或干擾時(shí)應(yīng)該采取的是平安地應(yīng)急措施，而不能出現(xiàn)機(jī)械跑飛的危險(xiǎn)現(xiàn)象。隨著加工技術(shù)的不斷開展和完善，其中包含了程序的編寫日益簡單，這在很大程度上減輕了工程師們在程序上的計(jì)算量，同時(shí)也減輕了機(jī)床操作者的工作量和提高了生產(chǎn)效率?？删幊炭刂破髟诠I(yè)級的控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的工業(yè)計(jì)算機(jī)，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，采用面向用戶的指令，編程方便。PLC在傳統(tǒng)的對開關(guān)量處理的根底上，又增加了數(shù)字運(yùn)算及對模擬信號處理的能力，使PLC擁有巨大的開展前景。伺服系統(tǒng)又稱隨動系統(tǒng)，是用來準(zhǔn)確地跟隨或復(fù)現(xiàn)*個(gè)過程的反響控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)主要由三局部組成：控制器，功率驅(qū)動裝置，反響裝置和電動機(jī)。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)的任意變化的自動控制系統(tǒng)。交流伺服電機(jī)自帶編碼器反響，能夠準(zhǔn)確地進(jìn)展位置定位，還能夠消除"自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中越來越普及，是控制系統(tǒng)準(zhǔn)確化的一大推動力。因此利用PLC控制交流伺服的三軸聯(lián)動可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的高度穩(wěn)定和準(zhǔn)確，能夠帶來更高的效率。三軸聯(lián)動可以高效實(shí)現(xiàn)物件的搬移和器件的加工，并且是五軸聯(lián)動的根底，而五軸聯(lián)動是一種科技含量高、精細(xì)度高專門用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床，是一個(gè)國家工業(yè)生產(chǎn)水平的標(biāo)志。因此研究和設(shè)計(jì)PLC的三軸聯(lián)動系統(tǒng)具有良好的工程實(shí)用背景，可以在大學(xué)中熟悉實(shí)際生產(chǎn)中的數(shù)控技術(shù)的根本運(yùn)用，為以后的工作打好根底。工程設(shè)計(jì)任務(wù)本次任務(wù)是完成一個(gè)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的PLC控制的三軸聯(lián)動的移物系統(tǒng)，基于西門子S7-300PLC核心控制器的軟件編程。硬件則是由一個(gè)三相異步電機(jī)的傳送帶和三個(gè)臺達(dá)伺服電機(jī)組成的三軸系統(tǒng)。在這次設(shè)計(jì)中，首先得完成機(jī)械的硬件配置，將機(jī)械臺上的電機(jī)、按鍵開關(guān)、接近開關(guān)等器件的輸入信號接入核心控制器PLC。硬件配置中的重點(diǎn)是完成伺服電機(jī)驅(qū)動器的硬件配置和其中各個(gè)參數(shù)的設(shè)置，驅(qū)動器連接的是控制器PLC和執(zhí)行器伺服電機(jī)，要將PLC的輸出信號轉(zhuǎn)化為直接控制電機(jī)的控制信號，并將伺服電機(jī)的光電編碼器信號回饋到驅(qū)動器中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的準(zhǔn)確位置控制。硬件系統(tǒng)完成后就是核心控制器的編程，S7-300是西門子模塊化PLC的代表。對于應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)設(shè)備，在保證系統(tǒng)平安性和穩(wěn)定性的前提下，提高系統(tǒng)的速率和實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)各局部輸入輸出的時(shí)序操作是系統(tǒng)編程的核心局部。處理好各個(gè)局部的時(shí)序問題才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平安、穩(wěn)定、高效工作的目的。工程設(shè)計(jì)思想本次設(shè)計(jì)是基于工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械臺的三軸伺服系統(tǒng)，控制器為西門子S7-300PLC，CPU為313C-2DP。設(shè)計(jì)中首先要完成硬件系統(tǒng)的連接配置，將傳送帶和三軸伺服電機(jī)的驅(qū)動器的輸入輸出信號接入控制器，伺服電機(jī)的光電編碼器信號接入驅(qū)動器形成閉環(huán)實(shí)現(xiàn)電機(jī)位置的準(zhǔn)確控制，并設(shè)置調(diào)節(jié)驅(qū)動器的配置參數(shù)，讓電機(jī)以最適宜的狀態(tài)工作。軟件設(shè)計(jì)中，假設(shè)遇偶然因素發(fā)生意外，系統(tǒng)應(yīng)該保持關(guān)閉狀態(tài)以保證平安。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，開啟電源后，傳送帶開場工作。假設(shè)接近開關(guān)檢測到有物料到達(dá)則傳送帶停頓轉(zhuǎn)動，三軸系統(tǒng)開場運(yùn)作：Z軸下移至物料處，啟動電磁閥，吸住物料，Z軸上升至原位；啟動*軸和Y軸到達(dá)指定位置；啟動Z軸到達(dá)放置處，關(guān)閉電磁閥，Z軸回到原位；啟動*軸和Y軸回到初始位置則完成一個(gè)周期，下一次取放物料的時(shí)候則改變放置位置，重復(fù)當(dāng)前過程。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用主體循環(huán)的方式，在每次循環(huán)中整理好各個(gè)局部的時(shí)序邏輯，并兼顧意外干擾的處理，由此可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能需求。運(yùn)行設(shè)備與環(huán)境三軸聯(lián)動取物機(jī)械臺一臺西門子S7-313C-2DPPLC一臺STEP7/MiroWIN軟件氣缸、電磁閥組件一套本文研究容及各章安排各章安排本文詳細(xì)介紹了基于PLC控制三軸聯(lián)動機(jī)械臺的控制系統(tǒng)，并給出了整體硬件系統(tǒng)的連接配置和軟件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。各章安排如下：第1章緒論：介紹工程背景與任務(wù)，并結(jié)合對象給出了設(shè)計(jì)的核心思想，以及相應(yīng)的軟硬件運(yùn)行環(huán)境。第2章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)：介紹工程的總體設(shè)計(jì)需求和構(gòu)架。第3章硬件局部設(shè)計(jì)：介紹說明系統(tǒng)硬件局部的設(shè)計(jì)。第4章硬件局部設(shè)計(jì)：詳細(xì)介紹說明系統(tǒng)軟件編程的設(shè)計(jì)。第5章系統(tǒng)的調(diào)試：介紹在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中軟硬件的調(diào)試過程。第6章總結(jié)：總結(jié)本工程容與任務(wù)，并對軟件可行性進(jìn)展了說明。課題關(guān)鍵問題和難點(diǎn)1、系統(tǒng)三維坐標(biāo)：建立三維坐標(biāo)是三軸聯(lián)動系統(tǒng)的根本，所有的時(shí)序控制和執(zhí)行動作都是基于適宜的坐標(biāo)系的，建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)是完成三軸系統(tǒng)的必備前提。2、伺服電機(jī)的控制：伺服電機(jī)是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確位置控制的執(zhí)行器，要利用伺服電機(jī)的"無自轉(zhuǎn)〞特性和伺服電機(jī)的編碼器反響幫助準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的實(shí)時(shí)控制和準(zhǔn)確定位和是完成系統(tǒng)功能的根本。3、系統(tǒng)各局部時(shí)序控制的配合：正確合理地時(shí)序邏輯控制是系統(tǒng)平安穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。啟動電源后，須先檢測是否有物件到達(dá)；假設(shè)有，在拿取物件時(shí)，應(yīng)啟動Z軸，到達(dá)物料時(shí)開啟電磁閥，然后Z軸反轉(zhuǎn)回原位置；然后啟動*、Y軸到達(dá)指定位置；放下物料；再回歸原點(diǎn)。在整個(gè)循環(huán)過程中確定優(yōu)先級，在其中的一個(gè)工作過程中要及時(shí)響應(yīng)意外干擾信號，保證系統(tǒng)平安，同時(shí)要屏蔽一局部信號延時(shí)處理或者不處理。各個(gè)局部的協(xié)調(diào)配合，按照合理地時(shí)序邏輯運(yùn)行是三軸系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，此局部需要研究三軸的配合運(yùn)作算法。5、控制器PLC的編程：這是系統(tǒng)的核心控制局部，在PLC編程準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各局部的時(shí)序邏輯是編程中最主要的任務(wù)，也是主要的難點(diǎn)。總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)硬件總體框架系統(tǒng)主要由控制器PLC、傳送帶三相異步電機(jī)及變頻器、三軸伺服電機(jī)及驅(qū)動器、人機(jī)交互按鍵開關(guān)、電磁閥及氣缸等局部組成。三軸聯(lián)動控制系統(tǒng)的核心控制器為PLC，實(shí)際選用的是西門子S7-300型號。由PC機(jī)與PLC連接進(jìn)展編程、調(diào)試等操作，PLC還可以通過RS485與其他構(gòu)造進(jìn)展通信；PLC的最主要功能是根據(jù)所編寫程序控制三軸伺服電機(jī)驅(qū)動器和傳動帶電機(jī)的變頻器，根據(jù)開關(guān)按鈕、接近開關(guān)或者程序部的信號輸入向驅(qū)動器輸出控制信號：電機(jī)使能信號、方向控制信號、脈沖信號、異警信號等；驅(qū)動器由電源供電，根據(jù)PLC輸入的脈沖信號調(diào)節(jié)輸出電壓U、V、W以控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，脈沖數(shù)量決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動距離。伺服電機(jī)的光電編碼器信號回饋到伺服驅(qū)動器中，使系統(tǒng)閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的位置控制。系統(tǒng)總體控制構(gòu)造圖PLC控制三軸電機(jī)PLC是系統(tǒng)的核心控制器，三軸聯(lián)動取物系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)就是PLC按照時(shí)序控制傳送帶異步電機(jī)和三軸伺服電機(jī)按照一定時(shí)序運(yùn)行相應(yīng)距離，加上電磁閥的協(xié)調(diào)配合從而實(shí)現(xiàn)取物放物并且準(zhǔn)確定位的過程。PLC在按鍵啟動后使傳動帶電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在無意外干擾的情況下檢測到有物料到達(dá)〔接近開關(guān)有輸入〕，則停頓傳動帶，啟動*、Y、Z三軸伺服電機(jī)，進(jìn)展吸物料、移位、放物料、回原位的操作過程。因此三軸系統(tǒng)最主要的控制局部就在于PLC控制傳動帶三相異步電機(jī)和三個(gè)軸上的三個(gè)伺服電機(jī)，使之協(xié)調(diào)配合運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)縮要求的工作。PLC控制系統(tǒng)電機(jī)示意圖傳動帶的三相異步電機(jī)由變頻器驅(qū)動，屬于開環(huán)控制，PLC僅控制電機(jī)的啟停。有接近開關(guān)的輸入即說明有物料到達(dá)，則停頓電機(jī)，取物后則啟動電機(jī)，對速度和停頓時(shí)間沒有要求。三個(gè)軸上的伺服電機(jī)由其對應(yīng)的驅(qū)動器驅(qū)動，PLC輸出的使能信號控制其啟停，方向信號控制其轉(zhuǎn)動方向，脈沖信號的頻率和數(shù)量控制其速度和移動的距離。伺服電機(jī)上的光電編碼器檢測信號反響到驅(qū)動器上形成閉環(huán)回路，則驅(qū)動器可以根據(jù)反響的信號調(diào)整輸出的脈沖從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的準(zhǔn)確定位。PLC控制四個(gè)電機(jī)的運(yùn)動是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)取放物料功能的主體局部，也是系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，從每一個(gè)單軸的控制開場由簡到繁，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多軸的有機(jī)結(jié)合，會使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更為簡單實(shí)際，并且更方便調(diào)試。系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲與查詢系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是基于系統(tǒng)硬件的構(gòu)成在PLC中的軟件編程，這是系統(tǒng)控制局部的核心，也是關(guān)鍵所在。系統(tǒng)軟件的重點(diǎn)在于時(shí)序，PLC的LAD梯形圖編程語言是以后總很形象的語言，語言的邏輯類似于匯編。因此應(yīng)該深刻理解LAD語言的含義和原理，在編程時(shí)注重時(shí)序邏輯，由簡到繁，步步為營。程序中的時(shí)序關(guān)系著系統(tǒng)運(yùn)行的平安性、穩(wěn)定性和正確性。在每一種情況下根據(jù)不同的優(yōu)先級確定優(yōu)先響應(yīng)的步驟，只有把每一個(gè)局部的時(shí)序邏輯建立完善，并且融入系統(tǒng)整體中，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平安穩(wěn)定的運(yùn)行，防止發(fā)生意外事故。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)清晰的時(shí)序邏輯，系統(tǒng)的工作的流程圖就格外重要。大至系統(tǒng)宏觀的軟件構(gòu)造，小至每一個(gè)小子程序都需要有正確的流程，有了正確的流程才能有正確的邏輯，有了正確合理地邏輯才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的功能要求，使系統(tǒng)程序不至于跑飛出現(xiàn)系統(tǒng)故障，以保證系統(tǒng)的平安和穩(wěn)定性。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的模塊圖系統(tǒng)的工作流程圖說明系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的幾個(gè)主要局部：啟動后的初始化，檢測機(jī)械手是否在三維坐標(biāo)的原點(diǎn)處，如果是則不動，如果不是則將*、Y、Z三軸回歸零點(diǎn)，完成初始化；初始化完成后啟動傳動帶電機(jī)，并且開場檢測是否有物料到達(dá)；如果有物料到達(dá)則停頓傳送帶轉(zhuǎn)動，移動機(jī)械手吸取物料再移動至指定位置，放下物料，并且回歸原點(diǎn)；在完成一個(gè)過程后把物料堆放的位置信息存入保護(hù)區(qū)，以防掉電等意外情況。當(dāng)下一個(gè)物料到達(dá)時(shí)，則按程序要求更改目標(biāo)存放位置，進(jìn)展下一個(gè)循環(huán)。為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的平安，要求電源的24V開關(guān)能夠控制所有電機(jī)和傳感器的通斷，擁有第二高的優(yōu)先級，所有的功能流程應(yīng)當(dāng)在開關(guān)按鈕翻開后才能運(yùn)行；當(dāng)按下關(guān)閉按鈕后，所有電機(jī)能夠處于關(guān)閉狀態(tài)，防止發(fā)生不可控的意外。而急停開關(guān)則是另一道保險(xiǎn)，按下急停開關(guān)后，應(yīng)當(dāng)能切斷所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，這是在程序跑飛或者機(jī)械失控時(shí)緊急啟用的，所以應(yīng)該擁有最高的優(yōu)先級，防止發(fā)生意外事故時(shí)帶來的嚴(yán)重后果。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)PLC簡介PLC的定義PLC即可編程控制器〔ProgrammablelogicController〕，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根底的新型工業(yè)控制裝置，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。PLC的開展和未來PLC經(jīng)過上個(gè)世紀(jì)幾個(gè)階段的開展已經(jīng)獲得了巨大成果，進(jìn)入了相當(dāng)成熟的階段，在現(xiàn)代工業(yè)中占據(jù)極為重要的地位。70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化開展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)全面引入可編程控制器中，其功能發(fā)生了飛躍。80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)末期，可編程控制器的開展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期開展了大型機(jī)和超小型機(jī)，用于各式各樣的控制場合。21世紀(jì)，PLC會有更大的開展。計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，將會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)?？删幊炭刂破骱推渌I(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的開展方向。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開展，PLC作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成局部，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。PLC的工作原理當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元。輸入采樣完畢后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序。在掃描每一條梯形圖時(shí)，按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)展邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的但凡用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。當(dāng)輸出刷新階段掃描用戶程序完畢后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。PLC工作流程示意圖PLC的優(yōu)點(diǎn)通用性強(qiáng)、靈活性好、功能齊全PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，具有面向工業(yè)控制的鮮明特點(diǎn)。通過選配相應(yīng)的控制模塊便可適用于各種不同的工業(yè)控制系統(tǒng)。同時(shí)，由于PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在存中，當(dāng)生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)設(shè)備更新時(shí)，不必改變PLC的硬件，只需改變程序，改變控制邏輯，其連線少，體積小，加之PLC中每只軟繼電器的觸點(diǎn)數(shù)理論上無限制，因此，靈活性和擴(kuò)展性都很好?？煽啃愿?、抗干擾能力強(qiáng)為了確保PLC在惡劣的工業(yè)環(huán)境下能可靠的工作。在設(shè)計(jì)中強(qiáng)化了PLC的抗干擾能力，使之能抗諸如電噪聲、電源波動、振動、電磁干擾等的干擾。PLC能承受電網(wǎng)電壓的變化，可直接由交流市電供電，直接取自電控箱電源。即使在電源瞬連續(xù)電的情況下，仍可正常工作。PLC在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中除了對元器件嚴(yán)格篩選外，硬件和軟件還采用屏蔽、濾波。光電隔離和故障診斷、自動恢復(fù)等措施，有的PLC還采用了冗余技術(shù)等，進(jìn)一步增強(qiáng)了PLC的可靠性。編程簡單、使用方便PLC在根本控制方面采用梯形圖語言進(jìn)展編程，這種梯形圖是與繼電器控制電路圖相照應(yīng)的，形式簡單、直觀性強(qiáng)，廣闊電氣人員容易承受。用梯形圖編程出錯(cuò)率比匯編語言低得多。梯形圖、流程圖、語句表之間可以有條件的相互轉(zhuǎn)換，使用極其方便。模塊化構(gòu)造、安裝簡單、調(diào)試方便PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化構(gòu)造設(shè)計(jì)，由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來，由于配置靈活，使擴(kuò)展、維護(hù)更加方便。另外，PLC的接線十分方便，只需將輸入信號的設(shè)備〔如按鈕、開關(guān)等〕與PLC的輸入端子相連，將承受控制的執(zhí)行元件〔接觸器、電磁閥等〕與輸出端子相連即可。調(diào)試工作大局部是室調(diào)試，用模擬開關(guān)模擬輸入信號，其輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)可以觀察PLC上相應(yīng)的發(fā)光二極管，可以根據(jù)它進(jìn)展測試、排錯(cuò)和修改。系統(tǒng)PLC配置S7-300CPU的根本構(gòu)造系統(tǒng)的硬件主要分兩局部，控制器和執(zhí)行器。控制器為西門子SIMATICS7-300PLC，SIMATICS7-300系列屬于中型PLC，最多可以擴(kuò)展32個(gè)模塊。300系列采用的是模塊化構(gòu)造，由機(jī)架和模塊組成。通常情況下，300的系統(tǒng)由機(jī)架、電源模塊、CPU、數(shù)字輸入輸出模塊、模擬輸入輸出模塊組成。CPU313C是具有更大程序存儲器、低本錢的解決方案，適用于對速度要求較高、程序較大的的小型應(yīng)用領(lǐng)域。CPU313C置置12KB的RAM，其裝載存儲器為置40KB的RAM，可用存儲卡擴(kuò)大裝載存儲器，最大容量為256KB，指令執(zhí)行速度為600ns/二進(jìn)制指令。擴(kuò)展模塊只能裝在一個(gè)機(jī)架上，最大擴(kuò)展128點(diǎn)數(shù)字量和32路模擬量。CPU采用的是軟件時(shí)鐘，他給用戶提供了一個(gè)工作時(shí)間定時(shí)器，該定時(shí)器可用來計(jì)量CPU或所連接接的工作時(shí)間長度。本次設(shè)計(jì)使用的CPU具體型號為S7-313C-2DP。CPU自帶接入電源，因此不需另外添加電源模塊。CPU上集成了16位的數(shù)字輸入和兩個(gè)8位的數(shù)字輸出，在使用中能夠根本滿足設(shè)計(jì)需求。西門子CPU313C-2DP根本構(gòu)造①狀態(tài)和出錯(cuò)LED②帶有彈出裝置的SIMATICMMC卡的插槽③集成輸入和輸出的端子④電源連接⑤1.接口*1(MPI/DP)⑥2.接口*2(PN)，配有雙端口交換機(jī)⑦M(jìn)AC地址和二維條形碼⑧模式選擇器開關(guān)CPU面板上的指示燈表示CPU中的狀態(tài)，其各個(gè)含義為：SF：表示狀態(tài)和出錯(cuò)LED〔硬件錯(cuò)誤〕BF：網(wǎng)絡(luò)通信錯(cuò)誤〔BusFault〕FRCE：至少有一個(gè)輸入或輸出被強(qiáng)制MAINT：維護(hù)請求MRES：格式化S7-300CPU的根本構(gòu)造CPU313C-2DP上集成了16位的數(shù)字輸入和兩個(gè)8位的數(shù)字輸出。CPU中每個(gè)IO口都能當(dāng)做普通的開關(guān)量輸出口使用，其中的局部IO口還擁有特定的技術(shù)功能，不同CPU的IO口擁有的技術(shù)功能也不同。本次設(shè)計(jì)的313C-2DP擁有3個(gè)通道分別用于計(jì)數(shù)、頻率測量〔最大頻率為30kHz〕或脈沖寬度調(diào)制(最大頻率為2.5kHz)。由于系統(tǒng)需要為三個(gè)軸上的伺服電機(jī)提供連續(xù)脈沖，因此將V0、V1、V2這三個(gè)通道設(shè)置為計(jì)數(shù)通道正好能夠滿足系統(tǒng)的需求，在系統(tǒng)硬件配置中將三個(gè)高速計(jì)數(shù)通道設(shè)置為脈沖調(diào)制，并設(shè)定適宜的頻率，在程序中調(diào)用相應(yīng)的功能塊，則能實(shí)現(xiàn)最高2.5KHZ頻率脈沖的輸出。西門子CPU313C-2DP根本構(gòu)造CPU中的Zn表示計(jì)數(shù)器n，可通過軟件配置來實(shí)現(xiàn)頻率測量和計(jì)數(shù)的功能，頻率測量時(shí)測量圍最高可到達(dá)30KHZ；A、B表示編碼器信號，當(dāng)系統(tǒng)需要將編碼器的信號反響至CPU時(shí)，則將A、B相信號輸入到指定的輸入口，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)；鎖存器的功能則為存儲計(jì)數(shù)器的距離。S7-300CPU的輸入輸出模式PLC的輸出方式有三種：晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出。晶體管輸出電路形式相比于繼電器輸出響應(yīng)快〔一般在0.2ms以下〕，適用于要求快速響應(yīng)的場合；由于晶體管是無機(jī)械觸點(diǎn)，因此比繼電器輸出電路形式的壽命長。晶體管輸出型電路的外接電源只能是直接電源，這是其應(yīng)用局限的一方面。另外，晶體管輸出驅(qū)動能力要小于繼電器輸出，允許負(fù)載電壓一般為DC5V～30V，允許負(fù)載電流為0.2A～0.5A。這兩點(diǎn)的使用晶體管輸出電路形式時(shí)要注意。晶體管輸出電路的形式主要有兩種：NPN和PNP型集電極開路輸出。繼電器輸出電路形式外接電源既可以是直流，也可以是交流。PLC繼電器輸出電路形式允許負(fù)載一般是AC250V/50V以下，負(fù)載電流可達(dá)2A，容量可達(dá)80～100VA〔電壓×電流〕，因此，PLC的輸出一般不宜直接驅(qū)動大電流負(fù)載。PLC繼電器輸出電路的形式繼電器觸點(diǎn)的使用壽命也有限制〔十萬次左右〕，繼電器輸出的響應(yīng)時(shí)間也比較慢〔10ms左右〕。因此，在要求快速響應(yīng)的場合不適合使用此種類型的電路輸出形式。雙向晶閘管輸出電路只能驅(qū)動交流負(fù)載，響應(yīng)速度也比繼電器輸出電路形式要快，壽命要長。雙向晶閘管輸出的驅(qū)動能力要比繼電器輸出的要小，允許負(fù)載電壓一般為AC85～242V；單點(diǎn)輸出電流為0.2A～0.5A，當(dāng)多點(diǎn)共用公共端時(shí)，每點(diǎn)的輸出電流應(yīng)減小。為了保護(hù)晶閘管，通常在PLC部電路晶閘管的兩端并接RC阻容吸收元件〔一般為0.015uF/22Ω左右〕和壓敏電阻，因此在晶閘管關(guān)斷時(shí)，PLC的輸出仍然有1～2mA的開路漏電流，這就可能導(dǎo)致一些小型繼電器在PLC輸出OFF時(shí)無法關(guān)斷的情況。西門子CPU313C-2DP的集成數(shù)字I/O方塊圖本次設(shè)計(jì)CPU為晶體管輸出，輸出響應(yīng)快，無機(jī)械觸點(diǎn)，使用壽命長，但是輸出的驅(qū)動能力缺乏，承受的電壓電流單位也不夠。因此當(dāng)要驅(qū)動功率要求較高的局部〔如驅(qū)動電機(jī)的使能端、電磁閥、異警警報(bào)等〕時(shí)，需要借助外部的繼電器驅(qū)動，以免損傷IO口。伺服電機(jī)簡介伺服電機(jī)的根本常識伺服電機(jī)〔servomotor〕是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反響，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類。永磁交流伺服系統(tǒng)的驅(qū)動器經(jīng)歷了模擬式、模式混合式的開展后，目前已經(jīng)進(jìn)入了全數(shù)字的時(shí)代。全數(shù)字伺服驅(qū)動器不僅克制了模擬式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等確定，還充分發(fā)揮了數(shù)字控制在控制精度上的優(yōu)勢和控制方法的靈活，使伺服驅(qū)動器不僅構(gòu)造簡單，而且性能更加的可靠?，F(xiàn)在，高性能的伺服系統(tǒng)，大多數(shù)采用永磁交流伺服系統(tǒng)其中包括永磁同步交流伺服電動機(jī)和全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動器兩局部。伺服驅(qū)動器有兩局部組成：驅(qū)動器硬件和控制算法。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)之一，是國外交流伺服技術(shù)封鎖的主要局部，也是在技術(shù)壟斷的核心。其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服電機(jī)的工作原理交流伺服電動機(jī)的構(gòu)造主要可分為兩局部，即定子局部和轉(zhuǎn)子局部。伺服電機(jī)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反響信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反響值與目標(biāo)值進(jìn)展比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度〔線數(shù)〕。定子的構(gòu)造與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子根本一樣，在定子鐵心中也安放著空間互成90度電角度的兩相繞組。其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組，交流伺服電動機(jī)一種兩相的交流電動機(jī)。交流伺服電動機(jī)使用時(shí)，激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓Uf，控制繞組兩端施加控制電壓Uc。當(dāng)定子繞組加上電壓后，伺服電動機(jī)很快就會轉(zhuǎn)動起來。通入勵磁繞組及控制繞組的電流在電機(jī)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向，當(dāng)任意一個(gè)繞組上所加的電壓反相時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場的方向就發(fā)生改變，電機(jī)的方向也發(fā)生改變。為了在電機(jī)形成一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場，要求激磁電壓Uf和控制電壓Uc之間應(yīng)有90度的相位差，常用的方法有：〔1〕利用三相電源的相電壓和線電壓構(gòu)成90度的移相；〔2〕利用三相電源的任意線電壓；〔3〕采用移相網(wǎng)絡(luò)；〔4〕在激磁相中串聯(lián)電容器；交流伺服電機(jī)的工作原理圖伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)〔1〕電動機(jī)無電刷和換向器，工作可靠，維護(hù)和保養(yǎng)簡單；〔2〕定子繞組散熱快；〔3〕慣量小，易提高系統(tǒng)的快速性；〔4〕適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)；〔5〕一樣功率下，體積和重量較小，廣泛的應(yīng)用于機(jī)床、機(jī)械設(shè)備、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、印刷設(shè)備、裝配機(jī)器人、加工機(jī)械、高速卷繞機(jī)、紡織機(jī)械等場合，滿足了傳動領(lǐng)域的開展需求。交流伺服系統(tǒng)的根本構(gòu)造交流永磁同步伺服驅(qū)動器主要有伺服控制單元、功率驅(qū)動單元、通訊接口單元、伺服電動機(jī)及相應(yīng)的反響檢測器件組成，其構(gòu)造組成如圖1所示。其中伺服控制單元包括位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器等等。我們的交流永磁同步驅(qū)動器其集先進(jìn)的控制技術(shù)和控制策略為一體，使其非常適用于高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動領(lǐng)域，還表達(dá)了強(qiáng)大的智能化、柔性化是傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)所不可比較的。伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn)精度：實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制，克制了步進(jìn)電機(jī)失步的問題；轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能到達(dá)2000～3000轉(zhuǎn)；穩(wěn)定：低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí)不會產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。適用于有高速響應(yīng)要求的場合；適應(yīng)性：抗過載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對有瞬間負(fù)載波動和要求快速起動的場合特別適用；及時(shí)性：電機(jī)加減速的動態(tài)相應(yīng)時(shí)間短，一般在幾十毫秒之；舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。簡單點(diǎn)說就是：平?？吹降哪欠N普通的電機(jī)，斷電后它還會因?yàn)樽陨淼膽T性再轉(zhuǎn)一小段時(shí)間才停下來。而伺服電機(jī)是即停即走，反響極快。但步進(jìn)電機(jī)存在失步現(xiàn)象。伺服電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，只要是要有動力源的，而且對精度有要求的一般都可能涉及到伺服電機(jī)。如機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機(jī)器人、自動化生產(chǎn)線等對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求相對較高的設(shè)備。伺服電機(jī)驅(qū)動器伺服電機(jī)驅(qū)動器的構(gòu)造伺服電機(jī)驅(qū)動器是專門驅(qū)動伺服電機(jī)，可以根據(jù)控制器產(chǎn)生的脈沖信號將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的U、V、W電壓傳輸給電機(jī)從而控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動距離。并能將電機(jī)的光電編碼器反響至驅(qū)動器，形成閉環(huán)回路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的準(zhǔn)確定位。本次設(shè)計(jì)選用的是臺達(dá)ASDA-B2系列伺服驅(qū)動器，具體的型號為ECMA-C20604PS，其含義為：ECM：電子換向式電機(jī)A：交流伺服電機(jī)C2：額定電壓為220V，額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，編碼器形式為17-bit〔光學(xué)編碼器〕06：電機(jī)框架尺寸為60mm04：額定功率為400WP：鍵槽〔帶螺絲孔位〕，無剎車，無油封S：標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)則：S伺服電機(jī)系統(tǒng)完整可操作的伺服組件應(yīng)包括：(1)伺服驅(qū)動器及伺服電機(jī)。(2)一條UVW電機(jī)動力線，紅〔U〕、白〔V〕、黑〔W〕依序三條線鎖在驅(qū)動器上的電機(jī)輸出座，還有一條綠色地線請鎖在驅(qū)動器的接地處。(3)一條編碼器控制信號線與電機(jī)端編碼器的母座相接，一端連接器至驅(qū)動器2，另一端為公座。(4)于1使用44PIN接頭。(5)于2使用9PIN接頭。(6)于3使用6PIN接頭。臺達(dá)伺服驅(qū)動器各局部名稱該伺服驅(qū)動器主要包含電源、電機(jī)輸出、顯示局部、操作局部、控制連接器、編碼器連接器和連接器等局部?？刂苹芈冯娫礊轵?qū)動器部提供控制局部的驅(qū)動電壓，如±15V、5V、3.3V、24V等電壓。主控制回路電源的R、S、T連接在商用電源，為驅(qū)動器部整流局部提供三相電源，整流出來的直流經(jīng)過控制信號的調(diào)制逆變生產(chǎn)可調(diào)的三相電以控制伺服電機(jī)。顯示局部由五位七段數(shù)碼管顯示伺服驅(qū)動器的狀態(tài)、異警或者驅(qū)動器部參數(shù)。操作局部可以通過按鍵設(shè)置修改功能、參數(shù)、監(jiān)控設(shè)定等。控制連接器1：與可編程控制器PLC或者其他控制IO口連接。編碼器連接器2：連接伺服電機(jī)檢測器，將編碼器連接進(jìn)入驅(qū)動器形成閉環(huán)系統(tǒng)。RS485&RS232連接器：與PC機(jī)或者控制器連接，并能與其他設(shè)備連接通信。伺服電機(jī)驅(qū)動器部構(gòu)造及接線交流伺服驅(qū)動器的部構(gòu)造圖和接線圖啟動器中主要包含主控制回路、控制回路、回生處理回路、保護(hù)回路等回路。其中最主要的是主控制回路和控制回路。主控制回路是將電源三相電R、S、T通過整流和逆變轉(zhuǎn)化為可控的U、V、W三相電以控制電機(jī)?？刂苹芈穭t是根據(jù)控制器PLC的控制信號計(jì)算產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波來驅(qū)動IGBT以控制逆變過程產(chǎn)生輸出電機(jī)的控制電壓。驅(qū)動器中的主控制回路是三相電R、S、T輸入后經(jīng)過整流電路變成直流，再經(jīng)過IGBT驅(qū)動的逆變電路逆變?yōu)榭烧{(diào)的U、V、W三相電壓，輸出以驅(qū)動伺服電機(jī)。驅(qū)動器的控制電路主體為DSP和CPLD控制器。DSP處理器將電機(jī)的光電編碼器檢測反響信號和可編程控制器PLC的控制信號通過一系列復(fù)雜運(yùn)算計(jì)算出控制脈沖的導(dǎo)通角信號傳輸給CPLD，CPLD通過硬件實(shí)現(xiàn)軟件根據(jù)DSP傳輸來的信號產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波形。用產(chǎn)生的波形驅(qū)動IGBT，以實(shí)現(xiàn)控制逆變的功能，以產(chǎn)生所需要的控制電壓。交流伺服驅(qū)動器部工作流程圖伺服電機(jī)驅(qū)動器的參數(shù)設(shè)置驅(qū)動器的模式選擇及其構(gòu)架伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置首先應(yīng)確定控制模式，驅(qū)動器有三種模式：位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制。由于本設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)準(zhǔn)確定位，因此選擇位置控制模式。位置控制模式被應(yīng)用于精細(xì)定位的場合，例如產(chǎn)業(yè)機(jī)械，具有方向性的指令脈沖輸入可經(jīng)由外界來的脈沖來操縱電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度，可承受高達(dá)4Mpps的脈沖輸入，在位置閉回路系統(tǒng)中，以速度模式為主體，外部增加增益型式位置控制器及前置補(bǔ)償。同時(shí)，如同速度模式，二種操縱模式〔手動、自動〕提供使用者來選擇，此處說明增益型式位置控制器，前置補(bǔ)償及位置指令處理方式。驅(qū)動器位置控制模式流程圖位置控制模式用在需要準(zhǔn)確控制運(yùn)動位置的場合，這種模式能夠?qū)⑤斎氲目刂菩盘栟D(zhuǎn)化為位置信號，并且在光電編碼器的反響作用下能夠使電機(jī)準(zhǔn)確定位。位置控制模式相較于速度模式和轉(zhuǎn)矩模式較為復(fù)雜，位置模式的控制過程中還包含了位置模式和電流模式的閉環(huán)電路，并且還有光電編碼器的反響作用，是一種較為復(fù)雜、控制準(zhǔn)確的控制模式，在需要高精度位置控制的系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。PT模式位置指令P1-00PT位置指令是端子臺輸入的脈沖，脈沖有三種型式可以選擇，每種型式也有正/負(fù)邏輯之分，。P1-00表示外部脈沖列輸入型式設(shè)定，其設(shè)定值為102。其含義為：參數(shù)P1-00設(shè)定值含義參數(shù)初值為0*2，設(shè)定圍為0~1132，數(shù)據(jù)大小為16bit。其中脈沖型式表示為：0：AB相脈沖列1：正轉(zhuǎn)脈沖列及逆轉(zhuǎn)脈沖列2：脈沖列+符號由于本系統(tǒng)控制電機(jī)時(shí)采用的是用PULSE輸出脈沖，由SIGN輸出方向信號，即SIGN為1正轉(zhuǎn)，為0時(shí)反轉(zhuǎn)，因此脈沖形式為2。濾波寬度：過濾脈沖頻率瞬間過大，超過頻率設(shè)定太高的脈沖頻率，會被視為噪聲濾掉。本次設(shè)計(jì)選擇設(shè)定值為0。濾波寬度設(shè)定值參數(shù)中的正邏輯表示：1代表高電平，0代表低電平。負(fù)邏輯則與此相反。本次設(shè)計(jì)中邏輯形式為正邏輯1。AB相脈沖列表示用脈沖PULSE、方向SIGN兩相脈沖〔即A、B兩相〕的先后時(shí)序來表示正向、反向轉(zhuǎn)動；正/轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)脈沖序列則PULSE和SIGN分別的置高置低、用作脈沖輸出來實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的切換；而脈沖列+符號則是用PULSE固定輸出脈沖，用SIGN的上下來確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。邏輯形式和脈沖型式示意圖電子齒輪比分子〔N1〕P1-44初值：16控制模式：位置控制模式PT設(shè)定圍：1~〔2-1〕 數(shù)據(jù)大?。?2bit本設(shè)計(jì)的參數(shù)P1-44設(shè)置為100。電子齒輪比分子可藉由GNUM0，GNUM1二輸入接腳進(jìn)展選擇切換。假設(shè)二輸入接腳無定義時(shí)，電子齒輪比分子定為P1-44。應(yīng)在停頓狀態(tài)下進(jìn)展切換，以防止切換過程中機(jī)械產(chǎn)生振動。電子齒輪比的分子設(shè)置電子齒輪比分母〔M〕P1-45初值：10控制模式：位置控制模式PT設(shè)定圍：1~〔2-1〕數(shù)據(jù)大小：32bit參數(shù)功能：設(shè)定錯(cuò)誤時(shí)伺服電機(jī)易產(chǎn)生暴沖，指令脈沖輸入比值設(shè)定為：電子齒輪比在位置指令中的作用指令脈沖輸入比值圍：1／50＜N*／M＜25600。本設(shè)計(jì)的參數(shù)P1-45設(shè)置為100。電子齒輪提供簡單易用的行程比例變更，通常大的電子齒輪比會導(dǎo)致位置指令步階化，可透過低通濾波器將其平滑化來改善此一現(xiàn)象。由于電子齒輪比分子P1-44電子齒輪比分母P1-45設(shè)定值都為100，因此電子齒輪比為1，則指令端每一個(gè)脈沖所對到電機(jī)轉(zhuǎn)動脈沖為1個(gè)脈沖。低通濾波器P1-08低通濾波器能夠使伺服電機(jī)運(yùn)動到達(dá)指定位置的過程更加平滑，減少電機(jī)的沖撞。初值：0控制模式：位置控制模式PT單位：10ms設(shè)定圍：0~1000數(shù)據(jù)大?。?6bit本設(shè)計(jì)設(shè)定的P1-08參數(shù)為500，能夠較好地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑運(yùn)動。增益調(diào)整方式P2-32初值：0控制模式：ALL單位：-設(shè)定圍：0~2數(shù)據(jù)大?。?6bit1：自動模式〔持續(xù)調(diào)整〕。2：半自動模式〔非持續(xù)調(diào)整〕手動模式設(shè)定相關(guān)說明：當(dāng)P2-32設(shè)定為0時(shí)，所有控制増益相關(guān)參數(shù)P2-00，P2-02，P2-04，P2-06，P2-07，P2-25，P2-26可由使用者自行設(shè)定。由自動或半自動模式切換到手動模式時(shí)，會自動更新相關(guān)的增益參數(shù)。P2-32參數(shù)功能：0：手動模式。當(dāng)P2-32設(shè)定為0時(shí)，速度回路的比例增益〔P2-04〕、積分增益〔P2-06〕及前饋增益〔P2-07〕，由使用者自行設(shè)定，一般而言各參數(shù)的影響如下：比例增益：增加此增益則會提高速度回路響應(yīng)頻寬。積分增益：增加此增益則會提高速度回路低頻剛度，并降低穩(wěn)態(tài)誤差。同時(shí)也犧牲相位邊界值。過高的積分增益導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。前饋增益：降低相位落后誤差。自動模式設(shè)定相關(guān)說明：持續(xù)估測系統(tǒng)慣量，每隔30分鐘會自動儲存所估測的負(fù)載慣量比至P1-37，并參考P2-31的剛性及頻寬設(shè)定。1.由自動或半自動模式1或2設(shè)為手動模式0時(shí)，系統(tǒng)會自動儲存量測所得的負(fù)載慣量值至P1-37，并據(jù)此負(fù)載慣量值設(shè)定相對應(yīng)的控制參數(shù)。2.由手動模式0直接設(shè)為半自動或自動模式1或2時(shí)，需在P1-37適當(dāng)輸入負(fù)載慣量值。3.由自動模式1設(shè)為手動模式0時(shí)，P2-00，P2-04，P2-06會重新修改成自動模式下相對應(yīng)之參數(shù)值。由半自動模式2設(shè)為手動模式0時(shí)，P2-00，P2-04，P2-06，P2-25，P2-26會重新修改成自動模式下相對應(yīng)的參數(shù)值。半自動模式設(shè)定相關(guān)說明：1.當(dāng)系統(tǒng)慣量穩(wěn)定后，P2-33的顯示狀態(tài)為1，就停頓持續(xù)估測，并將估測的負(fù)載慣量比儲存至P1-37，當(dāng)由其他模式〔手動模式或是自動模式〕切換到半自動模式時(shí)，又會重新開場持續(xù)調(diào)整。2.當(dāng)系統(tǒng)慣量圍過大時(shí)，P2-33的顯示狀態(tài)為0，就會重新開場持續(xù)調(diào)整。本設(shè)計(jì)的P2-32設(shè)定值為0，表示選擇手動模式，因此將設(shè)定比例增益P2-00和前饋增益P2-02。位置控制比例增益P2-00在設(shè)定位置控制單元前，因?yàn)槲恢没芈返幕芈钒俣然芈?，使用者必須先將速度控制單元以手動〔參?shù)P2-32〕操作方式將速度控制單元設(shè)定完成。然后再設(shè)定位置回路的比例增益〔參數(shù)P2-00〕、前饋增益〔參數(shù)P2-02〕。或者使用自動模式來自動設(shè)定速度及位置控制單元的增益。1〕比例增益：增加此增益則會提高位置回路響應(yīng)頻寬。2〕前饋增益：降低相位落后誤差。位置回路頻寬不可超過速度回路頻寬，建議fp≤fv/4，fv：速度回路的響應(yīng)頻寬〔Hz〕，KPP=2×π×fp，其中fp：位置回路的響應(yīng)頻寬〔Hz〕。P2-00參數(shù)功能：位置控制增益值加大時(shí)，可提升位置應(yīng)答性及縮小位置控制誤差量。但假設(shè)設(shè)定太大時(shí)易產(chǎn)生振動及噪音。初值：35控制模式：PT單位：rad/s設(shè)定圍：0~2047數(shù)據(jù)大?。?6bit本設(shè)計(jì)的位置控制比例增益P2-00設(shè)定值為50。50rad/s的比例增益可以較為理想地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制。位置控制前饋增益P2-02P2-02參數(shù)功能：位置控制指令平滑變動時(shí)，增益值加大可改善位置跟隨誤差量。假設(shè)位置控制指令不平滑變動時(shí)，降低增益值可降低機(jī)構(gòu)的運(yùn)行振動現(xiàn)象。初值：50控制模式：PT單位：%設(shè)定圍：0~100數(shù)據(jù)大?。?6bit本設(shè)計(jì)的位置控制前饋增益P2-02設(shè)定值為50。50%的前饋增益值能夠較好地改善位置控制系統(tǒng)干擾的影響，能夠?qū)⒖深A(yù)知干擾降低影響。位置控制單元部構(gòu)造圖傳送帶機(jī)械構(gòu)造傳送帶局部是三軸取物系統(tǒng)不可或缺的組成局部，主要由三相異步電機(jī)和對應(yīng)的三菱變頻器組成。系統(tǒng)中對電機(jī)的功能要求不高，只需控制電機(jī)的啟動、停頓即可，無需控制電機(jī)的準(zhǔn)確定位，因此只需控制電機(jī)的啟停和控制電機(jī)轉(zhuǎn)動方向即可。電機(jī)的變頻器為三菱D-700變頻器，可以通過接線方式和控制器控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，可以通過參數(shù)設(shè)置調(diào)節(jié)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的速度，調(diào)節(jié)電機(jī)起始、停頓時(shí)的加速度，即啟停時(shí)間。傳送帶電機(jī)的主控制回路：傳動帶電機(jī)控制的主電路主電路中是變頻器中最常見的主電路，即輸入三相電壓R、S、T，經(jīng)過部控制之后輸出可控電壓U、V、W，輸出控制電機(jī)。而電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，高、中、低速度控制則有電機(jī)的接線控制，正轉(zhuǎn)STF和反轉(zhuǎn)STR接線都與公共點(diǎn)SD連接，當(dāng)STF與SD連接回路導(dǎo)通時(shí)則電機(jī)正轉(zhuǎn)，STR與SD的回路導(dǎo)通時(shí)則電機(jī)反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)中只需控制電機(jī)的啟停，對電機(jī)速度無要求，因此只需接通STF與SD，用軟件程序控制電機(jī)啟停即可。傳動帶電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制構(gòu)造系統(tǒng)引腳分配控制器接口1引腳接線為了更有彈性與上位控制器互相溝通，驅(qū)動器控制器接口提供可任意規(guī)劃的6組輸出及9組輸入。控制器提供的9個(gè)輸入設(shè)定與6個(gè)輸出分別為參數(shù)P2-10~P2-17、P2-36與參數(shù)P2-18~P2-22、P2-37。除此之外，還提供差動輸出的編碼器A+，A-，B+，B-，Z+，Z-信號，以及模擬轉(zhuǎn)矩命令輸入和模擬速度/位置命令輸入及脈沖位置命令輸入。其接腳圖如下：驅(qū)動器控制器接口1的引腳分布本次設(shè)計(jì)中，由于系統(tǒng)使用有限，因此無需用到每一個(gè)引腳，只需根據(jù)功能需求使用其中一局部引腳即可。本系統(tǒng)中每個(gè)軸使用的引腳其編號、名稱、功能和所連接到的引腳為如下表所示，其中關(guān)于PLC輸出引腳則是以Z軸控制的引腳為例的。引腳編號信號名稱連接的引腳功能描述6D01-SRDY當(dāng)驅(qū)動器通電后，控制回路與電機(jī)電源回路均無異警〔ALRM〕發(fā)生時(shí)，此輸出為ON。8DI4--9DI1-SON當(dāng)ON時(shí)，伺服回路啟動，電機(jī)線圈激磁。14--27DO5-ALRM伺服驅(qū)動器異警發(fā)生。〔除了正反極限、緊急停頓、通訊異常、低電壓發(fā)生時(shí)，為輸出WARN警告輸出〕。28DO5+P24V同上30DI8-EMGS為B接點(diǎn)，必須時(shí)常導(dǎo)通，否則驅(qū)動器顯示異警〔ALRM〕。31DI7--32DI6--33DI5-ARST當(dāng)異警〔ALRM〕發(fā)生后，此信號用來重置驅(qū)動器，使Ready〔SRDY〕信號重新輸出。34DI3--37/SIGNN24V接地39SIGNQ125.0與/SIGN組成回路，為高則正轉(zhuǎn)，為低則反轉(zhuǎn)。41/PULSEN24V接地43PULSEQ124.7與/PULSE組成回路，有脈沖輸入則有信號，可控制電機(jī)。驅(qū)動器控制器接口1的引腳分配表控制器接口1是驅(qū)動器與可編程控制器PLC的唯一連接途徑，因此設(shè)有輸入輸出通信口與之連接，PLC中輸出的脈沖信號PULSE和方向信號SIGN輸出到驅(qū)動器上以控制電機(jī)的速度、距離和方向。另外電機(jī)的SRDY、EMGS、ARST、SON等信號也由PLC輸出，但是由于其功率要求較高，因此需添加繼電器實(shí)現(xiàn)控制。各繼電器接線系統(tǒng)中有一局部接線的終端是功率要求較高的機(jī)械，由于控制器PLC是晶體管輸出，輸出響應(yīng)快，但是承受的功率、電壓、電流都較小，不能直接控制這局部機(jī)械，因此需要借助外接繼電器輸出隔離以保證平安，系統(tǒng)中設(shè)置了二十個(gè)繼電器用以作為輸出隔離，其中有9個(gè)作為PLC的輸入將機(jī)械臺的信號輸入到PLC中，另外12個(gè)將PLC的控制信號輸出到操作臺以控制電機(jī)等工作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能要求。引腳號信號名稱連接引腳繼電器號最終連接輸入信號91D01-1SRDYR1P24VKA1271D05-1ALRMR2P24VKA2411D04-1BRKRR3P24VKA392D01-2SRDYR4P24VKA4272D05-2ALRMR5P24VKA593D01-3SRDYR6P24VKA6273D05-3ALRMR7P24VKA7繼電器中輸入信號表表號名稱和連接引腳之前的數(shù)字表示驅(qū)動器的標(biāo)號，如1D01-和2D01-分別表示驅(qū)動器1和驅(qū)動器21接口中的第9號引腳。同理1SRDY和2SRDY分別表示驅(qū)動器1和驅(qū)動器2的SRDY信號。最終連接表示當(dāng)輸入信號為高時(shí)，繼電器導(dǎo)通，輸出端連接的一段，例如當(dāng)1SRDY為高時(shí)，繼電器輸出與P24V接通，輸出為高。系統(tǒng)過繼電器的輸入信號均為驅(qū)動器中的1接口中的局部信號。而通過繼電器的輸出信號則是通過PLC輸出到1、傳送帶電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制信號和控制機(jī)械手吸取物料的氣缸控制信號。輸出信號繼電器號控制信號信號名稱引腳號最終連接KA8R81SON1D1191-KA9R91ARST1D15331-KA10R101EMGS1D18301-KA11R112SON2D1192-KA12R122ARST2D15332-KA13R132EMGS2D18302-KA14R143SON3D1193-KA15R153ARST3D15333-KA16R163EMGS3D18303-KA17R17STFSDKA18R18STRSDKA20R20VVAP24V繼電器中輸出信號表表中KA8~KA16是PLC輸出到控制接口1的信號，STF、STR是控制傳動帶電機(jī)正反轉(zhuǎn)的信號，VVA是控制電磁閥的信號。PLC引腳分配系統(tǒng)核心控制器PLC是輸入信號的終端，也是輸出信號的源頭，因此各個(gè)輸入信號都要經(jīng)過PLC處理以便輸出控制信號。本系統(tǒng)選擇的控制器為SIMATICS7-313C-2DP，集成有一個(gè)16位輸入和兩個(gè)8位輸出。其中輸入局部包含限位開關(guān)、接近開關(guān)、SRDY、ALRM、按鍵開關(guān)等信號輸入引腳接入信號輸入功能I124.0急停開關(guān)控制系統(tǒng)急停I124.1啟動開關(guān)啟動系統(tǒng)I124.2停頓按鈕停頓系統(tǒng)I124.3SQ1*軸左限位開關(guān)I124.4SQ2*軸右限位開關(guān)I124.5SQ3Y軸左限位開關(guān)I124.6SQ4Y軸右限位開關(guān)I124.7P*6傳動帶檢測物料接近開關(guān)I125.0SRSY1驅(qū)動器1狀態(tài)正常I125.1SRSY2驅(qū)動器2狀態(tài)正常I125.2SRSY3驅(qū)動器3狀態(tài)正常I125.3ALRM1驅(qū)動器1無異警狀態(tài)I125.4ALRM2驅(qū)動器2無異警狀態(tài)I125.5ALRM3驅(qū)動器3無異警狀態(tài)I125.6BRSR3電機(jī)電磁剎車PLC輸入信號表PLC的輸出信號包括電機(jī)使能信號、脈沖信號、方向信號、復(fù)位信號、傳動帶電機(jī)控制信號、電磁閥控制信號。輸出引腳輸出信號控制功能Q124.0PULSE2驅(qū)動器2的脈沖信號Q124.1Q124.2PULSE3驅(qū)動器3的脈沖信號Q124.3SIGN2驅(qū)動器2的方向信號Q124.4SON1電機(jī)1的使能信號Q124.5SON2電機(jī)2的使能信號Q124.6SON3電機(jī)3的使能信號Q124.7PULSE1驅(qū)動器1的脈沖輸信號Q125.0SIGN1驅(qū)動器1的方向信號Q125.1ARST1驅(qū)動器1的復(fù)位信號Q125.2ARST2驅(qū)動器2的復(fù)位信號Q125.3ARST3驅(qū)動器3的復(fù)位信號Q125.4Q125.5VVA電磁閥控制信號Q125.6SIGN3驅(qū)動器3的方向信號Q125.7STF傳動帶控制信號PLC輸出信號表電機(jī)使能信號SON控制電機(jī)啟停的；脈沖信號PULSE的頻率和數(shù)量則是控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和距離；方向信號SIGN控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向；驅(qū)動器復(fù)位信號ARST控制使驅(qū)動器參數(shù)復(fù)位；電磁閥信號VVA控制電磁閥的通斷；傳送帶控制信號控制傳送帶電機(jī)的啟停。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)概略系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程圖如圖4-1所示，系統(tǒng)總體上是一個(gè)檢測--取物--移動--放物--回歸的循環(huán)操作，每循環(huán)一次則計(jì)數(shù)加1，更行目前堆放物料的坐標(biāo)位置，以進(jìn)一步用來控制多層堆放。在每一次循環(huán)當(dāng)中，軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)最大前提是平安性，系統(tǒng)中的急停開關(guān)和停頓開關(guān)在機(jī)械出現(xiàn)故障時(shí)務(wù)必能夠關(guān)掉器械，防止發(fā)生意外。編程實(shí)現(xiàn)功能時(shí)最重要的是注意時(shí)序邏輯，依照流程圖實(shí)現(xiàn)循環(huán)中每一項(xiàng)時(shí)序，防止出現(xiàn)時(shí)序混亂影響穩(wěn)定性，甚至出現(xiàn)平安隱患。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總流程圖在實(shí)現(xiàn)單次循環(huán)的根底上，還要實(shí)現(xiàn)多層擺放和每一層的擺放布局。在擺放時(shí)應(yīng)按照點(diǎn)--線--面--立體的順序，即擺放時(shí)每一個(gè)物料先按照*或者Y軸將每一條線上放置好，再逐條線擺放形成最底層，即為面；一層完畢之后再逐層增加，即為立體。如果只需按照方字格逐個(gè)擺放則程序中只需要每循環(huán)一次將下一個(gè)*、Y軸擺放地址減去物料橫截面積長寬大小的距離；當(dāng)一層放滿之后〔即*、Y軸的計(jì)數(shù)都滿一層的最大值〕，則將*、Y的計(jì)數(shù)清零，Z軸上的目標(biāo)坐標(biāo)減小，即在第二層重復(fù)操作。如果擺放時(shí)不是規(guī)則的擺放，則需要將每一層的目標(biāo)地址事先設(shè)定好，然后按順序擺放，當(dāng)一層放滿之后，第二層的目標(biāo)位置必須是在第一層已有的地址中，否則物料仍然會放置到第一層上。物料擺放時(shí)目標(biāo)位置流程圖各個(gè)動能塊軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件配置本次設(shè)計(jì)安裝的是SIMATICStep7_V5.5_SP1ENG64版本。由于西門子S7-300系列PLC屬于中型模塊化設(shè)計(jì)的可編程控制器，每一個(gè)常用的特殊功能都有相對應(yīng)的模塊?？刂扑欧姍C(jī)或者步進(jìn)電機(jī)，S7-300中有特殊功能塊FM354可以很方便地輸出脈沖、方向信號和使能信號，以控制電機(jī)的啟動、方向和行程。但是本次設(shè)計(jì)，由于原材料本錢問題，同時(shí)也為了提高難度，單獨(dú)使用CPU313C實(shí)現(xiàn)多個(gè)電機(jī)的控制。安裝軟件后，新建工程，首先要對工程進(jìn)展硬件配置，即將本次設(shè)計(jì)用到的PLC的相關(guān)硬件在工程軟件中配置出來，使軟件中與實(shí)際應(yīng)用中所用到的硬件一樣。硬件配置好之后，才能將軟件中編寫的程序下載到PLC中，并且進(jìn)展仿真和在線調(diào)試。在硬件配置時(shí)，首先應(yīng)在軟件中配置好Rail導(dǎo)軌，由于S7-300是模塊化組成，必須在導(dǎo)軌上才能添加硬件配置的各個(gè)模塊。然后在CPU-300中找到使用型號6ES7-6CF03-0AB0V2.6版本。拖至導(dǎo)軌上，則配置好硬件。硬件配置示意圖由于整個(gè)工程中使用的硬件設(shè)備只有一個(gè)CPU，因此配置是只用配置一個(gè)CPU即可。配置CPU之后，其中自帶的DP站、16位數(shù)字輸入、16位數(shù)字輸出和計(jì)數(shù)功能。硬件配置完畢之后，為了之后正確地編程，需在硬件配置中查看CPU自帶數(shù)字輸入輸出IO口的地址。輸入輸出IO口地址示意圖如圖4-4所示，配置中16位數(shù)字輸入的地址為I124.0~I125.7；兩個(gè)8位數(shù)字輸出的地址為Q124.0~Q125.7。脈沖輸出設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是控制伺服電機(jī)的準(zhǔn)確定位，而控制伺服電機(jī)定位的根底在于輸出適宜的可控的脈沖，脈沖的頻率控制電機(jī)的速度，數(shù)量控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的距離。因此輸出滿足需要的脈沖是設(shè)計(jì)中的根底。本次設(shè)計(jì)使用的CPU313C-2DP有三個(gè)集成口〔0、1、2通道〕可用作計(jì)數(shù)、頻率測量〔最高頻率為30KHZ〕和輸出脈寬調(diào)制波形〔最高頻率2.5KHZ〕，因此本設(shè)計(jì)中將利用CPU自帶的技術(shù)功能輸出PWM波形。但是經(jīng)測量驗(yàn)證，輸出口的Q124.1口〔即1通道〕為壞點(diǎn)，即不能正常輸出，因此只有兩個(gè)軸能夠使用CPU自帶的技術(shù)功能，另一個(gè)的脈沖輸出必須得依靠編程實(shí)現(xiàn)。技術(shù)功能輸出固定脈沖PWM使用CPU中自帶的PWM輸出時(shí)，必須在硬件配置的count選項(xiàng)中配置波形的頻率、輸出通道等參數(shù)。CPU自帶技術(shù)功能輸出PWM波形設(shè)置在配置時(shí)，分別配置0通道和2通道，用于對*、Y軸的控制。配置時(shí)的時(shí)基選擇w為0.1ms，周期選擇為100*0.1ms=10ms，因此輸出波形的頻率為100HZ。建立與SFB49關(guān)聯(lián)的DB塊在程序中輸出PWM時(shí)，可調(diào)用系統(tǒng)自帶系統(tǒng)功能塊中的脈沖輸出功能塊SFB49，每一個(gè)系統(tǒng)功能塊都需要有相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊〔DB塊〕與之對應(yīng)，因此要先建立與之關(guān)聯(lián)的DB塊。系統(tǒng)功能塊SFB49的參數(shù)設(shè)置其中DB4為脈沖輸出的背景數(shù)據(jù)塊，CHANNEL為通道，圍為0~2，SW_EN為功能塊的開關(guān)信號，OUTP_VAL為輸出PWM的占空比，基數(shù)是1000，參數(shù)為500時(shí)，占空比為50%。STS_DO為輸出的狀態(tài)位，即與波形的上下電平一致，可作為中間控制變量。定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)脈沖輸出除了0、1、2三個(gè)口自帶的技術(shù)功能輸出，還可以用部時(shí)鐘存放器作為脈沖輸出，但是最高只能輸出10HZ的脈沖，對電機(jī)來說這個(gè)頻率過低，轉(zhuǎn)速太慢。因此改用定時(shí)中斷組織塊OB35實(shí)現(xiàn)脈沖輸出。在硬件配置中的CPU313C-2DP中選擇CyclicInterrupts中的OB35，將中斷時(shí)間間隔改為10ms，〔最低即為10ms〕則每個(gè)周期中的高電平時(shí)間為10ms，周期為20ms，最高頻率為50HZ。OB35定時(shí)中斷硬件配置編程時(shí)在OB35中每一次中斷將MD40中的值加1：OB35組織塊的程序在主程序OB1中，將OB35計(jì)數(shù)器存儲器最低位作為開關(guān)量，則可以每20ms導(dǎo)通一次，相當(dāng)于頻率50HZ的脈沖，輸出給Z軸電機(jī)，轉(zhuǎn)速根本能到達(dá)要求。OB1中利用定時(shí)中斷輸出脈沖電機(jī)定位設(shè)計(jì)伺服電機(jī)的準(zhǔn)確定位需要給電機(jī)確定數(shù)量的脈沖數(shù)，SFB49能夠輸出PWM波，但是無自帶的計(jì)數(shù)功能。通?？刂扑欧姍C(jī)都是用功能模塊FM354，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)輸出確定數(shù)量的脈沖數(shù)。單獨(dú)用CPU時(shí)，需自己設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)功能以便輸出固定數(shù)量脈沖。本次采用計(jì)數(shù)器方案實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)數(shù)，即每輸出一個(gè)高電平則計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)加1，將計(jì)數(shù)器的值放在一個(gè)表示行程的存放器中，而目標(biāo)值存放在表示目標(biāo)值的存放器中，當(dāng)二者相等的時(shí)候，即為輸出的脈沖數(shù)到達(dá)要求值。即可停頓輸出。定位程序〔1〕定位程序〔2〕定位程序〔3〕定位程序〔4〕如定位程序中4個(gè)圖所示，脈沖輸出的開關(guān)為M1.2，而M1.2導(dǎo)通的必要條件則為初始化信號M1.0置位，M1.0為高時(shí)M1.2才會為高，SFB49才能輸出脈沖。輸出脈沖的狀態(tài)位為M1.3，每當(dāng)功能塊輸出一個(gè)脈沖〔即M1.3出現(xiàn)一個(gè)高電平〕，則DB1中的存放器DB1.DBW2中的數(shù)值就減少1，當(dāng)數(shù)值與目標(biāo)值相等時(shí)，則將M1.0復(fù)位置低，則開關(guān)M1.2為低，則SFB49停頓輸出脈沖，從而實(shí)現(xiàn)確定數(shù)量脈沖的輸出。數(shù)據(jù)觀測在軟件調(diào)試過程中，在線調(diào)試能夠顯著提升調(diào)試效率，能夠在線觀測各個(gè)標(biāo)志位的狀態(tài)和各個(gè)存放器的數(shù)值，可以很快判斷程序是否正常運(yùn)行。在CPU的主界面下建立一個(gè)變量表〔VariableTable〕，在變量表中可以觀測想要觀測的數(shù)據(jù)，這樣更能夠清楚地觀測數(shù)據(jù)的變化，以便更好的把握程序走向。變量表觀測數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中建立了DB4用于與脈沖輸出系統(tǒng)功能塊SFB49，DB4即為SFB49的背景數(shù)據(jù)塊，當(dāng)調(diào)用SFB49時(shí)，DB4中的數(shù)據(jù)則會隨著程序中對系統(tǒng)功能塊的改變而改變，因此可以通過DB塊在線查看來觀測系統(tǒng)功能塊的工作情況。SFB49背景數(shù)據(jù)塊DB4的觀測掉電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)要求對三個(gè)軸上的位置信息和物料存儲的位置信息進(jìn)展斷電保護(hù)。當(dāng)存儲在一般存儲器M區(qū)時(shí)，斷電之后存儲器的信息會隨之清理，下次啟動后數(shù)據(jù)不會保存。例如最開場將*軸的位置信息保存于MW20中，一旦斷電之后重啟，則其中的數(shù)據(jù)為0，不能保存斷電之前的信息而繼續(xù)上次未完成的工作S7-300CPU(采用MMC卡〕對于DB〔數(shù)據(jù)〕塊斷電后是永久保持的。并且DB塊默認(rèn)是掉電保持的。因此采取將需要斷電保護(hù)的數(shù)據(jù)保存在DB塊中，如將*軸的位置信息保存在DB塊中的DB1.DBW2中，斷電之后重啟數(shù)據(jù)仍然和斷點(diǎn)之前一樣，從而實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)。DB1的設(shè)置示意圖如圖4-17為數(shù)據(jù)塊DB1的設(shè)置圖，圖中所示設(shè)置了50個(gè)字節(jié)的位置，且可以按位定義，并且可以任意調(diào)用存儲其中的存儲器。主程序OB1中調(diào)用DB1中的存儲器調(diào)用DB塊中的存儲器可以實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)，從而可以在意外掉電的情況下重啟之后系統(tǒng)首先初始化，將機(jī)械手移回原點(diǎn)位置。并繼續(xù)上次未完的任務(wù)，接著上次的位置移動物料，不會因斷電而發(fā)生混亂。DB1存儲數(shù)據(jù)以備斷電保護(hù)圖4-19中所示為斷電重啟之后DB1中的數(shù)據(jù)，由圖可見，使用DB塊能夠?qū)崿F(xiàn)斷電保護(hù)。不同形狀擺放系統(tǒng)移物要現(xiàn)不同層次不同形狀的擺放，當(dāng)為規(guī)則擺放時(shí)只需在每次循環(huán)中將目標(biāo)值增減固定值即可；當(dāng)不為規(guī)則擺放時(shí)，則應(yīng)把每一層的目標(biāo)值設(shè)定好，由循環(huán)的層數(shù)和行列號決定賦值的多少，其原理類似于微機(jī)中尋址的片選和位選。循環(huán)中不同數(shù)值時(shí)的目標(biāo)地址賦值多層放置時(shí)程序是一個(gè)多重循環(huán)，最外層是堆放層的循環(huán)，里面一層是每一個(gè)堆放層中行數(shù)的循環(huán)，最里層是每一行中每一點(diǎn)位置的循環(huán)，在不規(guī)則堆放時(shí)需要在每個(gè)類似"片選〞的條件下為目標(biāo)地址賦予不同的值，從而實(shí)現(xiàn)多層的不規(guī)則堆放。系統(tǒng)調(diào)試硬件局部的調(diào)試在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)局部中，選擇適宜的連接方式能夠使系統(tǒng)更具平安性和穩(wěn)定性。S7-300PLC需要驅(qū)動一個(gè)三相異步電機(jī)、三個(gè)交流伺服電機(jī)、一個(gè)電磁閥。在驅(qū)動這些大功率設(shè)備時(shí)必須參加外接繼電器，以保證PLC晶體管IO口輸出的平安性，以免發(fā)生損壞。在繼電器的使用上，由于繼電器數(shù)量有限，因此需要選擇最需要的信號通過繼電器隔離，其它可以直接輸出的則直接連到PLC控制器上。傳送帶三相異步電機(jī)的驅(qū)動構(gòu)造簡單，只需接通其正轉(zhuǎn)方向的使能STF即可。因此只需將控制傳動帶電機(jī)的信號接到繼電器，繼電器的輸出端接到電機(jī)的STF，即當(dāng)輸出為高是，STF與SD接通，則電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)信號為低，則停頓轉(zhuǎn)動電磁閥控制即控制通過PLC的輸出控制電磁閥通斷，選擇的電磁閥為亞德客兩位三通的