黃淑琴

(泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院， 江蘇 泰州 225300)

基于PLC的八工位全自動(dòng)燒錄機(jī)機(jī)械手的定位控制

黃淑琴

(泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院， 江蘇 泰州 225300)

運(yùn)用PLC技術(shù)和伺服電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了八工位全自動(dòng)燒錄機(jī)機(jī)械手的定位控制系統(tǒng)。闡述了機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程，合理選取了系統(tǒng)硬件，進(jìn)行了電氣控制系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的準(zhǔn)確定位功能。

燒錄機(jī)；機(jī)械手；PLC；定位

0 引言

可編程控制器(programmable logiccontroller,PLC)技術(shù)的空前發(fā)展，給機(jī)械制造和加工的自動(dòng)化控制提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。八工位全自動(dòng)燒錄機(jī)分為兩個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)各有4個(gè)工位，共八工位。本文以機(jī)械手為控制對(duì)象，以PLC為控制核心，以HMI為人機(jī)交互平臺(tái)，設(shè)計(jì)機(jī)械手自由移動(dòng)的控制全自動(dòng)完成芯片抓取、放置、燒寫(xiě)和取片的全過(guò)程，取代傳統(tǒng)的人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確定位，極大地提高了生產(chǎn)效率。

1 硬件組成

1.1 信捷xc5-32T-EPLC

本設(shè)計(jì)選擇的PLC 類(lèi)型為國(guó)產(chǎn)信捷xc5系列，是一款功能強(qiáng)大的小型PLC， 特別是所具有的定位和脈沖輸出功能，使得在不增加其他運(yùn)動(dòng)控制模塊的情況下，可以直接對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制，而且由于需要輸出驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)的高速脈沖 ，PLC應(yīng)采用高速晶體管輸出型。 同時(shí)要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手三個(gè)自由度的控制所需的I/O 點(diǎn)較多， 基于上述考慮選用信捷xc5-32T-E ，共18點(diǎn)輸入 ，14個(gè)晶體管輸出，另外有XC-16X和XC-8XYT兩個(gè)擴(kuò)展模塊。

此類(lèi)型PLC最高輸出脈沖為200kHz，高于一般的晶體管輸出頻率。

1.2 伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器

伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器需要一起配合使用組成伺服系統(tǒng)。 為此采用了松下永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)及全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)裝置作為機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制裝置。伺服系統(tǒng)用作定位控制時(shí)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，位置環(huán)作為外環(huán)，電流環(huán)和速度環(huán)是兩個(gè)內(nèi)環(huán)，這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和抗干擾能力。位置環(huán)的控制，重點(diǎn)是通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)上面的高精度編碼器作為位置反饋實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，它是位置控制的基礎(chǔ)條件。

1.3 光電開(kāi)關(guān)

控制信號(hào)分別為y軸后限位信號(hào)輸入、y軸前限位信號(hào)輸入、y軸原點(diǎn)信號(hào)輸入(作為機(jī)器停機(jī)狀態(tài)下的y軸?？奎c(diǎn)，距離工作位置遠(yuǎn))、y軸機(jī)械校零點(diǎn)(作用是提高工作效率，因?yàn)樵c(diǎn)信號(hào)距離工作位置太遠(yuǎn)，頻繁校零效率太低)、x軸后限位信號(hào)輸入、x軸前限位信號(hào)輸入、x軸原點(diǎn)信號(hào)輸入、z軸上限位信號(hào)輸入、z軸下限位信號(hào)輸入、z軸原點(diǎn)信號(hào)輸入。

通過(guò)10個(gè)光電開(kāi)關(guān)反饋控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手x、y、z軸的準(zhǔn)確控制 ，保證每步動(dòng)作依次按要求正常工作。

1.4 氣缸

兩個(gè)氣缸分別是升降氣缸和吸嘴氣缸。PLC輸出控制2個(gè)DC 24V繼電器，通過(guò)電磁閥從而控制兩個(gè)氣缸的動(dòng)作。

1.5 芯片燒錄機(jī)

芯片燒錄機(jī)不同的工作狀態(tài)會(huì)給出不同的輸出信號(hào)，例如當(dāng)燒錄機(jī)沒(méi)有芯片時(shí)為紅綠燈常閃，當(dāng)放好芯片時(shí)為綠燈常閃，芯片燒錄時(shí)為紅綠燈常亮，燒好時(shí)為綠燈常亮，不良芯片或芯片燒錄不成功為紅燈常亮，燒錄機(jī)的信號(hào)為5V的TTL電頻信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)換板變成24V的NPN的集電極開(kāi)路信號(hào)。

1.6 機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程

機(jī)械手的工作過(guò)程實(shí)際包括兩個(gè)方面，1) 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的定位控制，2) 機(jī)械手到各區(qū)抓取或放下工件。另外還包括報(bào)警程序以及配方功能程序設(shè)計(jì)。配方功能主要是針對(duì)實(shí)際使用中的很多種產(chǎn)品型號(hào)，所涉及的參數(shù)有30個(gè)之多，將所有的產(chǎn)品的參數(shù)全部都以矩陣的形式保存在PLC里面，一旦更換產(chǎn)品，員工只要輸入產(chǎn)品的型號(hào)，就能調(diào)取出該產(chǎn)品的所有的控制參數(shù)，大大降低了出錯(cuò)的概率，也降低操作要求提高了工作效率。

加工布局圖如圖1所示。

圖1 加工布局圖

機(jī)械手從原點(diǎn)出發(fā)，先去原料1區(qū)取料，把燒錄機(jī)1區(qū)放滿(mǎn)，然后再去原料2區(qū)取料，把燒錄機(jī)2區(qū)放滿(mǎn)，放滿(mǎn)后等待燒錄機(jī)1區(qū)燒好，將燒好的芯片放入OK1區(qū)；然后去原料1區(qū)取料，把燒錄機(jī)1區(qū)放滿(mǎn)；等待燒錄機(jī)2區(qū)燒好，將燒好的芯片放入OK2區(qū)；然后再去原料2區(qū)取料，把燒錄機(jī)2區(qū)放滿(mǎn)，如此循環(huán)。不良芯片或芯片燒錄不成功者放入NG區(qū)。

2 控制程序設(shè)計(jì)

八工位機(jī)械手控制系統(tǒng)模塊包括PLC控制程序和HMI組態(tài)畫(huà)面。PLC控制程序控制執(zhí)行部件按照輸入設(shè)備的指令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，HMI組態(tài)程序則提供了直觀友好的人機(jī)交互界面，使操作者很方便地通過(guò)屏幕了解控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行過(guò)程。圖2為機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件模塊組成。

圖2 機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件模塊組成

PLC的控制程序段主要有：xyz軸手動(dòng)控制程序、 回原點(diǎn)控制程序、執(zhí)行動(dòng)作控制程序、放入#1芯片區(qū)控制程序、#1燒寫(xiě)區(qū)信號(hào)判斷控制程序、放入#2芯片區(qū)控制程序、#2燒寫(xiě)區(qū)信號(hào)判斷控制程序以及機(jī)械校準(zhǔn)控制程序等。圖3為機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC控制程序。

圖3 機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC控制程序

系統(tǒng)設(shè)計(jì)可選用的HMI產(chǎn)品很多。根據(jù)機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制特點(diǎn)，整臺(tái)全自動(dòng)燒錄機(jī)選用信捷THA62型HMI。該HMI采用10.4寸彩色顯示器，所提供的軟元件較為豐富，功能完全夠用，具有較高的性?xún)r(jià)比。通過(guò)HMI來(lái)實(shí)現(xiàn)整臺(tái)機(jī)器的操作控制、報(bào)警顯示及燒錄芯片型號(hào)的參數(shù)設(shè)定、保存和調(diào)取，同時(shí)觸摸屏與PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。圖4為控制系統(tǒng)HMI參數(shù)設(shè)置畫(huà)面。

圖4 HMI參數(shù)設(shè)置畫(huà)面

3 結(jié)語(yǔ)

信捷xc5-32T-E PLC在八工位燒錄機(jī)機(jī)械手中獲得成功應(yīng)用。實(shí)踐表明：該方法提高了機(jī)械手定位精度，八工位2個(gè)區(qū)輪流作業(yè)縮短了機(jī)械手等待時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。并且保證了工作質(zhì)量，解決了人工操作所產(chǎn)生的錯(cuò)誤率問(wèn)題。該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選型合理，自動(dòng)化程度高；PLC程序及HMI組態(tài)滿(mǎn)足工藝要求；監(jiān)控畫(huà)面操作簡(jiǎn)單方便，系統(tǒng)運(yùn)行可靠。

[1] 陳羽鋒.基于PLC的氣動(dòng)送料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2010,(2):82-84.

[2] 三菱 系列編程手冊(cè).

[3] 松下伺服 用戶(hù)手冊(cè).

[4] 張莉松. 伺服系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社, 2006.

Position Control of Eight Station Automatic Burning Machine Manipulator Based on PLC

HUANG Shu-qin

(School of Mechanical and Electrical Engineering,Tai zhou Polytechnical Institute.Taizhou 225300,China)

PLC technology and servo motor control technology are applied to designing the position control system of eight station automatic burning machine manipulator. This paper describes the manipulator action process, It selects the hardware system reasonably, then carries out the detailed design for the electric control system, so as to bring about its accurate positioning function.

burning machine ;manipulator; PLC;location

黃淑琴(1965-),女，江蘇泰州人，副教授，碩士，研究方向?yàn)殡姎饪刂啤?/p>

TP241.2

B

1671-5276(2014)02-0160-03

2013-01-24