王 章，盧子飛，丁惠英，李劍鋒，陳建明，梁添貴

（1.廣東華恒智能科技有限公司，廣東 東莞 523000；2.東莞市中云浩思自動化科技有限公司，廣東 東莞 523808）

VCP電鍍線下板機方案的設(shè)計

王 章1，盧子飛2，丁惠英1，李劍鋒1，陳建明1，梁添貴1

（1.廣東華恒智能科技有限公司，廣東 東莞 523000；2.東莞市中云浩思自動化科技有限公司，廣東 東莞 523808）

機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。通過編程來完成各種動作，它的準確性和多自由度，保證了機械手能在各種不同的環(huán)境中工作。機械手在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多，機械手的使用能夠顯著的提高生產(chǎn)效率，減少人為因素造成的廢次品率。機械手可以完成很多工作，它在自動化車間中用來運送物料，從事多種工藝操作。它的特點是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器人的部分優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機器人的精確到位。

PLC；伺服控制；變頻；模擬量

中國經(jīng)濟不斷發(fā)展，企業(yè)面臨技術(shù)革新，勞動力成本增加，產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級等問題。機械自動化生產(chǎn)，有效解決勞動力不足，生產(chǎn)效率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。電鍍線下板機實現(xiàn)該系統(tǒng)的自動控制，通過自動控制原理，伺服定位控制，人機界面的應(yīng)用與變頻技術(shù)的應(yīng)用，以電氣控制技術(shù)為基礎(chǔ)，深入應(yīng)用PLC技術(shù)，最終實現(xiàn)本方案的設(shè)計應(yīng)用。

文章針對VCP電鍍線設(shè)備自動下料的PLC自動控制方案設(shè)計。隨著科技不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品應(yīng)用更加廣泛，電路板生產(chǎn)企業(yè)的日益壯大，電鍍工藝效率的要求也隨之越來越高。通常電鍍線采用的是人工下料方式，但人工成本較高，勞動強度大，效率較低，安全系數(shù)低。

本方案的自動下板機可有效解決招工難，人工成本，勞動強度以及安全問題，生產(chǎn)效率可以大大提高，24h不間斷作業(yè)。本方案采用OMRON CP1H-XA40DT-D的PLC為核心，與威綸的MT6070IH5人機相結(jié)合控制的四軸自動下板機，吸盤的動力用 2.2kW的鼓風(fēng)機，通過一臺易能變頻器EN6000-4T0022給定轉(zhuǎn)動頻率，以達到吸力大小的控制。

1 動作方案的制定

如圖1所示，四個軸分別執(zhí)行上下、伸縮、旋轉(zhuǎn)和前后的動作，另外，還有一個旋轉(zhuǎn)氣缸用來夾住銅板。

圖1 動作方案

2 確定PLC I/O分配

PLC I/O分配如表1所示。

表1 PLC I/O分配

3 根據(jù)動作要求，進行電氣選型

電氣選型如表2所示。

表2 電氣選型

4 控制系統(tǒng)電氣連接圖

（1）主電路。主電路如圖2所示。

圖2 主電路

（2）X與W軸伺服電路。X與W軸伺服電路如3所示。

圖3 X與W軸伺服電路

（3）Y與Z伺服接線圖。Y與Z伺服接線圖如圖4所示。

圖4 Y與Z伺服接線圖

（4）PLC I/O連接圖。PLC I/O連接圖如圖5所示。

圖5 PLC I/O連接圖

三臺松下伺服馬達，分別用一相220V的電壓供電。采用這種電源的供電方式，有效平衡系統(tǒng)總電源的電流，系統(tǒng)電流的最大值減小，降低系統(tǒng)能量的損耗；對伺服系統(tǒng)之間的干擾起到隔離的作用。PLC I/O系統(tǒng)，采用0.75mm2以上的屏蔽型銅芯多股導(dǎo)線，采用D類接地方式，提高系統(tǒng)的抗干擾能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

5 PLC與人機界面參數(shù)設(shè)置

（1）PLC與人機通訊的參數(shù)設(shè)置。PLC與人機通訊的參數(shù)設(shè)置如圖6所示。

圖6 PLC與人機通訊的參數(shù)設(shè)置

OMRON CP1W-CIF01 232串口通訊模塊安裝于CP1H的兩個任意之一擴展卡槽之內(nèi)，并通過連接線與HMI的串口連接，HMI端的6、9、5腳位分別對應(yīng)PLC端的3、2、9腳位，并且PLC端的4與5進行短接。兩者的通訊系統(tǒng)連接完成。

開始如圖6對PLC進行通訊參數(shù)的配置，可以針對設(shè)計對通訊速率的要求分別進行標準或定制配置，現(xiàn)配置采用定制方式，選擇57600的通訊波特率，效驗格式采用7、2、E，通訊模式有OMRON標準的Host Link。

（2）人機界面與PLC通訊的參數(shù)設(shè)置。人機界面與PLC通訊的參數(shù)設(shè)置如圖7所示。

圖7 人機界面與PLC通訊的參數(shù)設(shè)置

威綸MT6070IH5的相關(guān)通訊參數(shù)如圖7所示，與PLC通訊參數(shù)的設(shè)置一致，方可達到兩者通訊的目的。

（3）PLC脈沖輸出的參數(shù)設(shè)置。PLC脈沖輸出的參數(shù)設(shè)置如圖8所示。分別對“脈沖輸出0”“脈沖輸出3”進行原點、極限等設(shè)置進行定義，根據(jù)機械的連接方式，用電子齒輪公式進行計算。

圖8 PLC脈沖輸出的參數(shù)設(shè)置

首先，對幾個常用的名詞進行解釋。

編碼器分辨率（F）：伺服電機軸旋轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)?？此欧姍C的銘牌，在對驅(qū)動器說明書既可確定編碼器的分辨率。

每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（f）：絲杠轉(zhuǎn)動一圈所需脈沖數(shù)。

脈沖當(dāng)量（p）：數(shù)控系統(tǒng)（上位機）發(fā)出一個脈沖時，絲杠移動的直線距離或旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的度數(shù)，也是數(shù)控系統(tǒng)所能控制的最小距離。這個值越小，經(jīng)各種補償后越容易到更高的加工精度和表面質(zhì)量。脈沖當(dāng)量的設(shè)定值決定機床的最大進給速度，當(dāng)進給速度滿足要求的情況下，可以設(shè)定較小的脈沖當(dāng)量。

螺距（d）：螺紋上相鄰兩牙對應(yīng)點之間的軸向距離。

電子齒輪比計算公式如下：

關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸。與直線運動軸相比區(qū)別在于：旋轉(zhuǎn)軸的螺距值為360，其它計算相同，只需將螺距值換為360。

框架伺服電機“電子齒輪比”的計算方法。

電子齒輪比主要功能：可以任意地設(shè)置每單位指令脈沖對應(yīng)的電機的速度和位移量（脈沖當(dāng)量）；當(dāng)上位控制器的脈沖發(fā)生能力(最高輸出頻率)不足以獲得所需速度時，可以通過電子齒輪功能(指令脈沖倍頻)來對指令脈沖進行×N倍頻。

當(dāng)伺服電機用在電腦繡花機的框架上時，控制上的要求為主控發(fā)送1個脈沖框架得移動0.1mm。對電子齒輪比的計算有影響的主要為以下因素：電機編碼器的分辨率；機械裝置的二級傳動比；框架皮帶齒輪大小。

（4）PLC用模擬量控制變頻器的參數(shù)設(shè)置。PLC用模擬量控制變頻器的參數(shù)設(shè)置如圖9所示。

圖 9 PLC用模擬量控制變頻器的參數(shù)設(shè)置

使用內(nèi)建的AD通道，非常方便有效地實地簡單的模擬量控制，此方案通過0～10V的模擬量輸出，直接控制變頻器的輸入頻率，實現(xiàn)觸摸屏對風(fēng)機的轉(zhuǎn)速控制。

6 操作系統(tǒng)原理

（1）系統(tǒng)復(fù)位部分?！断到y(tǒng)復(fù)位》，在自動運行前，設(shè)定好速度，各定位位置的值和鼓風(fēng)機變頻器的頻率。

（2）自動運行?！蹲詣舆\行》用SPEED指令作為點動運行指令，PLS2脈沖輸出接令作為定位指令，INI指令為立即停止?！遁敵鎏幚怼肥菍ⅰ蹲詣舆\行》的控制相同的輸出點匯集在一起，共同控制輸出。

（3）變頻控制。通過MOV附值給210CH通道來改變DA輸出的電壓值（0～10V），以達到控制鼓風(fēng)機變頻器的目的。

7 人機操作界面的設(shè)計

（1）手動操作。如圖10所示，此界面的主要功能是實現(xiàn)通過手動，單步對機械手進行操作，來將產(chǎn)品取下。其二，實現(xiàn)自動操作前，對每個機械動作的運動位置進行調(diào)整，并將相應(yīng)的位置值保存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)儲存區(qū)。馬上彈出報警信息，并記錄于“報警信息”畫面中。

圖10 手動操作

圖12 報警信息

（2）自動操作。如圖11所示，連續(xù)生產(chǎn)時，則切換至自動操作模式，當(dāng)傳感器檢測到來板時，機械手則開始自動運行，按照“自動運行”的程序，按照預(yù)設(shè)的位置值進行動作，平衡、快速地將產(chǎn)品放至料盤中。

8 結(jié)語

圖11 自動操作

本方案運用了PLC自動控制，脈沖控制伺服的運行，模擬量控制變頻器的綜合運用，加深了對自動控制技術(shù)的認識。最終，將知識運用于本次機械手自動控制的電氣設(shè)計，加深對自動控制原理以及應(yīng)用技術(shù)的認識，使筆者日后更加熟練地應(yīng)用于工作之中。（3）報警信息。如圖12所示，運行中，設(shè)備如發(fā)生異常，會

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［4］王輝.歐姆龍系列PLC原理及應(yīng)用［M］.北京：人民郵電出版社，2009.

Design of VCP Plating M achine

Robot is a high-tech automated production equipment developed in recent decades.Through programming to complete a variety of actions，its accuracy and multi-degree of freedom ensure that the robot can work in a variety of different environments.Robotiswidelyapplied in theindustrialproduction，which can significantly improveproduction efficiency and reduce the human factors caused by thewaste rate.The robot can do a lotofwork，which is used in the automation workshop to transport materials，engaged inavarietyofprocessoperations.Itischaracterized byprogramming to completeavarietyofexpected operations，both in the structure and performance ofhuman and robotpartof the advantages，in particular，embodies the flexibility ofhuman coordinationand robotin place.

PLC；servo control；frequency conversion；analogquantity

TQ153

A

2095-980X（2017）05-0074-03

2017-04-20

王章（1986-），男，主要研究方向：PLC應(yīng)用、機械自動化、單片機技術(shù)。

WANG Zhang1，LU Zi-fei2，DING Hui-ying1，LI Jian-feng1，CHEN Jian-m ing1,LIANG Tian-gui1

（1.Guangdong Huaheng Intelligent Technology Co.，Ltd.，Dongguan，Guangdong 523000，China 2.Dongguan Zhongyun Haosi Automation Technology Co.，Ltd.，Dongguan，Guangdong 523808，China）