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        基于Micro850的碼垛機(jī)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制

        2019-10-21 11:07:46賀麗媛
        科技風(fēng) 2019年14期

        摘要:近年來(lái),愈發(fā)成熟的PLC技術(shù)正朝著用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制的方向發(fā)展。本文基于羅克韋爾公司的AB Micro850可編程邏輯控制器,以碼垛機(jī)機(jī)械手為被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)多軸同步的運(yùn)動(dòng)控制。結(jié)果表明,利用PLC控制碼垛機(jī)機(jī)械手具有性能可靠、定位精準(zhǔn)、運(yùn)行穩(wěn)定以及便于調(diào)試等優(yōu)點(diǎn),加以延伸即可完成滿足工控領(lǐng)域要求的一系列動(dòng)作。

        關(guān)鍵詞:Micro850;機(jī)械手;運(yùn)動(dòng)控制

        1 緒論

        隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展,可編程邏輯控制器(PLC)因具備環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、體積小巧、安裝調(diào)試方便且易于擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)勢(shì),逐漸從眾多實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的控制裝置中脫穎而出?;赑LC的工控技術(shù)即成為了當(dāng)下自動(dòng)化學(xué)科的一個(gè)新興研究領(lǐng)域。

        碼垛機(jī),即為一種將輸送機(jī)運(yùn)輸過(guò)來(lái)的生產(chǎn)材料依照工藝上的要求堆疊成垛,并將這些物料進(jìn)行下一步傳送的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因其操作步驟簡(jiǎn)便且易于掌控而在過(guò)程控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用,并從一定程度上促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)流程的智能化管理,在大幅度減少人力的同時(shí)亦削減了勞動(dòng)強(qiáng)度。碼垛機(jī)機(jī)械手則是一種根據(jù)碼垛機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制的被控對(duì)象,它能夠模擬人類手臂的部分動(dòng)作,以實(shí)現(xiàn)工業(yè)上的分揀、抓取、搬運(yùn)、傳送等功能。本文將以羅克韋爾公司的AB Micro850為控制器進(jìn)行碼垛機(jī)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制的探究。

        2 碼垛機(jī)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)

        碼垛機(jī)的主體是由航空級(jí)鋁合金板材加工,并加以電鍍表面氧化后組裝而成。同步帶傳動(dòng)則由連桿機(jī)械結(jié)構(gòu)、3臺(tái)步進(jìn)電機(jī)和相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成。STP59D3012GA步進(jìn)電機(jī)(額定電流2A,保持扭矩1.4N.m,4線雙極驅(qū)動(dòng),步進(jìn)角為1.8°)作為腰部運(yùn)動(dòng)電機(jī),帶有減速機(jī)的步進(jìn)電機(jī)42BYGP48(額定電流2A,保持扭矩10N.m,4線雙極驅(qū)動(dòng),步進(jìn)角為1.8°)作為主動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)電機(jī),STP42D1075步進(jìn)電機(jī)(額定電流0.8A,保持扭矩280N.m,4線雙極驅(qū)動(dòng),步進(jìn)角為1.8°)作為連桿運(yùn)動(dòng)電機(jī)。

        基于同步帶傳動(dòng)可將對(duì)單軸的運(yùn)動(dòng)控制擴(kuò)展至三軸同步的運(yùn)動(dòng)控制,通過(guò)編程可使碼垛機(jī)機(jī)械手的各個(gè)軸復(fù)現(xiàn)指定的運(yùn)動(dòng)路徑,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精準(zhǔn)控制。

        3 PLC控制程序的設(shè)計(jì)

        Micro850控制器支持梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本和功能塊編程共3種程序設(shè)計(jì)方式。其中,梯形圖表達(dá)式是基于電路控制系統(tǒng)的雛形演化而來(lái),即保留了一般電路元件的圖形符號(hào)和相應(yīng)觸點(diǎn)狀態(tài),從而大大提升了程序的可讀性,算法架構(gòu)亦更為形象、直觀,是當(dāng)前工業(yè)控制中應(yīng)用較廣泛的一種可視化編程語(yǔ)言。本文借助羅克韋爾公司開(kāi)發(fā)的Connected Components Workbench(CCW)軟件進(jìn)行底層算法的設(shè)計(jì),并將Micro850控制器的型號(hào)選為2080LC5048QBB,I00、I03;I01、I04;I02、I05為其發(fā)出的3組高速脈沖,分別對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸Axis1(主動(dòng)臂電機(jī)),Axis2(腰部電機(jī)),Axis3(連桿運(yùn)動(dòng)電機(jī))。

        3.1 參數(shù)的配置

        配置包括常規(guī)、電機(jī)和載荷、限制、動(dòng)態(tài)、原位等。常規(guī)配置即根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)軸對(duì)應(yīng)的高速脈沖進(jìn)行相應(yīng)通道的選擇,本文將驅(qū)動(dòng)器啟用輸出分別設(shè)定為IO_EM_DO_06,IO_EM_DO_07和IO_EM_DO_08;對(duì)于電機(jī)和載荷,本文以revs(轉(zhuǎn)數(shù))作為位置單位,因此電機(jī)的速度單位為revs/s,每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)即PLC發(fā)出的脈沖數(shù),應(yīng)保證和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的細(xì)分設(shè)定相一致,此處設(shè)置為3200(細(xì)分與力矩成正比,與速度成反比);限制分為硬限位與軟限位,分別是硬件外部限位開(kāi)關(guān)和應(yīng)用緊急停止配置的單位數(shù),這里主要對(duì)軟限位進(jìn)行設(shè)定:Axis1,下限:-0.7revs,上限:001revs;Axis2,下限:-0.5revs,上限:0.5revs;Axis3,下限:-03revs,上限:0.3revs。動(dòng)態(tài)中需要配置的是速度、加速度和重加速度。加速度是速度的變化率,重加速度則反映加速度的變化趨勢(shì),通常選擇1:5:25的比例,停止參數(shù)及原位參數(shù)的設(shè)置同理。(主動(dòng)臂電機(jī)的配置還需考慮1:5.18減速比的換算)

        3.2 梯形圖的搭建

        CCW的功能塊列表里僅有一組運(yùn)動(dòng)控制模塊適用于Micro850控制器中的QBB型,如:MC_Power(上電模塊),MC_Halt(急停模塊),MC_Home(歸位模塊),MC_MoveVelocity(控制伺服以速度值運(yùn)動(dòng)),MC_MoveRelative(控制伺服以相對(duì)值運(yùn)動(dòng)),MC_MoveAbsolute(命令受控制的運(yùn)動(dòng)到指定的絕對(duì)位置),MC_Reset(故障恢復(fù)),MC_Stop(暫停模塊)。每個(gè)功能塊需要所在梯級(jí)與功能分別使能后才可以正常工作,且得到一次使能后僅工作一次,故在規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路徑時(shí)應(yīng)注意各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸可達(dá)的有效范圍及相互間的位置關(guān)聯(lián)。其中,MC_Power功能塊需將控制正反方向運(yùn)動(dòng)的輸入變量均設(shè)置為True以確保正確使能,在調(diào)節(jié)速度改變方向時(shí)MC_MoveVelocity需與MC_Halt配合使用,調(diào)用MC_MoveAbsolute進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)前需借助MC_Home模塊來(lái)標(biāo)記零點(diǎn)(原位)。結(jié)合邏輯電路的設(shè)計(jì)思想,梯形圖的架構(gòu)如下所示(梯級(jí)層次依次向下遞增):

        3.3 程序驗(yàn)證

        梯形圖創(chuàng)建完畢即可進(jìn)行程序的生成和連接,在彈出的連接瀏覽器對(duì)話框中選擇Micro850對(duì)應(yīng)的IP地址,而后將所建工程下載至控制器項(xiàng)目中。在梯形圖界面可見(jiàn)各梯級(jí)間連線呈紅色,表示導(dǎo)通狀態(tài),即為程序運(yùn)行模式。首先將三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的上電模塊使能端置1,由其輸出的三個(gè)狀態(tài)變量使各自的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模塊所在梯級(jí)導(dǎo)通,再通過(guò)對(duì)所設(shè)置的三個(gè)外部按鈕進(jìn)行置位或復(fù)位操作以改變正轉(zhuǎn)控制、反轉(zhuǎn)控制、暫??刂扑谔菁?jí)的使能狀態(tài),進(jìn)而對(duì)各自的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模塊進(jìn)行使能控制,以實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)機(jī)械手三軸同步正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及暫停的功能。工程實(shí)踐中,PLC往往會(huì)受一些不必要的干擾因素影響而出現(xiàn)緊急情況,通過(guò)操控最后一個(gè)梯級(jí)所設(shè)外部按鈕的狀態(tài)即可實(shí)現(xiàn)急停復(fù)位(電機(jī)轉(zhuǎn)軸速率降為零)的功能,以確保運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中的可靠性和安全性。下圖所示位置為其標(biāo)記原點(diǎn)位置,紅色箭頭代表主動(dòng)臂電機(jī)軸的負(fù)方向和連桿運(yùn)動(dòng)電機(jī)軸的正方向,藍(lán)色箭頭代表主動(dòng)臂電機(jī)軸的正方向和連桿運(yùn)動(dòng)電機(jī)軸的負(fù)方向。

        4 結(jié)語(yǔ)

        本文以Micro850 PLC為核心實(shí)現(xiàn)了對(duì)碼垛機(jī)機(jī)械手的多軸同步運(yùn)動(dòng)控制,試驗(yàn)結(jié)果表明PLC控制碼垛機(jī)機(jī)械手具有性能可靠、定位精準(zhǔn)、運(yùn)行穩(wěn)定以及便于調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,若加以工業(yè)觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊,將形成人機(jī)交互界面,進(jìn)而對(duì)碼垛機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)更為方便和高效地監(jiān)控。若旨在使碼垛機(jī)機(jī)械手完成其他適用于工控領(lǐng)域的規(guī)定動(dòng)作,可從運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)的配置入手,針對(duì)底層算法進(jìn)行深一步調(diào)整和優(yōu)化。

        參考文獻(xiàn):

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        作者簡(jiǎn)介:賀麗媛(1998),女,漢族,湖北武漢人,本科,研究方向:自動(dòng)化。

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