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摘要:为了有效提升生产线的自动化程序,需设计以PLC为控制的核心,三自由度滑台属于执行部件的控制系统,运用逐点比较法实施直线插补运动,达到三轴准确定点移动控制的目的,从而精准的调整待装配工件所在位置与姿态,使得工件装配完成。文章重点介绍了系统整体架构、硬件平台、系统软件以及实现方法。运用了PLC控制步进电机驱动器达到控制速度的目的,这样能使得系统更为可靠、稳定。
关键词:PLC;三自由度滑台;逐点比较法;运动控制;步进电机
前言
近阶段,我国的自动化生产线都是针对专用需求设计而成,但是,设计的自动化系统本身生产线也拥有一定的缺点需要进一步完善。
1.控制系统整体框架
工业摄像头、PLC、位置传感器、开关、工业计算机、三自由度滑台都属于自动化生产线控制系统。三自由度换填在整体控制系统中属于核心执行机构,经由X、Y、Z方向的线性模组与3台步进电机组成,采用PLC为驱动器发动控制信号,从而掌握滑台3个分支在每个方向的位置,X轴的方向和流水线的传输方向都是平行的,选用的是齿轮带动皮带的驱动模式,经由X轴实施步进电动驱动。直线行驶能达到高速运行的目的,然而,定位也较为准确和稳定,横向机构都经由Y轴步进电动驱动,驱动的方式和X方向是一致的,主要是配合X方向完成坐标定点。一般升降机构都是Z轴步进电动驱动、驱动方式以及X方向相同。工作过程中,顺着垂直方向由上下开始运行,便能方面工件抓取与放置。
在设计整体系统时,最为主要的功能如下:(1)自由选择手动与自动操作。(2)高速捕获工件图像,从而计算出它的坐标。(3)精确控制,使得精度上升至0.02mm。(4)控制行程与运动,行程应为0~400mm。(5)能完成最基本的装配动作,简单来讲便是抓取与放置。(6)对于安全保护功能,如果遭遇到异常,便会自动发生急停信号。
此控制系统最主要的工作流程分析可以依照如下步骤实施:(1)自系统上电之后,需初始化各个端口,其中也涵盖了限位开关的点评情况、位置传感器、脉冲寄存情况以及电磁阀门的情况。(2)合理检测电机位置。当电机不在原点的位置时,需依照设置的原地位置,合理移动至指定的原点位置,原点等待就位后,应清除脉冲寄存器。(3)位置传感器检测工件。如果有工件经过后,相应的位置传感器电平也随之产生了改变,之后摄像机捕获了工件图像,通过图像处理来计算出相应的参数值。(4)触动电磁阀开关完成相应的吸气动作,当抓取工件之后,(5)整理好工件位置后,需断开电磁阀开关,将其工件放置到对应的位置上,等到下一个工件到来,采取循环的方式一直到任务结束之后。
2.控制系统硬件构成
可以运用PLC来作为控制核心部位实施控制系统,输入的信号需有启停按钮、X、Y、Z三个轴的方向进行控制步进电机控制信号以及相应的信号指示。此控制系统中的输入与输出信号都是一些数字量,能控制三轴各个电机实施运动,这时候便需要3路的高速脉冲,依照工程设计,布置I/O点数20%~30%的预留准则,以此合理选择PLC,在此其中,标准的晶体管输出型CPU模块,在模块中本体涵盖18个数字量的输入点以及12个数字量输出电,脉冲输出最大的频率应为100kHz。当依照相应的运行时速90mm/s进行计算时,步进电机接收脉冲为4000个,并由此旋转1周、在相应的滑台上直行移动90mm,便需要提供PWM频率,计算公式为90*4000/90=4kHz。CPU模块能为其提供PWM,最大的频率为100KHz。这样看来能达到此系统控制需求。与此同时,CPU模块能为其提供开环控制所需要的功能与性能,较为突出的应用有位置与速度两个控制,CPU模块中Q0.0、Q0.1、Q0.3,以上三种路脉冲输出端子,需和电机驱动器中的脉冲接收端子相连接,Q0.2、Q0.7以及Q1.0是方向控制信号和电动驱动器方向,从而接收端子从而相连。PLC与驱动器的连接如图1所示:
图1PLC与电动驱动器的连接图
通常驱动部分都是经由电动驱动器与步进电机组成,电机驱动器能有效接收脉冲信号以及方向信号,从而转换变为角位移和转动方向,当驱动器接收到脉冲信号时,会相应的驱动电机转动,从而转动成为一个步距角,所以,知道位移大小才能换算变为脉冲个数,在三轴上便能改成水平位移,进而驱动电机移动到指定的部位上。经过改变相应的脉冲占空比便可以达到电机正反转的有效控制[1]。
从理论上讲,电机每次接收一个脉冲信号便会转动相应的步距角,应用工程时,如果脉冲信息转变的非常快,会导致转动惯量太大,造成电机没有办法顺应脉冲的改变。对于孔子系统应采用实际要求,控制开环中的控制模式,一方面能确保控制准确性,另一方面也可以有效的节约成本。
3.控制系统的软件设计
3.1多轴联动理论分析
由于思考到3台电动机一块工作,在平面上运动时,应思考X轴与Y轴共同移动,Z轴只需做好升降运动即可。所以,需合理规划平面上的运动轨迹,一般情况下,坐标定点移动都两种情况分为直线插补语圆弧插补。插补直线时,需以直线起点为坐标原点,给出相应的终点坐标E(Xe,Ye),直线方程设定为X/Y=Xe/Ye,简单来讲XeY—XYe=0,其中X,Y属于直线上任意一点的坐标。
3.2偏差计算
当直接对Fi实施新的偏差计算时,需实施复杂的四则运算,与此同时,计算清楚动点P的坐标,为了便于程序计算的步骤,需在插补运算中,运用递推公式实施,简单来讲,寻找坐标相近的偏差值来联系,这样每次进给一步,全新的动点偏差才可以运用上一步的偏差值计算获得,在起点给定的直线上,所以,全部的动点偏差能通过原点慢慢计算获得,给定的直线位于第一象限中。
3.3PLC程序设计
运用PLC开发软件,依照控制系统完成工作流程,安装顺序控制三自由度的滑台。将其系统分为公共子程序、自动运行程序以及手动操作程序3个模块。在每个模块程序上都编写上号,使得结构简单、思路清晰,方便调试与改正。
4.系统测试结果
依照相应的控制系统宽肩,做好线性模组、电机、PLC、启停按钮、限位开关、电磁阀等安装步骤,从而完成PLC和各轴驱动器的连续。通过初步调试,控制好系统中XYZ三个方向精确点位运行,快速捕捉工件图像,将坐标发送给PLC,达到抓取与放置动作。
结束语
综上所述,现代制造和生产应采取高度自动化生产线,用以减小人力资源成本,提升生产效率。在PLC与步进电机驱动电路连续方式上,改进插补算法达到三轴准确移动。
参考文献:
[1]张琳芳.环保节能砖的自动化生产线控制系统设计[J].广东石油化工学院学报,2018,28(06):46-49+53.