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基于PLC的工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)直流伺服系統(tǒng)
點(diǎn)擊次數(shù)：2616 發(fā)布時(shí)間：2010-8-19
經(jīng)營(yíng)：ASCO 歐姆龍 力士樂(lè) SMC電磁閥 FESTO汽缸
一,、引言
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，PLC己廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)中,。
目前,，工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)主要是采用交流伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制,，本研究將技術(shù)成熟,、編程方便,、可靠性高、體積小的SIEMENS S-200可編程控制器,，應(yīng)用于可控環(huán)流可逆調(diào)系統(tǒng),，研制出機(jī)器人關(guān)節(jié)直流伺服系統(tǒng)，用以對(duì)工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)進(jìn)行伺服控制,。
二,、工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)直流伺服系統(tǒng)
工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)是由直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到對(duì)工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的伺服控制的目的,。
2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用SIEMEN S7-200型PLC,，外加D／A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，將PLC數(shù)字信號(hào)變成模擬信號(hào)，通過(guò)BT—I變流調(diào)速系統(tǒng)（主要由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,、電流調(diào)節(jié)器ACR,、環(huán)流調(diào)節(jié)器ARR，正組觸發(fā)器GTD,、反組觸發(fā)器GTS,、電流反饋器TCV組成）驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)按控制要求進(jìn)行動(dòng)作,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
圖1 機(jī)器人關(guān)節(jié)直流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
2.2 系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)原理如圖2所示，可控環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用交叉聯(lián)接方式,，整流變壓器的一個(gè)副邊繞組接成Y型,，另一個(gè)接成△型，2個(gè)交流電源的相位錯(cuò)開(kāi)30°,，其環(huán)流電壓的頻率為l2倍工頻,。為了抑交流環(huán)流，在2組可控整流橋之間接放了2只均衡電抗器,，電樞回路中仍保留一只平波電抗器,。
控制電路主要由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR,、環(huán)流調(diào)節(jié)器ARR,，正組觸發(fā)器GTD、反組觸發(fā)器GTS,、電流反饋器TCV組成（見(jiàn)圖2）,，其中2組觸發(fā)器的同步信號(hào)分別取自與整流變壓器相對(duì)應(yīng)的同步變壓器。
圖2 工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)直流伺服系統(tǒng)原理圖
系統(tǒng)給定為零時(shí),，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,、電流調(diào)節(jié)器ACR被零速封鎖信號(hào)鎖零。此時(shí),，系統(tǒng)主要由環(huán)流調(diào)節(jié)器ARR組成交叉反饋的恒流系統(tǒng),。由于環(huán)流給定的影響，2組可控硅均處于整流狀態(tài),，輸出的電壓大小相等,、極性相反，直流電機(jī)電樞電壓為零,，電機(jī)停轉(zhuǎn),，輸出的電流流經(jīng)2組可控硅形成環(huán)流。環(huán)流不宜過(guò)大,，一般限制在電機(jī)額定電流的5％左右,。正向啟動(dòng)時(shí),，隨著轉(zhuǎn)速信號(hào)Ugn的增大，封鎖信號(hào)解除,，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸正，電機(jī)正向運(yùn)行,。此時(shí),，正組電流反饋電壓+Ufi2反映電機(jī)電樞電流與環(huán)流電流之和；反組電流反饋電壓-Uril反映了電樞電流,，因此可以對(duì)主電流進(jìn)行調(diào)節(jié),。而正組環(huán)流調(diào)節(jié)器輸入端所加的環(huán)流給定信號(hào)-Ugih和交叉電流反饋信號(hào)-Ufil對(duì)這個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程影響極小。反組環(huán)流調(diào)節(jié)器的輸入電壓為（+Uk）+（-Ugih）+（Ufi2）,，隨著電樞電流的不斷增大,，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，環(huán)流自動(dòng)消失,，反組可控硅進(jìn)入待逆變狀態(tài),。反向啟動(dòng)時(shí)情況相反。另外,，可控環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)仍然具有本橋逆變,，反接制動(dòng)和反饋制動(dòng)等過(guò)程。由于啟動(dòng)過(guò)程也是環(huán)流逐漸減小的過(guò)程,，因此,，電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)的環(huán)流達(dá)zui大值,。環(huán)流有助于系統(tǒng)越過(guò)切換死區(qū),，改善過(guò)渡特性。
三,、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
程序設(shè)計(jì)方案為手動(dòng)輸入一個(gè)角度值,，讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)的光電碼盤(pán)來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)的角度,，將轉(zhuǎn)動(dòng)角度變成脈沖信號(hào),。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速非常快,，所以只能把脈沖信號(hào)送往PLC的高速計(jì)數(shù)器,。然后將計(jì)數(shù)器的脈沖記錄與手輸入的進(jìn)行比較，如果兩者相等說(shuō)明電動(dòng)機(jī)已經(jīng)到達(dá)角度位置,，否則繼續(xù)進(jìn)行修正,。值得注意的是，由于電動(dòng)機(jī)從轉(zhuǎn)動(dòng)突變到停止會(huì)有一定的慣性,，因此在進(jìn)行信號(hào)比較時(shí)應(yīng)允許有一定的誤差,，不然電動(dòng)機(jī)就會(huì)始終處在修正位置狀態(tài),。系統(tǒng)程序框圖如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)程序框圖
四,、結(jié)論
基于PLC研制的直流伺服系統(tǒng),，利用PLC擴(kuò)展能力強(qiáng)的特點(diǎn)，添裝手動(dòng)輸放裝置,，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)直流伺服系統(tǒng)的可視操作,。其優(yōu)點(diǎn)是：（1）無(wú)需改變電路結(jié)構(gòu)，即可通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制,；（2）能夠使電機(jī)不等待停止轉(zhuǎn)動(dòng)即可立刻反方向轉(zhuǎn)動(dòng),；（3）可令電機(jī)急停，避免電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng),；（4）編程,、維護(hù)方便。（end）