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PLC的工業(yè)機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng)
摘要: 利用可編程控制器(PLC)控制系統(tǒng)的高可靠性、編程及維護方便、體積小的特點,將其應用于環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中,研制出基于PLC的工業(yè)機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng),通過環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)控制電機的正反轉(zhuǎn), 實現(xiàn)對工業(yè)機器人關節(jié)的伺服控制。其優(yōu)點是在改變電機正反轉(zhuǎn)時無需改變線路結(jié)構,使工業(yè)機器人關節(jié)的伺服控制更簡單、可靠和穩(wěn)定。
Abstract:
Key words :
摘要:利用可編程控制器(PLC)控制系統(tǒng)的高可靠性、編程及維護方便、體積小的特點,將其應用于環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中,研制出基于PLC的工業(yè)機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng),通過環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)控制電機的正反轉(zhuǎn), 實現(xiàn)對工業(yè)機器人關節(jié)的伺服控制。其優(yōu)點是在改變電機正反轉(zhuǎn)時無需改變線路結(jié)構,使工業(yè)機器人關節(jié)的伺服控制更簡單、可靠和穩(wěn)定。

  1 引 言

  隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展,PLC己廣泛地應用于工業(yè)控制微型計算機中。

  目前,工業(yè)機器人關節(jié)主要是采用交流伺服系統(tǒng)進行控制,本研究將技術成熟、編程方便、可靠性高、體積小的SIEMENS S-200可編程控制器 ,應用于可控環(huán)流可逆調(diào)系統(tǒng),研制出機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng),用以對工業(yè)機器人關節(jié)進行伺服控制。

  2 工業(yè)機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng)

  工業(yè)機器人關節(jié)是由直流伺服電機驅(qū)動,通過環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)控制電機的正反轉(zhuǎn)來達到對工業(yè)機器人關節(jié)的伺服控制的目的。

  2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構

  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)字信號變成模擬信號,通過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)動直流電機運轉(zhuǎn),驅(qū)動機器人關節(jié)按控制要求進行動作。系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示。

 

  圖1 機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng)結(jié)構示意圖

  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,整流變壓器的一個副邊繞組接成Y型,另一個接成△ 型,2個交流電源的相位錯開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(見圖2),其中2組觸發(fā)器的同步信號分別取自與整流變壓器相對應的同步變壓器。

 

  圖2 工業(yè)機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng)原理圖

  系統(tǒng)給定為零時,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR被零速封鎖信號鎖零。此時,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,直流電機電樞電壓為零,電機停轉(zhuǎn),輸出的電流流經(jīng)2組可控硅形成環(huán)流。環(huán)流不宜過大,一般限制在電機額定電流的5%左右。正向啟動時,隨著轉(zhuǎn)速信號Ugn的增大,封鎖信號解除,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸正, 電機正向運行。此時,正組電流反饋電壓+Ufi2反映電機電樞電流與環(huán)流電流之和; 反組電流反饋電壓-Uril反映了電樞電流, 因此可以對主電流進行調(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-Ugih和交叉電流反饋信號-Ufil對這個調(diào)節(jié)過程影響極小。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,當達到一定程度時,環(huán)流自動消失,反組可控硅進入待逆變狀態(tài)。反向啟動時情況相反。另外,可控環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)制動時仍然具有本橋逆變,反接制動和反饋制動等過程。由于啟動過程也是環(huán)流逐漸減小的過程, 因此, 電機停轉(zhuǎn)時,系統(tǒng)的環(huán)流達最大值。環(huán)流有助于系統(tǒng)越過切換死區(qū),改善過渡特性。

  3 系統(tǒng)程序設計

  程序設計方案為手動輸入一個角度值,讓電機轉(zhuǎn)動,通過與電動機相聯(lián)的光電碼盤來檢測電動機轉(zhuǎn)的角度,將轉(zhuǎn)動角度變成脈沖信號。由于電動機的轉(zhuǎn)速非???,所以只能把脈沖信號送往PLC的高速計數(shù)器。然后將計數(shù)器的脈沖記錄與手輸入的進行比較,如果兩者相等說明電動機已經(jīng)到達指定角度位置,否則繼續(xù)進行修正。值得注意的是,由于電動機從轉(zhuǎn)動突變到停止會有一定的慣性, 因此在進行信號比較時應允許有一定的誤差,不然電動機就會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

  4 結(jié) 論

  基于PLC研制的直流伺服系統(tǒng),利用PLC擴展能力強的特點,添裝手動輸放裝置,實現(xiàn)工業(yè)機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng)的可視操作。其優(yōu)點是:(1)無需改變電路結(jié)構,即可通過程序?qū)崿F(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)的控制;(2)能夠使電機不等待停止轉(zhuǎn)動即可立刻反方向轉(zhuǎn)動;(3)可令電機急停,避免電機慣性轉(zhuǎn)動;(4)編程、維護方便。

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