1、第3章 行走机械手的速度与位置控制,3.1 速度与位置控制的常用方法3.1.1 PLC高速计数器与光电编码器的定位控制 （1）S7-200型PLC高速计数器的功能 S7-200有6个高速计数器（HSC0HSC5）可以设置12种不同的操作模式。其主要功能是能够接收外部，如来自传感器或编码器的信号进行计数。功能：应用PLC的高速计数器功能就可以实现精确的速度与位置控制。（2）位置控制系统中的检测元件在半闭环控制系统中，检测元件安装在电动机轴的非负载侧，通过检测电动机轴的转角来间接反映运动部件的运动参数；在闭环控制系统中，检测元件直接检测运动部件的运动参数。在位置控制系统中传感器不但要完成位置检测，
2、同时还要完成速度测量和电动机转子位置的检测。目前，并不是所有的检测元件都能同时完成这三种参数的检测，必须针对具体的控制对象来选择合适的检测元件。位置控制系统中常用的检测元件有光电式传感器和电磁式传感器等。下面就来介绍常用的光电编码器的特点、结构及其工作原理。,1）光电编码器的特点： 电路简单，容易实现高分辨率检测； 其缺点是不耐冲击与振动，容易受温度影响，环境适应能力较差 应用：由于光电编码器具有体积小、重量轻、使用方便的优点，能实现机器与仪器的自动测量、数显及数控，因而发展迅猛，其应用已深入到机械工业、农业、水力、气象、医学、建筑和邮电等行业中，并在数控机床、机器人、伺服传动、自动控制等技术
3、领域中得到了广泛的应用。,2）光电式旋转编码器结构及其工作原理： 增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应一个增量位移角，即能产生与轴角位移增量等值的电脉冲。这种编码器的作用是提供一种对连续轴角位移量离散化或增量化以及角位移变化（角速度）的传感方法，但他不能直接检测电动机轴的绝对角度。,E6A2CW5C型光电码盘： 本系统所使用的E6A2CW5C型旋转码盘属于脉冲盘式编码器。他的工作原理如下：脉冲盘式编码器的圆盘上等角距地开有两道缝隙，内外圈的相邻两缝距离错开半条缝；另外在某一径向位置，一般在内外圈之外，开有一狭缝，表示盘码的零位。在他们的相对两侧分别安装光源和光电接收元件，如图3
4、-3所示。当转动码盘行进时，光线经过透光和不透光的区域，每个码道将有一系列光电脉冲输出。通过对光电脉冲计数、显示和处理，就可以测量出码盘的转动角度。,（3）利用高速计数器与光电编码器配合的定位控制方法 利用高速计数器将光电编码器输入的脉冲计数后进行相应的程序处理，最后用处理的结果控制执行机构，从而达到定位的目的，目前我们常用的定位控制方法有两种：1）利用PLC比较指令定位的方法：这种方法是初学者最常用，也是最容易理解和掌握的方法，其工作原理是：利用PLC高速计数器中的计数值与预设的目标值相比较，如果PLC中的高速计数器值与目标值相匹配则执行相应的动作，否则轮询比较动作，其程序流程图如图3-4所
5、示。从图3-4可以看出利用PLC比较指令定位的方法其定位响应速度（及时性）取决于PLC的扫描周期，如果PLC的程序很大，相应的扫描周期就长，影响了定位的响应速度，这种方法适用于系统定位响应速度要求不高的场合。,2）利用高速计数器中断程序定位的方法：利用PLC高速计数器中断程序定位是一种最有效、最及时、占用PLC扫描时间最短的方法，他不需要PLC主程序时刻去查询高速计数器是否与目标值匹配，因此他的动作不会受到PLC扫描时间的影响，其程序流程图如图3-5所示。在设置高速计数器时设定好产生中断的条件，当高速计数器计数值达到匹配值时自动调用中断程序，这种方法适用于系统定位响应速度要求高的场合。,3.2
6、 实训任务3.2.1 采用光电编码器、高速计数器和直流电动机实现行走机械手的定位控制,（1）实训任务系统上电后，机械手自动返回原点，按下启动按钮机械手开始运动，到达1号库位后停止10s，然后再运行到4号库位并等待6s，最后返回原点。,（2）系统组成如图3-13所示，由行走机构、直流电动机、指示与主令单元及PLC主机单元组成手动操作实现行走机机械手的速度控制系统。,（3）定位控制的操作步骤采用光电编码器、高速计数器和直流电动机实现行走机械手的定位控制设置及具体操作步骤如下：1）按图3-14所示的系统接线图和表3-1所示的系统分配表接好线，图3-14中SQ1是旋转编码器，SQ2是原点信号，SQ3是
7、限位传感器；2）设计PLC程序流程图及编写PLC程序，编译并下载到PLC中，程序流程图如图3-15所示，PLC梯形图程序如图3-16所示。,第4章 货物传输与搬运的PLC网络控制,随着企业对工业自动化程度要求的提高，自动控制系统也由传统的集中式向多级分布式控制的方向发展，这就对各级控制机构之间数据的传输提出了更高的要求，在大型运动控制系统中，多个PLC之间常常需要传递很多控制信息，传统的信息传递，是利用一个PLC的输出信号作为另一个PLC的输入信号，来实现信息的传递，这需占用大量的I/O点，并且传递的数据量较少，PLC工业网络出现以后，使PLC之间数据的传递变得简便、快捷，并能传输大量数据，本
8、章节将结合实例，介绍几种常见的西门子PLC网络对货物传输与搬运系统的控制。,4.1.1应用指令向导配置PPI网络实现对货物传输与搬运系统的控制,（1）实训任务：1#PLC控制传输带单元和井式供料单元，2#PLC控制行走机械手单元和仓库单元。系统上电后按启动按钮SB1，如果行走机械手不在原点，则返回原点，返回原点后，推料气缸将货物推出，变频器以30HZ运行，当货物到达位置2时，变频器停止运行。行走机械手将货物运送到一号库位后返回原点。在运行中摁下急停按钮SB7，则设备立即停止运行。（2）系统组成：S7-200继电器型PLC两台、PPI网络线一条、PC/PPI编程电缆一条、西门子MM420变频器一
9、台、主令与指示单元一台、METS3主体一台。其主要的元器件摆放位置如图4-1所示。,如上配置实现的PLC之间的数据通信区如图4-8所示。,PPI网络通信程序设计及信号传递,PPI网络通信程序设计及信号传递,网络1是调用网络通信子程序，各参数含义如下：Timeout参数 ： 0=无定时器 1-36767定时器数值Error参数 ： 0=无错误 1=有错误 Cycle参数 ：每次NET操作完成时都会切换状态网络3 是将启动、停止、急停以及货物到位信号传递到2#PLC。,3.1.2 步进驱动系统的速度与位置控制,步进驱动系统的速度与位置控制的组成如图3-6所示。,步进电动机是步进驱动系统的执行器，当
10、系统将一个电脉冲输入到步进电机定子绕组时，转子就转一步，当电脉冲按某一相序输入到电动机时，转子沿某一方向转动的步数等于电脉冲个数。因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机转子机械位移的方向，实现位置控制。当电脉冲按某一相序连续输入到步进电动机的定子绕组中时，转子就以正比于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。如果改变输入电脉冲的频率大小和定子通电相序，就能控制步进电动机的转速和转向，实现平滑的无级调速控制。步进电动机的这种控制功能是其他电动机无法替代的。,（2）步进电动机的特点1）步进电动机是一种作为控制用的特种电机，他的旋转是以固定的
11、角度（称为步距角）一步、一步运行的，其特点是没有积累误差（精度为100），所以广泛应用于开环控制。2）步进电动机转速与脉冲信号的频率成正比。3）步距值不易因电气、负载、环境条件的变化而改变，使用开环控制（或半闭环控制）就能进行较好的定位控制。4）启制动、正反转，变速等控制方便。5）价格便宜，可靠性高。6）步进电动机的主要缺点是效率较低，并需要配上适当的驱动电源。7）步进电动机带负载惯性的能力不强，在使用时即要注意负载转矩的大小，又要注意负载转动惯量的大小，只有当两者选取在合适的范围时，电机才能获得满意的运行性能。8）由于存在尖步和共振，因此步进电动机的加减速的方法根据利用状态的不同而复杂多变。,西门子PLC网络中，为了标识不同的PLC，每一台PLC都一个地址。这样，在网络通讯时，通过往不同地址的PLC进行写入和读出，实现了数据的共享。,4000E视觉五维装配系统单元,4000E视觉五维装配系统单元,首先由五维机械手把多工位环行线上装配工位中已加工好的工件自动送入自动夹紧装配机构的夹紧工位中，使工件夹紧定位，五维机械手把供给单元中的被装工件通过伺服电机由伺服电机带动工件旋转使其与待装工件准确啮合，实现工件的装配。由机械手把装好的工件放入多工位环形线，进入下一系统单元。,3.1.2 步进驱动系统的速度与位置控制,步进驱动系统的速度与位置控制的组成如图3-6所示。,
