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在许多自动生产线上工作的机械手,根据工艺要求,需要在几个不同的位置进行工作。
这就要求驱动机械手的机械机构能够精确、可靠地定位在预定的位置上。
在这类系统中,轴定位的精度问题是产品能否满足功能需要从而实现产品研制的关键,而系统的经济性是制约产品推广应用的重要因素。
实现多点定位的方法很多,如采用步进油缸、多位油缸等,定位精度取决于油缸的制造精度,而且定位的数目有限。
中小企业在多品种小批量生产的情况下,一旦定位要求(位置,数目改变,则整个机构必须重新设计、制造成本高、耗费大。
若采用工业机器人,虽然能实现较高的定位精度和方便灵活的多点定位,达到高的定位精度和灵活的多点定位,但多采用伺服控制系统,也因造价高,而在一般中小企业推广的难度较大。
因此,在中小企业
74I电号技市2009年第3期中采用造价低,且具有一定的定位精度,能实现多点定位的机械手或其他执行机构,具有相当的推广应用前景。
笔者选用PLC控制的步进电机驱动轴定位系统,利用PLC的高速计数功能实现位置的闭环检测和反馈控制。
通过分析该控制系统的工作原理,对轴定位的位置精度控制进行分析,给出了PLC控制的步进电机驱动轴定位系统的典型配置,并提出了实现轴定位精度的方法。
2轴定位原理
通常一个定位命令要求轴上零件移动到另一位置时,模块先计算一个理论的时间速度图,然后以这个时间速度图控制轴,使之最后达到规定的位置。
典型的时间速度图是一个梯形。
也就是说,轴先以用户设定的加速度a匀加速度运动,直至达到用户设定速度'
,然后匀速运动一定的时间,再以用户设定的加
万方数据
速度a匀减速运动,直到速度变为0。
速度到0时,轴移动的距离正好是命令规定的值As。
如图1所示。
tlt2t3t4
图1轴定位时间速度图
对于不带旋转编码器的开环步进控制模块,速度命令脉冲就以时间速度图的值输出,当么S个脉冲全部输出以后停止输出。
在以旋转编码器作位置反馈的闭环控制方式中,每一时刻,时间位置图上的位置为基准值,旋转编码器反馈回来的是实际值,这两者之差即为位置误差。
用位置误差和位置环增益的乘积作为速度命令输出,这种控制方法能够保证最终定位的位置误差接近0。
因为这是一种无偏差控制,只要有误差,就会有消除这个误差的速度,一直到误差变为0。
用这种方法控制时,位置误差越大,电机的转速就越高。
位置误差不改变时,电机以匀速转动。
位置误差变小时,电机就减速。
要电机停止运动,位置误差必须为0。
3利用PLC的高速计数功能构建轴定位结构的闭环控制
要实现轴定位的精确控制,首先需要构建闭环控制系统模型,并对轴定位系统的执行机构进行输出监控。
在使用PLC作为主控单元的控制系统中,可以利用PLC的高速计数功能读取和电机同步的编码器发出的高速脉冲信号,并对之进行计数,根据预定脉冲数和实际脉冲数的情况,具有高速脉冲输出功能的PLC可向步进电机发出相应脉冲,从而实现步进电机的闭环控制。
闭环控制框图如图2所示。
脉冲愉m
f将编码器的输Ⅲ输入j
I竺型竺兰几赢订
图2步进电机的闭环控制框图
4应用实例
根据以上轴定位的原理,本着确保性能、经济实用的原则笔者在实际工作中采用如下的轴定位系统。
控制系统,选用Panasonic的FP0系列PLC,该型号PLC属于超小型的可编程控制器,使用比较
方便,具有高速计数、脉冲输出与PWM输出等功能。
该PLC的输出端与步进电机驱动器连接并驱动步进电机,由步进电机驱动丝杠的转动,旋转编码器检测丝杠转数并将检测结果送到PLC的高速计数器。
在驱动步进电机前,需要设定输出脉冲的起始频率、最高频率、加减速时间和需要输出的脉冲数。
脉冲数可根据执行机构需要运动的距离和脉冲当量来确定,然后要设定电机的运动方向,再发出脉冲开始指令。
在具体梯形图编程时,以多段加减速方式处理比较方便,把多段设定值放在寄存器中,当丝杠转动达到设定脉冲数时,马达变速运转,起动时先加速,然后平稳转动,最后减速至定位位置。
变速部分的指令放在中断程序中,每当计数值与设定值一致时,特殊功能寄存器变为ON,执行中断指令。
程序框图如图3所示。
输入栉制指令用l控制参数
设定PLC脉7lll输出的脉¨
-数,起始
频率.醯岛I:
资频率和加减速时间,
给m脉冲输m丹始指令
PLC发}}{咏冲指令
达到颅定脉冲数或
接收到停止信号
停一脉冲输出
NF罨一1j}呻flow册。
:
玎IO。
=:
12009年第3期电号投肃175
在预先确定控制位置的情况下,总的脉冲输出个数是已知的,步进电机将在完成脉冲输出的情况下ca动停止,并且PLC控制系统发出脉冲完成的反馈信号。
如果控制位置是动态变化的,那么PLC的脉冲输出将是一个连续的脉冲输出,脉冲输出将在接收到位置信号后停止。
5结论
通过研究利用PLC的脉冲输出和高速计数功能构建轴定位结构的闭环控制系统,实现了对轴定位的高精度的闭环检测和控制,可普遍用于自动化设备的设计和改造中,诸如机械手和自动送料等。
在需要位置控制的场合,采用本文方法进行设计,使行程的控制达到更加精确的效果。
这种控制原理和方法可以推广到其他精确位置定位的控制系统中,具有一定的实际应用推广价值。
参考文献
【l】吴中俊,黄永红.可编程序控制器原理及应用[M】.北京:
机械工业出版社,2004.
【2】欧阳三泰,周琴.基于PLC的主轴脉动定位控制电路【J】组合机床与自动化加fT技术,2004(7.
作者简介
秦琴(1984..女,湖北公安人,在读硕上,专业:
控制理论与控制工程。
正在天津文洲机械有限公司实习,从事丝网印刷机等项目的研究。
(上接第69页
(2三电源切换的逻辑程序实现了,三个电源间的一次到位的切换。
避免了使用双电源切换搭接时的一次空操作。
(3三电源切换的逻辑程序实现了,三个电源间互相切换的功能,可以实现由保安电源运行到正常运行的自动复位的切换功能。
8三电源切换设计的应用
笔者设计的“某发电厂5、6号机组脱硫改造工程”施工、调试完成后,已于2007年4月投产。
上述的供电系统的设计方案,配合DCS逻辑程序的支持,达到了设计要求,满足了负载对供电连续性和可靠性的要求。
该系统在实际投产一年多的时间里运行正常,未发生过错报、误动作,受到用户的好评。
应注意的是,在系统调试过程中,为保证信号的正确接收和命令的完成,需在适当的位置增加一定的延时功能,以避免由于信号较多导致的争先现象的发生。
9结论.
综上所述,三电源切换逻辑的成功编程实现了三电源系统的自动控制,随着三电源切换程序的不断完善,技术不断成熟,专用的三电源切换装置的产生,以及DCS系统对电气设备控制程度的进一步提高,三电源单母线系统在实际生产中的运用将会越来越普遍,使供电系统的连续性、可靠性得以进一步提高,从而满足重要负荷等级用户的要求。
赵征燕(1977.,女,2000年毕业于天津轻工业学院自动化专业工程师,现从事电气设计工作.注册电气工程师(供配电专业。
亚洲最大规模光伏实验室落户苏州高新区
近日,亚洲地区规模最大的光伏实验室落户苏州高新区的苏州新技术产业园,建成后的苏州“光伏卓越技术中心”占地400多平方米,将为包括中国在内的全亚
76I电’技肃2009年第3期洲广大光伏厂商提供测试和认证服务,实验室初期设有6个一流检测室,测试规模可达60个新型号,年。
利用PLC的高速计数功能实现轴的精确定位控制
作者:
秦琴,王忠庆,QinQin,WangZhongqing
作者单位:
中北大学信息与通信工程学院,太原,030051
刊名:
电气技术
英文刊名:
ELECTRICALENGINEERING
年,卷(期:
2009,(3
被引用次数:
0次
参考文献(2条
1.吴中俊.黄永红可编程序控制器原理及应用2004
2.欧阳三泰.周琴基于PLC的主轴脉动定位控制电路[期刊论文]-组合机床与自动化加工技术2004(07
相似文献(10条
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4.学位论文俞琦自适应模糊PID在自动下芯机控制系统中的应用研究2008
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其次,针对系统对定位精度的要求,实现砂芯提升和下降的精确定位控制,本文通过使用PLC的AI来采集直线位移传感器输出的电压信号,实现电压信号输出-PLC位置控制运算-直线位移传感器反馈的闭环控制。
文中利用了将模糊控制器与BP算法相结合的方法,采用BP算法完善经验规则,构建一种自适应模糊PID控制系统,同时也对BP算法的学习率进行了模糊调节,以加速收敛。
实际结果证明此系统全面提高了电液控制系统升降装置的定位动静态性能。
在水平运动的控制中可编程变频器的应用,使系统动作定位更加准确,结构也进一步简化。
最后,本文还进行了控制软件的设计,实现了BP算法与模糊PID结合在以PLC为控制核心的电液控制系统中的应用。
可编程变频器的控制程序可以确定运行的速度和上升下降的斜率,方便地实现了系统水平动作的控制要求。
在人机交互方面,本系统采用触摸屏作为人机界面,通过组态软件的设计使得运行的各个状态和过程可见、可控。
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10.学位论文隋振多点成形中的快速调形与成形过程自动化研究2004
本文以研制大型实用化的多点成形设备,提高板材多点成形过程的自动化程度为主要目标,重点对多点成形设备的调形原理、调形方法及相关技术进行了研究,开发了曲面造型及调形软件。
研究成果已用于多台板材多点成形设备的调形控制系统,实现了调形过程的自动化。
在此基础上,对多点成形过程中工件的自动进给以及成形误差的自动修正等进行了深入研究。
得到的主要结论如下:
1.基本体群的调形原理及调形方法研究
本文成功地解决了大型多点成形设备的调形问题,提出了串行、并行两种基本调形方式。
串行调形的主要特征是对基本体进行依次调整,调形时间随着基本体数量的增加而增长。
并行调形则是对所有的基本体进行同时调整,调形时间由基本体的最大行程决定。
串行调形的基本原理是采用一个能沿X、Y方向移动的机械手依次对基本体进行调整。
为了加快调形速度,采用在机械手上安装多个基本体调整装置的方法,机械手每移动一次可以对多个基本体进行调整。
调形过程主要包含机械手移位、啮合角调整、电磁铁吸合、基本体调整、电磁铁脱开等动作。
为提高调形速度和精度,机械手的动作采用了伺服电机驱动。
在电磁铁控制电路中,采用了PWM电压控制技术,先加高电压使电磁铁可靠吸合,然后切换到低电压保持,这样既保证了电磁铁在长行程时有足够的吸力,又保证了吸合时工作的稳定性。
并行调形的基本原理是为每个基本体设置一个调整装置,称为数控动力单元(控制单元。
通过工业现场总线,所有的控制单元与上位机构成了集散控制系统。
调形时,所有的基本体可以同时调整。
2.串行调形控制技术的研究及调形软件的开发
在串行调形方式中,控制系统采用工业级一体化工作站作为控制核心,扩展了伺服电机控制卡、开关量输入/输出卡(I/O控制卡等接口电路。
伺服电机控制卡、伺服电机、编码器及驱动器等共同构成了多轴数控系统,对机械手进行精确定位控制。
I/O控制卡主要用于对电磁铁进行控制和检测。
调形软件的开发是控制系统的关键技术之一,其主要功能有,基本体群的曲面造型、基本体高度的调整及设备维护等。
调形控制软件采用VC++开发,所涉及的关键技术主要有多线程技术、OpenGL三维图形处理技术、WDM及DLL调用、软件图形界面处理等。
基本体群的曲面造型是采用多点成形设备对板类件进行成形加工的开始,这与采用传统方法成形时,需先设计模具形状是同一道理。
基本体群的曲面造型有其自身的特点,其最终目标是计算出构成目标曲面的各基本体高度值。
规则曲面可以直接根据曲面方程进行造型设计,任意曲面用NURBS方法进行造型设计。
对基本体高度调整是通过编写控制卡的驱动程序,控制各轴伺服电机及电磁铁协调动作来实现的。
软件采用分层的模型结构,对控制卡等硬件电路的驱动程序及相关的WDM、DLL调用等程序均被封装在软件的硬件驱动层。
由于软件整体结构与具体控制电路相对独立,因而所开发的调形软件具有很强的通用性和移植性,成为串行调形方式的通用软件。
软件的整体结构采用多线程设计,上、下基本体群的调形分别由各自的调形线程完成,实现了同时异步调整,避免了上、下模互相等待的情况发生,进一步缩短了调形时间。
采用这些技术,为YAM-5型多点成形设备研制了自动调形控制系统,并开发了具有自主知识产权的曲面造型及造型软件,该设备已成功的运用在铁路高速机车车头的生产实践中。
所研制的控制系统的结构,现已成为串行调形方式下控制系统的典型结构。
采用该结构及软件,成功的为YAM-3型多点成形设备研制了串行调形控制系统。
3.并行调形控制技术的研究及调形软件的开发
并行调形是一种调形速度更快的调形方式。
控制单元是并行调形控制系统的关键部件,其主要功能是按接收到的控制指令和数据,对基本体高度进行精确地调整。
由于控制单元数量较多,其稳定性、可靠性和控制精度直接关系到调形是否成功,因而研制高性能的控制单元是研制并行调形多点成形控制系统的关键技术之一。
控制单元采用单片机进行控制,外围电路主要有通讯接口、电机驱动、转角检测、光电隔离、看门狗、稳压及滤波等。
在单片程序中综合运用了奇偶校验、CRC校验、软件看门狗等编程技术,提高了控制单元的抗扰能力。
对工业现场总线进行扩展是并行调形控制系统的另一关键技术,文中通过对总线的通讯节点进行扩展,使上位机能够与大量的控制单元进行通讯。
并行调形软件的曲面造型期功能上与串行调形软件基本相同,但调形方法则与串行方式有着本质的区别。
并行方式的调形过程主要通过向各控制单元发送调形指令实现。
采用总线进行通讯时,上位机发出的信息将同时被所有的控制单元收到,文中通过制定多机通讯协议的方法实现上位机与任一控制单元的通讯功能。
在软件界面设计中,更多地采用了OpenGL三维图形处理技术,实现了高品质三维彩色图像显示。
采用并行调形方式,已成功地研制了YAM-3C、YAM-8型多点成形设备的调形控制系统。
4.分析了调形误差产生的原因及分类,重点研究了趋势误差对成形的影响。
趋势误差一般在调平时产生,数值较小,因而对基本体群形状的影响较小,但这种误差对上、下基本体的正常合模影响较大,可能造成上、下基本体群不能正常合模。
5.对多点成形的自动进给技术进行了研究,研制了以PLC为控制核心的自动进给装置,实现了多点成形时板材进给的自动化,提高了成形件的质量和生产速度。
6.闭环成形的研究
发现了按传统方法修正回弹时,成形曲面梯度较大的部分曲率相对较小,从理论上解释了“成形件中部变形较大,越靠近边缘变形越小”这一现象产生的原因。
采用曲率控制技术,当成形件形状误差很小时,曲率误差可能已经非常大,能及时对误差进行修正。
在此基础上首次提出了形状、曲率双闭环成形的系统结构。
在板材双闭环成形系统中,形状控制器(AutoShapeRegulation,ASR和曲率控制器(AutoCurvationRegulation,ACR的参数均有明确的物理意义,通过对ASR及ACR进行进行限制,可以减小两次闭环成形时的成形曲面的偏差量,抑制起皱现象的出现,弥补了过去闭环成形不能对起皱进行约束的不足。
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2011年1月12日
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- 利用 PLC 高速 计数 功能 实现 精确 定位 控制 概要