肇庆PROFACE触摸屏GP2500维修

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   　目前，工业机器人关节主要是采用交流伺服系统进行控制，本研究将技术成熟、编程方便、可靠性高、体积小的siemenss-200可编程控制器，应用于可控环流可逆调系统，研制出机器人关节直流伺服系统，用以对工业机器人关节进行伺服控制。

　　1 工业机器人关节直流伺服系统

　　工业机器人关节是由直流伺服电机驱动，通过环流可逆调速系统控制电机的正反转来达到对工业机器人关节的伺服控制的目的。

　　1.1 控制系统结构

　　系统采用siemens7-200型plc，外加d/a数模转换模块，将plc数字信号变成模拟信号，通过bt—i变流调速系统(主要由转速调节器asr、电流调节器acr、环流调节器arr，正组触发器gtd、反组触发器gts、电流反馈器tcv组成)驱动直流电机运转，驱动机器人关节按控制要求进行动作。系统结构如图1所示。

　　图1 机器人关节直流伺服系统结构示意图

　　1.2 系统工作原理

　　系统原理如图2所示，可控环流可逆调速系统的主电路采用交叉联接方式，整流变压器的一个副边绕组接成y型，另一个接成△型，2个交流电源的相位错开30°，其环流电压的频率为l2倍工频。为了抑交流环流，在2组可控整流桥之间接放了2只均衡电抗器，电枢回路中仍保留一只平波电抗器。

　　控制电路主要由转速调节器asr、电流调节器acr、环流调节器arr，正组触发器gtd、反组触发器gts、电流反馈器tcv组成(见图2)，其中2组触发器的同步信号分别取自与整流变压器相对应的同步变压器。

　　图2 工业机器人关节直流伺服系统原理图

   系统给定为零时，转速调节器asr、电流调节器acr被零速封锁信号锁零。此时，系统主要由环流调节器arr组成交叉反馈的恒流系统。由于环流给定的影响，2组可控硅均处于整流状态，输出的电压大小相等、极性相反，直流电机电枢电压为零，电机停转，输出的电流流经2组可控硅形成环流。环流不宜过大，一般限制在电机额定电流的5%左右。正向启动时，随着转速信号ugn的增大，封锁信号解除，转速调节器asr输正，电机正向运行。此时，正组电流反馈电压+ufi2反映电机电枢电流与环流电流之和;反组电流反馈电压-uril反映了电枢电流，因此可以对主电流进行调节。而正组环流调节器输入端所加的环流给定信号-ugih和交叉电流反馈信号-ufil对这个调节过程影响极小。反组环流调节器的输入电压为(+uk)+(-ugih)+(ufi2)，随着电枢电流的不断增大，当达到一定程度时，环流自动消失，反组可控硅进入待逆变状态。反向启动时情况相反。另外，可控环流可逆调速系统制动时仍然具有本桥逆变，反接制动和反馈制动等过程。由于启动过程也是环流逐渐减小的过程，因此，电机停转时，系统的环流达大值。环流有助于系统越过切换死区，改善过渡特性。

　　2 系统程序设计

　　程序设计方案为手动输入一个角度值，让电机转动，通过与电动机相联的光电码盘来检测电动机转的角度，将转动角度变成脉冲信号。由于电动机的转速非常快，所以只能把脉冲信号送往plc的高速计数器。然后将计数器的脉冲记录与手输入的进行比较，如果两者相等说明电动机已经到达指定角度位置，否则继续进行修正。值得注意的是，由于电动机从转动突变到停止会有一定的惯性，因此在进行信号比较时应允许有一定的误差，不然电动机就会始终处在修正位置状态。系统程序框图如图3所示。

　　图3 系统程序框图

　　3 结论

　　基于plc研制的直流伺服系统，利用plc扩展能力强的特点，添装手动输放装置，实现工业机器人关节直流伺服系统的可视操作。其优点是：(1)无需改变电路结构，即可通过程序实现电机正反转的控制;(2)能够使电机不等待停止转动即可立刻反方向转动;(3)可令电机急停，避免电机惯性转动;(4)编程、维护方便。  在某些传动领域内，需要对被控对象实现高精度的位置控制，而实现**位置控制的一个基本条件是需要有高精度的执行机构。当脉冲当量和进给速度都要求太高时，传统的步进电机或直流伺服电机将面临一系列问题，且实现起来难度大，成本较高。

    关键字：松下伺服；伺服电机；位置控制

    松下MINASA系列交流伺服电机驱动器在位置控制中的应用

   在某些传动领域内，需要对被控对象实现高精度的位置控制，而实现**位置控制的一个基本条件是需要有高精度的执行机构。当脉冲当量和进给速度都要求太高时，传统的步进电机或直流伺服电机将面临一系列问题，且实现起来难度大，成本较高。而近些年兴起的交流伺服电机传动技术却能以较低的成本获取极高的位置控制精度，世界上许多电机制造商如松下，三洋，西门子等公司纷纷推出自己的交流伺服电机和伺服驱动器。日本松下公司的MINASA系列为比较典型的一种。结合笔者使用该伺服电机驱动器的体会，将对该伺服电机驱动器作简要介绍。

    1位置控制及伺服驱动方框图

   在位置控制方式下，伺服驱动器接收数控主机发出的位置指令信号熉龀澹方向　，送入脉冲列形态，经电子齿轮分倍频后，在偏差可逆计数器中与反馈脉冲信号比较后形成偏差信号。反馈脉冲是由光电编码器检测到电机实际所产生的脉冲数，经四倍频后产生的。位置偏差信号经位置环的复合前馈控制器调节后，形成速度指令信号。速度指令信号与速度反馈信号熡胛恢眉觳庾爸孟嗤　比较后的偏差信号经速度环比例积分控制器调节后产生电流指令信号，在电流环中经矢量变换后，由SPWM输出转矩电流，控制交流伺服电机的运行。位置控制精度由光电编码器每转产生的脉冲数控制。它分增量式光电编码器和式光电编码器。增量式编码器构造简单，易于掌握，平均寿命长，分辨率高，实际应用较多。本系统采用的是增量式光电编码器。式光电编码器按二进制编码输出，信号线多，由于精度取决于位数，所以高分辨率不易得到。但是这种编码器即使不动时也能输出角度信息，主要用于全闭环数控机床中。增量式光电编码器伺服电机驱动器方框图如图1所示：

    2基于MINASA的位置控制传动系统

   激光内雕机控制系统是一个典型的位置控制系统。它的工作原理为：伺服电机在数控主机控制下，带动三维工作台在空间内作轨迹运动，将出头光固定在三维工作台上，通过数控主机控制激光设备出光。将工件固定在工作台打标范围内。这样，在数控主机控制下，可在水晶等玻璃制品工件内打印出各种立体文字、图形、图像等标记。系统原理框图如图2所示：

   采用PC机作为数控主机，通过研华公司PCL－720多功能卡构成计算机并行数据输出方式，它的内部具有三个设备端口：数据寄存器，控制寄存器和状态寄存器。CPU通过对它们的访问，可实现对系统的各种操作。接口模板将计算机与系统相连，其结构如图3所示：

   由计算机输出的六位数据信号经缓冲器，光电隔离后送入伺服驱动器中。它们分别是X轴脉冲信号，X轴方向信号。Y轴脉冲信号，Y轴方向信号。Z轴脉冲信号，Z轴方向信号。其中，脉冲信号控制电机所走的步数，方向信号控制电机正反转，以完成各轴的位置控制。X轴到位信号检测，Y轴到位信号检测，Z轴到位信号检测是三组机械开关，通过开关的闭合，可使系统每次复位时进入参考坐标原点。三位状态信号经逻辑电平整形电路，光电信号隔离电路后送入计算机状态寄存器中，由CPU随时读出。GAL逻辑电路由可编程逻辑器件构成，该逻辑电路生成RS锁存器，计算机通过RS锁存器，光电隔离电路控制激光电源产生高压脉冲串，由高压脉冲串控制光路形成激光束，从而使打标头出光。三组线性电源中，二组用来对光电隔离前、后芯片供电，另一组线性电源供伺服电机处于激磁状态，以便伺服电机接收到指令脉冲就能运行。由于模板采用了隔离措施，这样，既隔离了外界对数字信号的干扰，又能有效地防止过电压、过电流等外界突发事件对计算机系统的损坏，大大提高了系统的控制精度和可靠性。