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1 引 言 隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)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(guān)節主要是采用交流伺服系統進(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 ，應用于可控環(huán)流可逆調系統，研制出機器人關(guān)節直流伺服系統，用以對工業(yè)機器人關(guān)節進(jìn)行伺服控制。 2 工業(yè)機器人關(guān)節直流伺服系統 工業(yè)機器人關(guān)節是由直流伺服電機驅動(dòng)，通過(guò)環(huán)流可逆調速系統控制電機的正反轉來(lái)達到對工業(yè)機器人關(guān)節的伺服控制的目的。 2.1 控制系統結構 系統采用SIEMEN S7-200型PLC， 外加D／A數模轉換模塊，將PLC數字信號變成模擬信號，通過(guò)BT—I變流調速系統(主要由轉速調節器ASR、電流調節器ACR、環(huán)流調節器ARR，正組觸發(fā)器GTD、反組觸發(fā)器GTS、電流反饋器TCV組成)驅動(dòng)直流電機運轉，驅動(dòng)機器人關(guān)節按控制要求進(jìn)行動(dòng)作。系統結構如圖1所示。 圖1 機器人關(guān)節直流伺服系統結構示意圖 2.2 系統工作原理 系統原理如圖2所示，可控環(huán)流可逆調速系統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。 控制電路主要由轉速調節器ASR、電流調節器ACR、環(huán)流調節器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(guān)節直流伺服系統原理圖 系統給定為零時(shí)，轉速調節器ASR、電流調節器ACR被零速封鎖信號鎖零。此時(shí)，系統主要由環(huán)流調節器ARR組成交叉反饋的恒流系統。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，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，一般限制在電機額定電流的5％左右。正向啟動(dòng)時(shí)，隨著(zhù)轉速信號Ugn的增大，封鎖信號解除，轉速調節器ASR輸正， 電機正向運行。此時(shí)，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(jìn)行調節。而正組環(huán)流調節器輸入端所加的環(huán)流給定信號-Ugih和交叉電流反饋信號-Ufil對這個(gè)調節過(guò)程影響極小。反組環(huán)流調節器的輸入電壓為(+Uk)+(-Ugih)+(Ufi2)，隨著(zhù)電樞電流的不斷增大，當達到一定程度時(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)流可逆調速系統制動(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， 電機停轉時(shí)，系統的環(huán)流達最大值。環(huán)流有助于系統越過(guò)切換死區，改善過(guò)渡特性。 3 系統程序設計 程序設計方案為手動(dòng)輸入一個(gè)角度值，讓電機轉動(dòng)，通過(guò)與電動(dòng)機相聯(lián)的光電碼盤(pán)來(lái)檢測電動(dòng)機轉的角度，將轉動(dòng)角度變成脈沖信號。由于電動(dòng)機的轉速非�？�，所以只能把脈沖信號送往PLC的高速計數器。然后將計數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)機已經(jīng)到達指定角度位置，否則繼續進(jìn)行修正。值得注意的是，由于電動(dòng)機從轉動(dòng)突變到停止會(huì )有一定的慣性， 因此在進(jìn)行信號比較時(shí)應允許有一定的誤差，不然電動(dòng)機就會(huì )始終處在修正位置狀態(tài)。系統程序框圖如圖3所示。 圖3 系統程序框圖 4 結 論 基于PLC研制的直流伺服系統，利用PLC擴展能力強的特點(diǎn)，添裝手動(dòng)輸放裝置，實(shí)現工業(yè)機器人關(guān)節直流伺服系統的可視操作。其優(yōu)點(diǎn)是：(1)無(wú)需改變電路結構，即可通過(guò)程序實(shí)現電機正反轉的控制；(2)能夠使電機不等待停止轉動(dòng)即可立刻反方向轉動(dòng)；(3)可令電機急停，避免電機慣性轉動(dòng)；(4)編程、維護方便。 |
