基于PLC的八工位全自動燒錄機(jī)機(jī)械手的定位控制

黃淑琴

(泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院， 江蘇 泰州 225300)

基于PLC的八工位全自動燒錄機(jī)機(jī)械手的定位控制

黃淑琴

(泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院， 江蘇 泰州 225300)

運(yùn)用PLC技術(shù)和伺服電動機(jī)控制技術(shù)，設(shè)計了八工位全自動燒錄機(jī)機(jī)械手的定位控制系統(tǒng)。闡述了機(jī)械手的動作過程，合理選取了系統(tǒng)硬件，進(jìn)行了電氣控制系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計，實現(xiàn)了機(jī)械手的準(zhǔn)確定位功能。

燒錄機(jī)；機(jī)械手；PLC；定位

0 引言

可編程控制器(programmable logiccontroller,PLC)技術(shù)的空前發(fā)展，給機(jī)械制造和加工的自動化控制提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。八工位全自動燒錄機(jī)分為兩個區(qū)，每個區(qū)各有4個工位，共八工位。本文以機(jī)械手為控制對象，以PLC為控制核心，以HMI為人機(jī)交互平臺，設(shè)計機(jī)械手自由移動的控制全自動完成芯片抓取、放置、燒寫和取片的全過程，取代傳統(tǒng)的人工作業(yè)，實現(xiàn)快速準(zhǔn)確定位，極大地提高了生產(chǎn)效率。

1 硬件組成

1.1 信捷xc5-32T-EPLC

本設(shè)計選擇的PLC 類型為國產(chǎn)信捷xc5系列，是一款功能強(qiáng)大的小型PLC， 特別是所具有的定位和脈沖輸出功能，使得在不增加其他運(yùn)動控制模塊的情況下，可以直接對伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制，而且由于需要輸出驅(qū)動伺服電動機(jī)的高速脈沖 ，PLC應(yīng)采用高速晶體管輸出型。 同時要實現(xiàn)機(jī)械手三個自由度的控制所需的I/O 點較多， 基于上述考慮選用信捷xc5-32T-E ，共18點輸入 ，14個晶體管輸出，另外有XC-16X和XC-8XYT兩個擴(kuò)展模塊。

此類型PLC最高輸出脈沖為200kHz，高于一般的晶體管輸出頻率。

1.2 伺服電動機(jī)及其驅(qū)動器

伺服電動機(jī)和伺服驅(qū)動器需要一起配合使用組成伺服系統(tǒng)。 為此采用了松下永磁同步交流伺服電動機(jī)及全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動裝置作為機(jī)械手的運(yùn)動控制裝置。伺服系統(tǒng)用作定位控制時是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，位置環(huán)作為外環(huán)，電流環(huán)和速度環(huán)是兩個內(nèi)環(huán)，這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和抗干擾能力。位置環(huán)的控制，重點是通過伺服電動機(jī)上面的高精度編碼器作為位置反饋實現(xiàn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，它是位置控制的基礎(chǔ)條件。

1.3 光電開關(guān)

控制信號分別為y軸后限位信號輸入、y軸前限位信號輸入、y軸原點信號輸入(作為機(jī)器停機(jī)狀態(tài)下的y軸停靠點，距離工作位置遠(yuǎn))、y軸機(jī)械校零點(作用是提高工作效率，因為原點信號距離工作位置太遠(yuǎn)，頻繁校零效率太低)、x軸后限位信號輸入、x軸前限位信號輸入、x軸原點信號輸入、z軸上限位信號輸入、z軸下限位信號輸入、z軸原點信號輸入。

通過10個光電開關(guān)反饋控制信號以實現(xiàn)機(jī)械手x、y、z軸的準(zhǔn)確控制 ，保證每步動作依次按要求正常工作。

1.4 氣缸

兩個氣缸分別是升降氣缸和吸嘴氣缸。PLC輸出控制2個DC 24V繼電器，通過電磁閥從而控制兩個氣缸的動作。

1.5 芯片燒錄機(jī)

芯片燒錄機(jī)不同的工作狀態(tài)會給出不同的輸出信號，例如當(dāng)燒錄機(jī)沒有芯片時為紅綠燈常閃，當(dāng)放好芯片時為綠燈常閃，芯片燒錄時為紅綠燈常亮，燒好時為綠燈常亮，不良芯片或芯片燒錄不成功為紅燈常亮，燒錄機(jī)的信號為5V的TTL電頻信號，通過轉(zhuǎn)換板變成24V的NPN的集電極開路信號。

1.6 機(jī)械手動作過程

機(jī)械手的工作過程實際包括兩個方面，1) 電動機(jī)驅(qū)動機(jī)械手的定位控制，2) 機(jī)械手到各區(qū)抓取或放下工件。另外還包括報警程序以及配方功能程序設(shè)計。配方功能主要是針對實際使用中的很多種產(chǎn)品型號，所涉及的參數(shù)有30個之多，將所有的產(chǎn)品的參數(shù)全部都以矩陣的形式保存在PLC里面，一旦更換產(chǎn)品，員工只要輸入產(chǎn)品的型號，就能調(diào)取出該產(chǎn)品的所有的控制參數(shù)，大大降低了出錯的概率，也降低操作要求提高了工作效率。

加工布局圖如圖1所示。

圖1 加工布局圖

機(jī)械手從原點出發(fā)，先去原料1區(qū)取料，把燒錄機(jī)1區(qū)放滿，然后再去原料2區(qū)取料，把燒錄機(jī)2區(qū)放滿，放滿后等待燒錄機(jī)1區(qū)燒好，將燒好的芯片放入OK1區(qū)；然后去原料1區(qū)取料，把燒錄機(jī)1區(qū)放滿；等待燒錄機(jī)2區(qū)燒好，將燒好的芯片放入OK2區(qū)；然后再去原料2區(qū)取料，把燒錄機(jī)2區(qū)放滿，如此循環(huán)。不良芯片或芯片燒錄不成功者放入NG區(qū)。

2 控制程序設(shè)計

八工位機(jī)械手控制系統(tǒng)模塊包括PLC控制程序和HMI組態(tài)畫面。PLC控制程序控制執(zhí)行部件按照輸入設(shè)備的指令執(zhí)行相應(yīng)的動作，HMI組態(tài)程序則提供了直觀友好的人機(jī)交互界面，使操作者很方便地通過屏幕了解控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行過程。圖2為機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件模塊組成。

圖2 機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件模塊組成

PLC的控制程序段主要有：xyz軸手動控制程序、 回原點控制程序、執(zhí)行動作控制程序、放入#1芯片區(qū)控制程序、#1燒寫區(qū)信號判斷控制程序、放入#2芯片區(qū)控制程序、#2燒寫區(qū)信號判斷控制程序以及機(jī)械校準(zhǔn)控制程序等。圖3為機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC控制程序。

圖3 機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC控制程序

系統(tǒng)設(shè)計可選用的HMI產(chǎn)品很多。根據(jù)機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制特點，整臺全自動燒錄機(jī)選用信捷THA62型HMI。該HMI采用10.4寸彩色顯示器，所提供的軟元件較為豐富，功能完全夠用，具有較高的性價比。通過HMI來實現(xiàn)整臺機(jī)器的操作控制、報警顯示及燒錄芯片型號的參數(shù)設(shè)定、保存和調(diào)取，同時觸摸屏與PLC進(jìn)行實時通訊。圖4為控制系統(tǒng)HMI參數(shù)設(shè)置畫面。

圖4 HMI參數(shù)設(shè)置畫面

3 結(jié)語

信捷xc5-32T-E PLC在八工位燒錄機(jī)機(jī)械手中獲得成功應(yīng)用。實踐表明：該方法提高了機(jī)械手定位精度，八工位2個區(qū)輪流作業(yè)縮短了機(jī)械手等待時間，提高了勞動生產(chǎn)率。并且保證了工作質(zhì)量，解決了人工操作所產(chǎn)生的錯誤率問題。該控制系統(tǒng)設(shè)計和選型合理，自動化程度高；PLC程序及HMI組態(tài)滿足工藝要求；監(jiān)控畫面操作簡單方便，系統(tǒng)運(yùn)行可靠。

[1] 陳羽鋒.基于PLC的氣動送料控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 [J].機(jī)械制造與自動化，2010,(2):82-84.

[2] 三菱 系列編程手冊.

[3] 松下伺服 用戶手冊.

[4] 張莉松. 伺服系統(tǒng)原理與設(shè)計[M].北京:北京理工大學(xué)出版社, 2006.

Position Control of Eight Station Automatic Burning Machine Manipulator Based on PLC

HUANG Shu-qin

(School of Mechanical and Electrical Engineering,Tai zhou Polytechnical Institute.Taizhou 225300,China)

PLC technology and servo motor control technology are applied to designing the position control system of eight station automatic burning machine manipulator. This paper describes the manipulator action process, It selects the hardware system reasonably, then carries out the detailed design for the electric control system, so as to bring about its accurate positioning function.

burning machine ;manipulator; PLC;location

黃淑琴(1965-),女，江蘇泰州人，副教授，碩士，研究方向為電氣控制。

TP241.2

B

1671-5276(2014)02-0160-03

2013-01-24