基于臺達(dá)EH3的落紗機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

喻慧

摘 要：臺達(dá)DVP-EH3具備優(yōu)異的運(yùn)動控制功能，是一款內(nèi)置4點(diǎn)200kHz硬件高速計(jì)數(shù)器與200kHz高速脈沖輸出能力的PLC，搭配多種運(yùn)動控制指令，可達(dá)到高速精準(zhǔn)定位控制功能，實(shí)現(xiàn)高級的運(yùn)動控制需求如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，可以滿足落紗機(jī)器人的工藝需求。

關(guān)鍵詞：落紗機(jī)器人；臺達(dá)DVP64EH00T3；臺達(dá)觸摸屏

一、引言

該落紗機(jī)器人電氣控制采用了可編程控制器和交流伺服電機(jī)驅(qū)動的控制系統(tǒng)，機(jī)械抓手采用了三維直角坐標(biāo)機(jī)器人控制平臺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械抓手垂直于錠子抓取滿紗管，通過在上下導(dǎo)軌上移動，實(shí)現(xiàn)了拔紗、插管、返回的全程自動化，可快速、精準(zhǔn)完成細(xì)紗機(jī)落紗，極大地提升了紡紗設(shè)備的自動化水平。

二、落紗機(jī)器人的運(yùn)動控制

落紗機(jī)器人在行進(jìn)中實(shí)現(xiàn)垂直拔紗的控制關(guān)鍵有兩點(diǎn)：一是在拔紗的整個過程中，控制抓管裝置的從動軸必須實(shí)時(shí)跟蹤控制行進(jìn)的主動軸進(jìn)行速度調(diào)整。當(dāng)主軸伺服電機(jī)傳動機(jī)器人向前移動的同時(shí)，從軸伺服電機(jī)跟蹤主軸轉(zhuǎn)速做出響應(yīng)，使拔紗裝置反向同速移動，這樣拔管裝置同正在拔的管紗保持相對靜止；二是另外兩臺伺服電機(jī)負(fù)責(zé)聯(lián)合控制拔紗裝置在三維空間內(nèi)運(yùn)動，使其按規(guī)定路線作弧線插補(bǔ)。這樣定位更準(zhǔn)更快，運(yùn)行更可靠，從而確保垂直拔紗。由于該機(jī)是在行進(jìn)中拔紗和連續(xù)逐錠插管，因此落紗效率相對與只能靜止?fàn)顟B(tài)工作的落紗機(jī)已經(jīng)大大提高了。

三、臺達(dá)EH3系列PLC的運(yùn)動控制解決方案

1.臺達(dá)EH3系列PLC介紹

DVP-EH3是臺達(dá)DVP-E系列的最高級主機(jī)，其出色的運(yùn)動控制功能、完整的程序保護(hù)功能、優(yōu)異的運(yùn)算能力、簡易的連網(wǎng)功能以及全新的高速特殊擴(kuò)充模塊等特性，使其更加適用于復(fù)雜的高速高精控制應(yīng)用，內(nèi)置4點(diǎn)200kHz硬件高速計(jì)數(shù)器與200kHz高速脈沖輸出能力，搭配多種運(yùn)動控制指令，可達(dá)到高速精準(zhǔn)定位控制功能，實(shí)現(xiàn)高級的運(yùn)動控制需求如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能。

落紗機(jī)器人控制系統(tǒng)正是利用了EH3具有4點(diǎn)獨(dú)立高速脈沖輸出，支持直線、圓弧插補(bǔ)運(yùn)動控制功能很好的解決了其需要四軸聯(lián)動的問題。

EH3系列PLC的主要特點(diǎn)：

（1）4點(diǎn)獨(dú)立高速脈沖輸出功能，支持直線、圓弧插補(bǔ)運(yùn)動控制功能；

（2）外部輸入中斷提升為16個中斷輸入；

（3）有多種運(yùn)動控制指令，可達(dá)到高速精準(zhǔn)定位控制功能；

（4）具有程序備份功能，電池沒電程序不會消失，并能儲存第二份程序與數(shù)據(jù)；

（5）CPU + ASIC雙處理器，支持浮點(diǎn)運(yùn)算，基本指令最快執(zhí)行速度達(dá)0.24μs；

（6）包含模擬輸出、輸入、溫度量測、額外的單軸運(yùn)動控制與高速計(jì)數(shù)功能，可另增第3個串聯(lián)通訊端口或以太網(wǎng)通訊卡等；

（7）只要啟動PLC-Link功能，無需額外的通訊擴(kuò)充模塊，即可架構(gòu)最高32臺的聯(lián)機(jī)網(wǎng)絡(luò)；

（8）搭配全新的特殊擴(kuò)充模塊，可大幅縮短主機(jī)與擴(kuò)充模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，進(jìn)而提升主機(jī)程序的執(zhí)行效率。

2.運(yùn)動控制解決方案

落紗機(jī)器人基于臺達(dá)EH3系列PLC和B2系列伺服系統(tǒng)并配置DOP-B07S411觸摸屏，實(shí)現(xiàn)4軸控制功能，控制系統(tǒng)的主要設(shè)備配置有：臺達(dá)DVP64EH00T3型PLC、DOP-B07S200型人機(jī)界面、ECMA-C20604RS型伺服電機(jī)及減速器、ASD-B2-0421-B型伺服電機(jī)驅(qū)動器、相應(yīng)的各類傳感器等。用戶可以在人機(jī)界面上設(shè)置所需參數(shù)并手動操作落紗機(jī)器人動作。臺達(dá)DVP64EH00T3控制三軸構(gòu)成X/Y/Z坐標(biāo)系統(tǒng)，并通過該坐標(biāo)系統(tǒng)控制落紗機(jī)器人的拔紗裝置實(shí)現(xiàn)落紗動作，另外DVP64EH00T3還需控制一軸W軸來實(shí)現(xiàn)落紗機(jī)器人的前行以及后退動作。X軸與Y軸按規(guī)定路線作弧線插補(bǔ)，Y軸跟蹤主軸W軸，從而使拔紗裝置同正在拔的管紗保持相對靜止。

此外還需要了解伺服電機(jī)編碼器的精度以及每圈皮帶直線前進(jìn)的距離，還有皮帶運(yùn)動的正反方向。安裝原點(diǎn)回歸的近點(diǎn)信號開關(guān)，這些信號對應(yīng)的要接到DVP64EH00T3相應(yīng)的端子。

四、控制系統(tǒng)編程

1.初始化參數(shù)

上電初期啟動正方向脈沖初始化X/Y/Z/W軸的基本參數(shù)。程序指令如下所示。

2.坐標(biāo)定義

計(jì)算X/Y/Z坐標(biāo)位置，且每次動作前需要對X/Y/Z軸進(jìn)行原點(diǎn)回歸動作。程序指令如下所示。

3.HMI控制及X/Y/Z/W軸控制程序，以Y軸為例，梯形圖如下：

HMI只需要做與X/Y/Z/W軸相關(guān)的輔助繼電器對應(yīng)的按鈕，并把計(jì)算出的X/Y/Z軸的位移參數(shù)賦值給特定的寄存器，就可以用這些寄存器作為運(yùn)動控制的位置坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動的自由編輯。

五、結(jié)束語

使用臺達(dá)EH3系列PLC能很好的實(shí)現(xiàn)落紗機(jī)器人的功能?？梢酝ㄟ^觸摸屏修改其各軸位移參數(shù)、速度可以自由設(shè)定，界面操作簡單方便。經(jīng)過在寶紡集團(tuán)的工藝試驗(yàn)證明，電氣控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，EH3系列PLC計(jì)算精確且反應(yīng)迅速，每次的拔紗精度都得到了很好的保證。通過和DVP-01PU定位控制模組的組合，完全可以控制四軸以上的伺服系統(tǒng)，且設(shè)計(jì)成本較低，因此在多軸聯(lián)動的工業(yè)機(jī)器人控制領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]臺達(dá).DVP PLC 應(yīng)用技術(shù)手冊[程序篇].

[2]臺達(dá).DVP PLC 應(yīng)用技術(shù)手冊[101例].

[3]臺達(dá).DOP-B人機(jī)界面應(yīng)用技術(shù)手冊.endprint