基于臺達EH3的落紗機器人控制系統設計

喻慧

摘 要：臺達DVP-EH3具備優異的運動控制功能，是一款內置4點200kHz硬件高速計數器與200kHz高速脈沖輸出能力的PLC，搭配多種運動控制指令，可達到高速精準定位控制功能，實現高級的運動控制需求如直線插補、圓弧插補功能，可以滿足落紗機器人的工藝需求。

關鍵詞：落紗機器人；臺達DVP64EH00T3；臺達觸摸屏

一、引言

該落紗機器人電氣控制采用了可編程控制器和交流伺服電機驅動的控制系統，機械抓手采用了三維直角坐標機器人控制平臺技術，實現了機械抓手垂直于錠子抓取滿紗管，通過在上下導軌上移動，實現了拔紗、插管、返回的全程自動化，可快速、精準完成細紗機落紗，極大地提升了紡紗設備的自動化水平。

二、落紗機器人的運動控制

落紗機器人在行進中實現垂直拔紗的控制關鍵有兩點：一是在拔紗的整個過程中，控制抓管裝置的從動軸必須實時跟蹤控制行進的主動軸進行速度調整。當主軸伺服電機傳動機器人向前移動的同時，從軸伺服電機跟蹤主軸轉速做出響應，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負責聯合控制拔紗裝置在三維空間內運動，使其按規定路線作弧線插補。這樣定位更準更快，運行更可靠，從而確保垂直拔紗。由于該機是在行進中拔紗和連續逐錠插管，因此落紗效率相對與只能靜止狀態工作的落紗機已經大大提高了。

三、臺達EH3系列PLC的運動控制解決方案

1.臺達EH3系列PLC介紹

DVP-EH3是臺達DVP-E系列的最高級主機，其出色的運動控制功能、完整的程序保護功能、優異的運算能力、簡易的連網功能以及全新的高速特殊擴充模塊等特性，使其更加適用于復雜的高速高精控制應用，內置4點200kHz硬件高速計數器與200kHz高速脈沖輸出能力，搭配多種運動控制指令，可達到高速精準定位控制功能，實現高級的運動控制需求如直線插補、圓弧插補功能。

落紗機器人控制系統正是利用了EH3具有4點獨立高速脈沖輸出，支持直線、圓弧插補運動控制功能很好的解決了其需要四軸聯動的問題。

EH3系列PLC的主要特點：

（1）4點獨立高速脈沖輸出功能，支持直線、圓弧插補運動控制功能；

（2）外部輸入中斷提升為16個中斷輸入；

（3）有多種運動控制指令，可達到高速精準定位控制功能；

（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據；

（5）CPU + ASIC雙處理器，支持浮點運算，基本指令最快執行速度達0.24μs；

（6）包含模擬輸出、輸入、溫度量測、額外的單軸運動控制與高速計數功能，可另增第3個串聯通訊端口或以太網通訊卡等；

（7）只要啟動PLC-Link功能，無需額外的通訊擴充模塊，即可架構最高32臺的聯機網絡；

（8）搭配全新的特殊擴充模塊，可大幅縮短主機與擴充模塊之間的數據傳輸時間，進而提升主機程序的執行效率。

2.運動控制解決方案

落紗機器人基于臺達EH3系列PLC和B2系列伺服系統并配置DOP-B07S411觸摸屏，實現4軸控制功能，控制系統的主要設備配置有：臺達DVP64EH00T3型PLC、DOP-B07S200型人機界面、ECMA-C20604RS型伺服電機及減速器、ASD-B2-0421-B型伺服電機驅動器、相應的各類傳感器等。用戶可以在人機界面上設置所需參數并手動操作落紗機器人動作。臺達DVP64EH00T3控制三軸構成X/Y/Z坐標系統，并通過該坐標系統控制落紗機器人的拔紗裝置實現落紗動作，另外DVP64EH00T3還需控制一軸W軸來實現落紗機器人的前行以及后退動作。X軸與Y軸按規定路線作弧線插補，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編碼器的精度以及每圈皮帶直線前進的距離，還有皮帶運動的正反方向。安裝原點回歸的近點信號開關，這些信號對應的要接到DVP64EH00T3相應的端子。

四、控制系統編程

1.初始化參數

上電初期啟動正方向脈沖初始化X/Y/Z/W軸的基本參數。程序指令如下所示。

2.坐標定義

計算X/Y/Z坐標位置，且每次動作前需要對X/Y/Z軸進行原點回歸動作。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軸相關的輔助繼電器對應的按鈕，并把計算出的X/Y/Z軸的位移參數賦值給特定的寄存器，就可以用這些寄存器作為運動控制的位置坐標，實現對運動的自由編輯。

五、結束語

使用臺達EH3系列PLC能很好的實現落紗機器人的功能。可以通過觸摸屏修改其各軸位移參數、速度可以自由設定，界面操作簡單方便。經過在寶紡集團的工藝試驗證明，電氣控制系統穩定可靠，EH3系列PLC計算精確且反應迅速，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，且設計成本較低，因此在多軸聯動的工業機器人控制領域具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]臺達.DVP PLC 應用技術手冊[程序篇].

[2]臺達.DVP PLC 應用技術手冊[101例].

[3]臺達.DOP-B人機界面應用技術手冊.endprint