CRT生产线机械手控制系统的设计与开发水泥搅拌机

CRT生产线机械手控制系统的设计与开发

CRT生产线机械手控制系统的设计与开发 2011年12月03日 来源： 三津公司于1989年从日本引进成套生产单色管的制造设备和技术。工程配有10台机械手组成全自动生产线。设备老化引起的问题频频出现，对生产的顺利进行造成了很大的影响。另外，维护设备所需要的一些电子元器件大部分已停产。鉴于此，公司提出对其进行改造。由于机械手出现的问题大部分集中在控制系统，而与机械和电机的有关问题完全可以通过设备的定期维护来避免，因此改造的基本思路是：保留机械手的机械部分、直流有刷伺服电机和光电增量式编码器，重新开发机械手的控制系统，新开发的控制系统必须具有高度的可靠性和稳定性，同时具有多品种的自动切换功能。硬件组态由于旧机械手（改造前的机械手）的控制系统采用一般PLC控制器与Z80微处理器两者共同作用，实现机械手的运动控制、系统管理与检测。因而结构比较复杂、维修困难。随着PLC技术的发展，面向控制过程的PLC(Process-PLC)的出现，使得上述问题能够以更为简捷的方式加以解决。因为此控制器具有以下特点：(1)具有模拟量/数字量的输入输出；(2)多轴伺服电机的控制；(3)RS232/RS485程序传递接口；(4)实时多任务并行处理功能(5)良好的人机界面接口，等等。同时，由于Process—PLC的编程语言SYMPAS使用高级文本语言使得程序的编写、阅读更加直观。根据生产、工艺技术的要求，最终选择Process—PLC中的NANO-B型控制模块，作为主控制器来实现机械手的控制。与此同时，整个机械手控制系统的硬件结构基本形成，控制系统框图如图1所示：

此控制系统属于全闭环位置型控制系统，其中NANO-B控制器的主要功能是存储控制程序，检测外设信号，向外部设备发控制指令。N—SV1为X轴伺服控制器，它主要是接受NANO-B的控制指令，并将其转化为对应的指令信号和控制信号来控制伺服驱动器，同时接受伺服驱动器的回馈信号（N-SV1,N-SV2,N-SV3的功能相同）。X DRIVER为X轴伺服驱动器，它主要是接受N-SV1控制器的控制信号和速度指令以及电机编码器的回馈信号。同时一方面通过F/V转换和比较使电机达到设定速度，另一方面将编码器的回馈信号上传到N-SV1控制器。（X DRIVER，Y DRIVER，Z DRIVER的功能相同）。M为伺服电机，E为电机的编码器。软件实现模块化程序设计是程序设计中最常用的方法。它不仅使程序的阅读更加直观，而且使程序的编写、调试更加明朗化。本控制系统软件是由：主程序模块、原点调试模块、产品选择模块、自动运行模块以及手动调整模块构成。1．主程序模块它包括控制器的初始化；监控运行画面的控制按钮，并对其功能加以实现；上限报警子程序的处理。2．原点调试模块 它主要完成3轴自动找原点的功能以及软极限设置。3．产品选择模块通过对产品选择寄存器值的读取与判断，并将对应的产品参数送给指定的寄存器，同时使选中的产品参数画面切换到产品参数按钮的当前画面。4．自动运行模块实现机械手整个运动过程的控制及计数功能。5．手动调整功能它包括在手动条件下实现机械手位置的快速定位，并以不同的速度实现位置细调和存储。其中以自动运行模块为核心实现整个系统的运动控制。软件程序流程图如图2所示。

人机界面人机界面采用触摸屏控制系统，通过ADP3软件加以实现。整个界面采用全中文显示，使得操作更加简单、明了。系统应用现场应用调试是验证控制系统是否达到设计者的预想效果。更重要的是验证软、硬件在现场各种干扰条件下，能否稳定可靠的运行。它是整个设计中不可缺少的环节，也是不断改进、提高系统性能的重要途径。通过现场应用调试以及一段时间的运行，可以说此系统已经达到我们的设计要求。并且在某些方面已经超出我们原来的设计思想。系统优点可概括如下：(1)不同产品的切换时间由原来的十几分钟降至几秒钟，对提高生产率的贡献是显著的。(2)系统集成度的提高，使控制系统的结构更加简单、紧凑。(3)控制系统的全中文人机界面，教导式操作设计，使操作人员的培训更加简单。(4)全新的产品计数功能，可以使相关人员及时的掌握与机械手有关的每一道工序的投入产出比。(5)控制系统在结构上采用模块化设计，不同模块都提供了丰富的信息提示，可以使设备维修人员更加容易掌握设备的运行状况。(6)快速定位功能的设计，使操作人员进行位置细调时更加方便、快捷。(7)上限报警功能可以使玻壳的损伤降到最小，同时保护了机械手的小臂。(8)多级密码保护功能，使操作者根据自己的权限进行操作，以减少人为事故的发生。(end)

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