五軸銑削混聯機器人控制系統采用 PLC 作為核心控制部件,可以降低對操作人員的危害 [3]。操作人員可以通過觸摸屏對五軸銑削混聯機器人進行遠程控制,主要包括對五軸銑削混聯機器人的 3 個電動缸的伸縮運動控制,2 個旋轉電動機的旋轉控制、電主軸的轉速控制,實現對五軸銑削混聯機器人的實時控制。五軸銑削混聯機器人的控制系統如圖 2 所示。
控制系統主要由 1 個觸摸屏、2 個控制器、3 個電動缸、2 個電動機及 1 個電主軸組成。通過上位機將運動控制程序下載到控制器中,觸摸屏程序下載到觸摸屏中,控制器接收觸摸屏發出的指令,收到指令后,控制器根據運動程序發出各種運動控制指令,傳輸到電動缸和電動機的伺服驅動器,伺服驅動器根據收到的指令控制電動缸、電動機及電主軸的運動。PLC 控制器發出指令使各個電動機安全平穩地運行。電動機、電動缸、減速器的型號如表 1 所示。

表 1 硬件型號
表格
| 編號 | 設備名稱 | 品牌及型號 | 數量 |
|---|---|---|---|
| 1 | 電動機 | 松下 MSMF082L1V2M | 2 |
| 2 | 電動機 | 臺達 ECMA?C11330D4 | 3 |
| 3 | 減速器 | 住友 D25?89 | / |
| 4 | 減速器 | 住友 A25?119 | / |
| 5 | 觸摸屏 | TP?900Comfort | 1 |
| 6 | PLC | ST40 | 2 |
S7?200 SMART 是西門子 PLC 系列中的經典產品,具有功能強、擴展性較好、價格低廉的特點 [4]。其中 ST40 模塊共有 40 個 I/O 通道,ST40 有 24 個數字量輸入通道,16 個數字量輸出通道,可同時控制 3 個電動機軸。由于有 3 個電動缸和 2 個電動機,需要 2 臺 ST40 對其進行控制。并且要對每臺 ST40 的 I/O 點進行分配,第 1 臺 ST40 的 I/O 分配主要是對五軸銑削混聯機器人的 3 個電動缸進行控制,如表 2 所示。
表 2 第 1 臺 ST40 的 I/O 分配
表格
| PLC 地址 | 功能 |
|---|---|
| I0.0 | 啟動按鈕 |
| I0.1 | 停止按鈕 |
| Q0.0 | 第 2 支鏈電動缸脈沖輸出 |
| Q0.1 | 第 3 支鏈電動缸脈沖輸出 |
| Q0.2 | 第 2 支鏈電動缸方向輸出 |
| Q0.3 | 第 4 支鏈電動缸脈沖輸出 |
| Q0.4 | 運行燈 |
| Q0.5 | 暫停燈 |
| Q0.6 | 第 2 支鏈電動缸警報清除 |
| Q0.7 | 第 3 支鏈電動缸方向輸出 |
| Q1.0 | 第 4 支鏈電動缸方向輸出 |
| Q1.1 | 第 3 支鏈電動缸警報清除 |
| Q1.2 | 第 4 支鏈電動缸警報清除 |
第 2 臺 ST40 主要用來控制五軸銑削混聯機器人中 A、C 軸,對其進行 I/O 點位分配,如表 3 所示。
表 3 第 2 臺 ST40 的 I/O 分配
表格
| PLC 地址 | 功能 |
|---|---|
| Q0.0 | C 軸電動機脈沖輸出 |
| Q0.1 | A 軸電動機脈沖輸出 |
| Q0.2 | C 軸電動機方向輸出 |
| Q0.4 | C 軸電動機警報清除 |
| Q0.5 | A 軸電動機警報清除 |
| Q0.6 | A 軸電動機方向輸出 |
| Q0.7 | 電主軸啟動 |
五軸銑削混聯機器人控制電路設計主要包括伺服系統控制回路設計,PLC 輸入輸出控制回路設計。五軸銑削混聯機器人伺服系統中采用 2 套松下伺服驅動器和 3 套臺達伺服驅動器。每套伺服驅動器各配備 1 根電源線、1 根編碼器線及 1 根抱閘線,與相對應的電動機相連。由于該系統有 5 個伺服系統,需要將五軸銑削混聯機器人的伺服電動機、伺服電動缸及對應的伺服驅動器各自連接。伺服系統接線有電動缸伺服系統接線和 A 軸、C 軸伺服系統接線。圖 3 為 A 軸、C 軸伺服電動機系統接線,圖 4 為伺服電動缸的系統接線。


PLC 主要通過 DC24 V 電源給 PLC 供電。PLC 控制器給 5 套伺服驅動器發送脈沖和方向信號,進行伺服電動機和伺服電動缸控制,通過改變 PLC 單位時間發送的脈沖個數和脈沖方向控制電動機轉動的速度和方向,完成預定動作 [5]。圖 5 為第 2 臺 PLC,主要控制五軸銑削混聯機器人中的 A 軸、C 軸。圖 6 為第 1 臺 PLC,主要控制 3 個電動缸。

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