很多訂購(gòu)自動(dòng)繞線機(jī)的廠家都想了解一下自動(dòng)繞線機(jī)特別是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，聯(lián)欣科技根據(jù)全自動(dòng)繞線機(jī)系統(tǒng)的控制性能要求，確定 PLC 和伺服驅(qū)動(dòng)的類型，并根據(jù)I/O 端口數(shù)，確定輸入輸出模塊類型。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì) PLC 與輸入輸出模塊接口電路、運(yùn)動(dòng)控制器與伺服系統(tǒng)接口電路，并運(yùn)用梯形圖方式進(jìn)行 PLC 控制器軟件編程。那么聯(lián)欣科技線圈數(shù)控繞線機(jī)下位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)?下面請(qǐng)看深圳市聯(lián)欣科技有限公司工作人員的詳細(xì)介紹!

　　1、下位機(jī)控制系統(tǒng)分析

　　全自動(dòng)繞線機(jī)下位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要完成各控制器、電動(dòng)機(jī)以及氣缸驅(qū)動(dòng)等的電路連接和下位機(jī)控制器的編程，實(shí)現(xiàn)繞線機(jī)各軸及各氣爪的配合運(yùn)動(dòng)。根據(jù)模塊化思想，將下位機(jī)控制分為伺服電機(jī)控制和氣缸運(yùn)動(dòng)控制(如圖 4.1 所示)。伺服電機(jī)的控制是 PLC 控制器通過(guò)控制伺服驅(qū)動(dòng)器，完成對(duì)伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)繞線機(jī)排線、繞線等運(yùn)動(dòng);氣缸運(yùn)動(dòng)控制主要 PLC控制器對(duì)電磁閥進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)夾剪線機(jī)構(gòu)的開(kāi)合、前后移動(dòng)和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。

　　各軸運(yùn)動(dòng)位置和速度以及氣缸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等通過(guò)光電編碼器、各種信息采集傳感器反饋回控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)電機(jī)、氣缸的閉環(huán)控制。信息采集通過(guò)氣缸磁傳、光電傳感器、光纖傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)傳感器檢測(cè)每個(gè)部件工作狀態(tài)，并把檢測(cè)到的報(bào)警信息顯示在人機(jī)交互界面上。磁柵主要是對(duì)氣缸動(dòng)作的監(jiān)視和確認(rèn)，保證氣缸動(dòng)作的到位，提高運(yùn)行的可靠性。

　　在這里光電傳感器的作用主要是給伺服電機(jī)提供零位信號(hào)和限位信號(hào)。零位信號(hào)輔助伺服電機(jī)回零，確定電機(jī)的原點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的精確定位;限位信號(hào)是對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置的限制，防止機(jī)械碰撞。

　　2、細(xì)線徑線圈繞線機(jī)控制部分硬件選型

　　細(xì)線徑線圈繞線機(jī)控制系統(tǒng)主要包括 PC 機(jī)上位機(jī)界面、PLC 控制器以及伺服電機(jī)等，在控制系統(tǒng)硬件部分的選型過(guò)程中，不僅要考慮本系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的性能要求，還要充分考慮各硬件產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。

　　2.1 可編程邏輯控制器 PLC 模塊

　　目前最常用的 PLC 有美國(guó) ABB，松下，西門子，三菱，歐姆龍，臺(tái)達(dá)等。三菱 PLC 在中國(guó)市場(chǎng)常見(jiàn)的有以下型號(hào)： FR-FX1N、 FR-FX1S、 FR-FX2N、 FR-FX3U、 FR-FX2NC、 FR-A、FR-Q。本論文 PLC 選用 FX3U-32MR/ES-A CPU 基本單元和 FX3U-2HSY-ADP 特殊適配器。選擇三菱 FX3U 系列 PLC 主要有以下幾個(gè)方面原因。

　　1) 與其他品牌 PLC 相比，三菱 PLC 性價(jià)比高。

　　美國(guó)、歐洲的 PLC 產(chǎn)品功能齊全、品種多、性能較高，但在中小型 PLC 方面，價(jià)格較為昂貴，而日本的產(chǎn)品模塊化集成度較高，價(jià)格較合理，特別是在小型 PLC，在價(jià)格上占有很大優(yōu)勢(shì)。

　　2) 功能要求

　　FX3U 是三菱電機(jī)公司新近推出的新型第三代三菱 PLC，可以稱得上是小型至尊產(chǎn)品。其編程語(yǔ)言靈活，擴(kuò)展性能豐富，可編程控制器上直接接線的輸入輸出和網(wǎng)絡(luò)(CC-LINK)上的遠(yuǎn)程 I/O 合計(jì)點(diǎn)數(shù)可以擴(kuò)展到 384 點(diǎn);掃描時(shí)間短，以高速度、高響應(yīng)著稱，指令處理速度達(dá) 0.065μs;通信能力較強(qiáng)，新開(kāi)發(fā)了眾多通信板和通信適配器及計(jì)算機(jī)連接用的專用模塊，可方便連接各種智能設(shè)備。

　　3) 被控對(duì)象提出的控制要求

　　細(xì)線徑線圈生產(chǎn)設(shè)備需要 4 個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行精確定位，F(xiàn)X3U-2HSY-ADP 特殊適配器使用 FX3U 可編程邏輯控制器內(nèi)置的定位功能，輸出最大 200KHZ 的差動(dòng)線性驅(qū)動(dòng)方式的脈沖串，可同時(shí)控制四軸的伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，且FX3U 可編程控制器最多可以連接 2臺(tái)高速輸出適配器，本論文繞線機(jī)需要 4 個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行精確定位，運(yùn)用FX3U-32MR/ES-A CPU 基本單元和 FX3U-2HSY-ADP 特殊適配器完全可以達(dá)到功能要求。

　　2.2 伺服驅(qū)動(dòng)模塊

　　細(xì)線徑線圈繞線機(jī)控制系統(tǒng)需要4 個(gè)電機(jī)繞線運(yùn)動(dòng)，1 個(gè)主軸電機(jī)，3 個(gè)排線軸運(yùn)動(dòng)電機(jī)(X 向、Y 向、Z 向)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)，兩者在控制方式上相似，但其使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合存在較大差異，在控制精度、低頻特性、矩頻特性或響應(yīng)性能等方面，伺服電機(jī)無(wú)不高出步進(jìn)電機(jī)一籌。為滿足繞線精度的要求，本文采用高動(dòng)態(tài)響應(yīng)交流伺服電機(jī)進(jìn)行各軸驅(qū)動(dòng)，并在各電機(jī)上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)位置的實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于各軸位置調(diào)試和確保其精確控制。

　　本論文控制系統(tǒng) 4 個(gè)伺服電機(jī)均采用三菱 MR-J3-A 系列。根據(jù)各軸負(fù)載大小不同，分別選用的伺服電機(jī)輸出功率不同，排線軸運(yùn)動(dòng)控制的各軸電機(jī)采用 J3-70A KP73，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)伺服電機(jī)采用 J3-100A SP102。MR-J3-A 系列的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)有位置和速度控制兩個(gè)模式，且能夠在這兩種控制模式之間切換運(yùn)行，系統(tǒng)還有自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，可按照伺服增益進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，在伺服基本參數(shù)中可以對(duì)伺服的旋轉(zhuǎn)方向和電子齒輪比進(jìn)行設(shè)置，從而滿足系統(tǒng)的要求。

　　3、 細(xì)線徑線圈繞線機(jī)硬件線路設(shè)計(jì)

　　下位機(jī)控制系統(tǒng)硬件部分包括PLC 可編程運(yùn)動(dòng)控制器、交流伺服電機(jī)、各種信息采集傳感器，以及氣缸控制部分的電磁閥等，本文利用三菱 FX3U PLC 作為控制核心，整機(jī)的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)主要分為三個(gè)部分。

　　1：電源部分：AC220V 提供動(dòng)力控制能源，DC24V 開(kāi)關(guān)電源為 PLC 供電，提供伺服控制信號(hào)電源。

　　2：控制核心部分：由 PLC 控制器對(duì)繞線機(jī) 4 個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制并對(duì)各種信息做出快速、準(zhǔn)確的反應(yīng)，處理隨時(shí)變化的信號(hào)。

　　3：執(zhí)行部分：伺服電機(jī)通過(guò)絲杠和同步齒形帶驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)繞線運(yùn)動(dòng)，電機(jī)的工作狀況通過(guò)自身編碼器反饋給驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行閉環(huán)控制，機(jī)械部分的狀態(tài)由傳感器反饋給 PLC 進(jìn)行閉環(huán)控制。

　　文中將電路設(shè)計(jì)分為整機(jī)控制強(qiáng)電電路、整機(jī)控制弱電電路以及伺服系統(tǒng)接口電路三個(gè)方面進(jìn)行分析。

　　3.1 細(xì)線徑線圈生產(chǎn)設(shè)備控制電路總體設(shè)計(jì)

　　細(xì)線徑線圈生產(chǎn)設(shè)備控制電路總體設(shè)計(jì)主要有弱電部分的設(shè)計(jì)和強(qiáng)電部分的設(shè)計(jì)。PLC硬件的模塊化簡(jiǎn)化了系統(tǒng)弱電部分的控制電路設(shè)計(jì)，直接通過(guò)三菱的基板就可以解決個(gè)控制器模塊之間的連接，強(qiáng)電部分主要設(shè)計(jì)為 4 個(gè)伺服電機(jī)、PLC 控制模塊以及開(kāi)關(guān)電源等供電。

　　3.1.1 弱電電路連接

　　弱電部分設(shè)計(jì)主要指電磁閥部分、各種磁柵傳感器、遠(yuǎn)程 I/O 站連接等的線路連接，PLC通過(guò)通過(guò)電磁閥的電路連接實(shí)現(xiàn)對(duì)各模塊氣動(dòng)部分的控制，其中電磁閥的正極接+24V，負(fù)極接 PLC 輸出口。各磁柵線路連接實(shí)現(xiàn)繞線機(jī)各電機(jī)及氣動(dòng)部分位置、速度的信息反饋，其中磁柵的正極接 PLC 的輸入口，負(fù)極接地，塔燈通過(guò)繼電機(jī)與 PLC 的輸出口相連。

　　PLC 控制器通過(guò)接口電路對(duì)控制對(duì)象輸出各類控制信號(hào)，其輸出電路主要有繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出這三種形式。本文所選的晶體管輸出模塊是 AJ65SBTB1-32T，采用光電耦合的隔離方式，輸出點(diǎn)數(shù)為 32 點(diǎn)，額定負(fù)載電壓12/32VDC。

　　當(dāng)外部觸點(diǎn)接通時(shí)，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器和電平轉(zhuǎn)換后，輸出至 PLC 內(nèi)部，成為內(nèi)部電路可以接收和處理的信號(hào)。接收器是采用光電耦合轉(zhuǎn)換電路。輸入模塊選用的是AJ65SBTB1-32D，輸入點(diǎn)數(shù)為 32 點(diǎn)，額定輸入電壓為 24VDC。

　　3.1.2 強(qiáng)電電路設(shè)計(jì)

　　強(qiáng)電部分的設(shè)計(jì)包括對(duì)伺服系統(tǒng)、PLC、開(kāi)關(guān)電源等的供電(如圖 4.2 所示)，以及配電線路布置等方面。

　　在強(qiáng)電電路設(shè)計(jì)中首先要注意的就是電器的額定電流、電壓、頻率需和所在回路中設(shè)定的相適應(yīng)，且要求電路在滿足短路條件下的通斷能力的同時(shí)，設(shè)置短路保護(hù)、負(fù)載保護(hù)、接地故障保護(hù)等保護(hù)電路。電路的配置與連接要考慮到控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器等器件的工作環(huán)境，電路連接時(shí)注意整潔，便于在機(jī)械調(diào)試過(guò)程中進(jìn)行故障巡查和改正。

　　3.2 伺服系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)

　　三菱 PLC 的編程接口規(guī)范是 RS422，三菱配套的基板可簡(jiǎn)單便捷的實(shí)現(xiàn) PLC 基本單元和適配器之間的連接，因此在電路設(shè)計(jì)中主要考慮 PLC 模塊和伺服驅(qū)動(dòng)之間的電路設(shè)計(jì)，如圖4.3 所示為三菱 PLC 與 MR-J3-A 驅(qū)動(dòng)器的電路設(shè)計(jì)，在電路連接時(shí)設(shè)計(jì)了外部緊急停止、正向運(yùn)行極限和反向運(yùn)行極限等常閉的電路保護(hù)開(kāi)關(guān)。

　　3.3 輸入/輸出模塊的 I/O 地址分配

　　細(xì)線徑線圈生產(chǎn)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)中共有 12 個(gè)數(shù)字輸入，11 個(gè)數(shù)字輸出，輸入信號(hào)主要有夾線器位置信號(hào)、有無(wú)料信號(hào)以及氣壓信號(hào)等，輸出信號(hào)主要控制夾線器位移、張力控制、報(bào)警信號(hào)等。下圖為數(shù)據(jù)輸入和輸出分配圖，本文設(shè)置遠(yuǎn)程輸入(RX)刷新軟元件的起始位 X0，遠(yuǎn)程輸出(RY)刷新軟元件的起始位 Y0。

　　4、 PLC 軟件部分編程設(shè)計(jì)

　　根據(jù)細(xì)線徑線圈繞線機(jī)的工藝要求以及繞線機(jī)自身運(yùn)動(dòng)流程，畫出流程圖并確定控制系統(tǒng)的輸入條件以及輸出設(shè)備類型和數(shù)目，在此基礎(chǔ)上編寫 PLC 程序。之后對(duì)編寫程序進(jìn)行嚴(yán)格、周密的調(diào)試，不斷修改直到完全滿足繞線機(jī)的控制目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)繞線機(jī)的完全控制。

　　運(yùn)轉(zhuǎn)繞線機(jī)控制系統(tǒng)功能較復(fù)雜，為了編程簡(jiǎn)便，采用模塊化思想，將 PLC 程序編程分為幾個(gè)主要模塊，參數(shù)初始化模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、繞線運(yùn)動(dòng)控制模塊、數(shù)值計(jì)算模塊、故障處理模塊。

　　參數(shù)初始化模塊

　　參數(shù)初始化模塊是程序?qū)φ麄�(gè)系統(tǒng)的初始化，包括了對(duì)繞線參數(shù)和伺服參數(shù)的初始化，主要是在初始脈沖的作用下，通過(guò) PLC 內(nèi)置的特殊輔助器 SM400和 SM402 來(lái)完成，其目的是清除中間數(shù)據(jù)，復(fù)位軟元件的狀態(tài)，使系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。

　　圖 4.5 以各軸 JOG 速度的初始化設(shè)置為例

　　運(yùn)動(dòng)控制模塊

　　細(xì)線徑線圈繞線機(jī)有電機(jī)運(yùn)動(dòng)和氣缸運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)形式，因此運(yùn)動(dòng)控制模塊主要分為電機(jī)運(yùn)動(dòng)和氣缸運(yùn)動(dòng)。

　　電機(jī)運(yùn)動(dòng)一般在 MTDeveloper2 軟件里編寫后，在 GXDeveloper 軟件里編寫運(yùn)動(dòng)程序的調(diào)用即可。電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制主要有電機(jī)回零控制、電機(jī) JOG 運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)定位控制、多軸聯(lián)動(dòng)控制等。圖 4.6 和 4.7 以 JOG 運(yùn)動(dòng)控制和定位運(yùn)動(dòng)為例

　　氣缸運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

　　氣缸的運(yùn)行程序是在 GXDeveloper 軟件里直接編寫的。其運(yùn)動(dòng)主要有夾線器翻轉(zhuǎn)、夾線移動(dòng)以及夾線器機(jī)械手的開(kāi)合等，氣缸運(yùn)動(dòng)要求動(dòng)作精準(zhǔn)到位，氣動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)控制命令響應(yīng)及時(shí)。圖 4.8 為夾線器前后移動(dòng)程序編程的運(yùn)動(dòng)控制。

　　數(shù)值計(jì)算模塊

　　在繞線過(guò)程中需要對(duì)數(shù)值進(jìn)行大量的計(jì)算處理，包括纏頭/纏尾的起點(diǎn)、間距、半徑、圈數(shù)的計(jì)算，繞線時(shí)主軸的轉(zhuǎn)速與排線的速度關(guān)系的計(jì)算，控制主軸順時(shí)針或逆時(shí)針精確旋轉(zhuǎn)的計(jì)算等。圖 4.9 為數(shù)值計(jì)算部分的 PLC 程序?qū)崿F(xiàn)。

　　故障處理模塊

　　故障處理模塊在軟件編程中起著至關(guān)重要的作用，是保障程序正常運(yùn)行不可或缺的部分。程序中加入故障處理模塊可以使操作者盡早的發(fā)現(xiàn)故障并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理，對(duì)于不同的故障有不同的處理方式，磁柵發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)會(huì)提示操作者出現(xiàn)故障的器件，故障的情況和造成故障的原因都需要操作者自行檢查，從而做出處理;伺服驅(qū)動(dòng)發(fā)生故障時(shí)一般可以通過(guò)上位機(jī)界面直接排除。磁柵故障報(bào)警的部分梯形圖程序如圖 4.10 所示。

　　以上就是聯(lián)欣科技線圈數(shù)控繞線機(jī)下位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些介紹，相信廣大商家對(duì)自動(dòng)繞線機(jī)的設(shè)計(jì)也有了一定的了解，深圳市聯(lián)欣科技的自動(dòng)繞線機(jī)繞線扎線的性能還是比較好的，不僅效率比較高，還很大程度上節(jié)省了人力成本，希望廣大商家能夠引起重視。最后深圳市聯(lián)欣科技祝大家生意興隆。