生產(chǎn)線機(jī)械手改造控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

　　三津公司于1989年從日本引進(jìn)成套生產(chǎn)單色管的制造設(shè)備和技術(shù)。工程配有10臺(tái)機(jī)械手組成全自動(dòng)生產(chǎn)線。設(shè)備老化引起的問(wèn)題頻頻出現(xiàn)，對(duì)生產(chǎn)的順利進(jìn)行造成了很大的影響。另外，維護(hù)設(shè)備所需要的一些電子元器件大部分已停產(chǎn)。鑒于此，公司提出對(duì)其進(jìn)行改造。由于機(jī)械手出現(xiàn)的問(wèn)題大部分集中在控制系統(tǒng)，而與機(jī)械和電機(jī)的有關(guān)問(wèn)題完全可以通過(guò)設(shè)備的定期維護(hù)來(lái)避免，因此改造的基本思路是：保留機(jī)械手的機(jī)械部分、直流有刷伺服電機(jī)和光電增量式編碼器，重新開(kāi)發(fā)機(jī)械手的控制系統(tǒng)，新開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)必須具有高度的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)具有多品種的自動(dòng)切換功能。

硬件組態(tài)
　　由于舊機(jī)械手（改造前的機(jī)械手）的控制系統(tǒng)采用一般PLC控制器與Z80微處理器兩者共同作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制、系統(tǒng)管理與檢測(cè)。因而結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、維修困難。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，面向控制過(guò)程的PLC(Process-PLC)的出現(xiàn)，使得上述問(wèn)題能夠以更為簡(jiǎn)捷的方式加以解決。因?yàn)榇丝刂破骶哂幸韵绿攸c(diǎn)：
　　(1)具有模擬量/數(shù)字量的輸入輸出；
　　(2)多軸伺服電機(jī)的控制；
　　(3)RS232/RS485程序傳遞接口；
　　(4)實(shí)時(shí)多任務(wù)并行處理功能
　　(5)良好的人機(jī)界面接口，等等。

　　同時(shí)，由于Process—PLC的編程語(yǔ)言SYMPAS使用高級(jí)文本語(yǔ)言使得程序的編寫(xiě)、閱讀更加直觀。根據(jù)生產(chǎn)、工藝技術(shù)的要求，最終選擇Process—PLC中的NANO-B型控制模塊，作為主控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的控制。與此同時(shí)，整個(gè)機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)基本形成，控制系統(tǒng)框圖如圖1所示：

　　此控制系統(tǒng)屬于全閉環(huán)位置型控制系統(tǒng)，其中NANO-B控制器的主要功能是存儲(chǔ)控制程序，檢測(cè)外設(shè)信號(hào)，向外部設(shè)備發(fā)控制指令。N—SV1為X軸伺服控制器，它主要是接受NANO-B的控制指令，并將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的指令信號(hào)和控制信號(hào)來(lái)控制伺服驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)接受伺服驅(qū)動(dòng)器的回饋信號(hào)（N-SV1,N-SV2,N-SV3的功能相同）。X DRIVER為X軸伺服驅(qū)動(dòng)器，它主要是接受N-SV1控制器的控制信號(hào)和速度指令以及電機(jī)編碼器的回饋信號(hào)。同時(shí)一方面通過(guò)F/V轉(zhuǎn)換和比較使電機(jī)達(dá)到設(shè)定速度，另一方面將編碼器的回饋信號(hào)上傳到N-SV1控制器。（X DRIVER，Y DRIVER，Z DRIVER的功能相同）。M為伺服電機(jī)，E為電機(jī)的編碼器。

軟件實(shí)現(xiàn)
　　模塊化程序設(shè)計(jì)是程序設(shè)計(jì)中最常用的方法。它不僅使程序的閱讀更加直觀，而且使程序的編寫(xiě)、調(diào)試更加明朗化。本控制系統(tǒng)軟件是由：主程序模塊、原點(diǎn)調(diào)試模塊、產(chǎn)品選擇模塊、自動(dòng)運(yùn)行模塊以及手動(dòng)調(diào)整模塊構(gòu)成。

1．主程序模塊
　　它包括控制器的初始化；監(jiān)控運(yùn)行畫(huà)面的控制按鈕，并對(duì)其功能加以實(shí)現(xiàn)；上限報(bào)警子程序的處理。

2．原點(diǎn)調(diào)試模塊
　　它主要完成3軸自動(dòng)找原點(diǎn)的功能以及軟極限設(shè)置。

3．產(chǎn)品選擇模塊
　　通過(guò)對(duì)產(chǎn)品選擇寄存器值的讀取與判斷，并將對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品參數(shù)送給指定的寄存器，同時(shí)使選中的產(chǎn)品參數(shù)畫(huà)面切換到產(chǎn)品參數(shù)按鈕的當(dāng)前畫(huà)面。

4．自動(dòng)運(yùn)行模塊
　　實(shí)現(xiàn)機(jī)械手整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的控制及計(jì)數(shù)功能。

5．手動(dòng)調(diào)整功能
　　它包括在手動(dòng)條件下實(shí)現(xiàn)機(jī)械手位置的快速定位，并以不同的速度實(shí)現(xiàn)位置細(xì)調(diào)和存儲(chǔ)。其中以自動(dòng)運(yùn)行模塊為核心實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制。軟件程序流程圖如圖2所示。

人機(jī)界面
　　人機(jī)界面采用觸摸屏控制系統(tǒng)，通過(guò)ADP3軟件加以實(shí)現(xiàn)。整個(gè)界面采用全中文顯示，使得操作更加簡(jiǎn)單、明了。

系統(tǒng)應(yīng)用
　　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用調(diào)試是驗(yàn)證控制系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)者的預(yù)想效果。更重要的是驗(yàn)證軟、硬件在現(xiàn)場(chǎng)各種干擾條件下，能否穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。它是整個(gè)設(shè)計(jì)中不可缺少的環(huán)節(jié)，也是不斷改進(jìn)、提高系統(tǒng)性能的重要途徑。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用調(diào)試以及一段時(shí)間的運(yùn)行，可以說(shuō)此系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到我們的設(shè)計(jì)要求。并且在某些方面已經(jīng)超出我們?cè)瓉?lái)的設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)可概括如下：
　　(1)不同產(chǎn)品的切換時(shí)間由原來(lái)的十幾分鐘降至幾秒鐘，對(duì)提高生產(chǎn)率的貢獻(xiàn)是顯著的。
　　(2)系統(tǒng)集成度的提高，使控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、緊湊。
　　(3)控制系統(tǒng)的全中文人機(jī)界面，教導(dǎo)式操作設(shè)計(jì)，使操作人員的培訓(xùn)更加簡(jiǎn)單。
　　(4)全新的產(chǎn)品計(jì)數(shù)功能，可以使相關(guān)人員及時(shí)的掌握與機(jī)械手有關(guān)的每一道工序的投入產(chǎn)出比。
　　(5)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用模塊化設(shè)計(jì)，不同模塊都提供了豐富的信息提示，可以使設(shè)備維修人員更加容易掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況。
　　(6)快速定位功能的設(shè)計(jì)，使操作人員進(jìn)行位置細(xì)調(diào)時(shí)更加方便、快捷。
　　(7)上限報(bào)警功能可以使玻殼的損傷降到最小，同時(shí)保護(hù)了機(jī)械手的小臂。
　　(8)多級(jí)密碼保護(hù)功能，使操作者根據(jù)自己的權(quán)限進(jìn)行操作，以減少人為事故的發(fā)生。