生產(chǎn)線機械手改造控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

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

硬件組態(tài)
　　由于舊機械手（改造前的機械手）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，實現(xiàn)機械手的運動控制、系統(tǒng)管理與檢測。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，面向控制過程的PLC(Process-PLC)的出現(xiàn)，使得上述問題能夠以更為簡捷的方式加以解決。因為此控制器具有以下特點：
　　(1)具有模擬量/數(shù)字量的輸入輸出；
　　(2)多軸伺服電機的控制；
　　(3)RS232/RS485程序傳遞接口；
　　(4)實時多任務(wù)并行處理功能
　　(5)良好的人機界面接口，等等。

　　同時，由于Process—PLC的編程語言SYMPAS使用高級文本語言使得程序的編寫、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，作為主控制器來實現(xiàn)機械手的控制。與此同時，整個機械手控制系統(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控制程序，檢測外設(shè)信號，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)化為對應(yīng)的指令信號和控制信號來控制伺服驅(qū)動器，同時接受伺服驅(qū)動器的回饋信號（N-SV1,N-SV2,N-SV3的功能相同）。X DRIVER為X軸伺服驅(qū)動器，它主要是接受N-SV1控制器的控制信號和速度指令以及電機編碼器的回饋信號。同時一方面通過F/V轉(zhuǎn)換和比較使電機達到設(shè)定速度，另一方面將編碼器的回饋信號上傳到N-SV1控制器。（X DRIVER，Y DRIVER，Z DRIVER的功能相同）。M為伺服電機，E為電機的編碼器。

軟件實現(xiàn)
　　模塊化程序設(shè)計是程序設(shè)計中最常用的方法。它不僅使程序的閱讀更加直觀，而且使程序的編寫、調(diào)試更加明朗化。本控制系統(tǒng)軟件是由：主程序模塊、原點調(diào)試模塊、產(chǎn)品選擇模塊、自動運行模塊以及手動調(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)控運行畫面的控制按鈕，并對其功能加以實現(xiàn)；上限報警子程序的處理。

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

3．產(chǎn)品選擇模塊
　　通過對產(chǎn)品選擇寄存器值的讀取與判斷，并將對應(yīng)的產(chǎn)品參數(shù)送給指定的寄存器，同時使選中的產(chǎn)品參數(shù)畫面切換到產(chǎn)品參數(shù)按鈕的當(dāng)前畫面。

4．自動運行模塊
　　實現(xiàn)機械手整個運動過程的控制及計數(shù)功能。

5．手動調(diào)整功能
　　它包括在手動條件下實現(xiàn)機械手位置的快速定位，并以不同的速度實現(xiàn)位置細調(diào)和存儲。其中以自動運行模塊為核心實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運動控制。軟件程序流程圖如圖2所示。

人機界面
　　人機界面采用觸摸屏控制系統(tǒng)，通過ADP3軟件加以實現(xiàn)。整個界面采用全中文顯示，使得操作更加簡單、明了。

系統(tǒng)應(yīng)用
　　現(xiàn)場應(yīng)用調(diào)試是驗證控制系統(tǒng)是否達到設(shè)計者的預(yù)想效果。更重要的是驗證軟、硬件在現(xiàn)場各種干擾條件下，能否穩(wěn)定可靠的運行。它是整個設(shè)計中不可缺少的環(huán)節(jié)，也是不斷改進、提高系統(tǒng)性能的重要途徑。通過現(xiàn)場應(yīng)用調(diào)試以及一段時間的運行，可以說此系統(tǒng)已經(jīng)達到我們的設(shè)計要求。并且在某些方面已經(jīng)超出我們原來的設(shè)計思想。系統(tǒng)優(yōu)點可概括如下：
　　(1)不同產(chǎn)品的切換時間由原來的十幾分鐘降至幾秒鐘，對提高生產(chǎn)率的貢獻是顯著的。
　　(2)系統(tǒng)集成度的提高，使控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊。
　　(3)控制系統(tǒng)的全中文人機界面，教導(dǎo)式操作設(shè)計，使操作人員的培訓(xùn)更加簡單。
　　(4)全新的產(chǎn)品計數(shù)功能，可以使相關(guān)人員及時的掌握與機械手有關(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，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)備的運行狀況。
　　(6)快速定位功能的設(shè)計，使操作人員進行位置細調(diào)時更加方便、快捷。
　　(7)上限報警功能可以使玻殼的損傷降到最小，同時保護了機械手的小臂。
　　(8)多級密碼保護功能，使操作者根據(jù)自己的權(quán)限進行操作，以減少人為事故的發(fā)生。