案例4.3_立体仓库物流伺服控制系统.doc

一、设备概述
立体仓库物流控制模拟装置是一个机电一体化综合实训平台,由送料单元、环形皮带分拣单元、四轴四自由度机器人搬运单元、交流伺服立体仓库单元、触摸屏监控单元等部分组成,融合了PLC控制技术、PLC定位功能模块应用技术、交流变频驱动技术、步进伺服驱动技术、交流伺服驱动技术、气动控制技术、传感器检测技术、电子应用技术、触摸屏监控技术、通信网络技术以及机械装调技术等机电一体化高新技术的应用。本案例仅对其中的立体仓库单元和机器人搬运单元进行分析。
图1 立体仓库物流控制综合实训平台
二、系统配置
序号
名称
型号
单位
数量
备注
1
机器人搬运单元
套
1
(1)
直行导轨
套
1
(2)
步进电机
42BYG34-1204A
台
2
(2)
步进电机驱动器
BY-2HB03M
个
2
(3)
四轴机器人
套
1
(4)
PLC 控制系统
FX2N-48MT
个
1
(5)
通迅模块
FX2n-485-BD
个
1
(6)
脉冲输出模块
FX2N-1PG
个
1
(7)
直流电机
中大电机
个
1
(8)
单叶片式180摆动气缸
SMC
个
1
(9)
手爪气缸
SMC
个
1
(10)
电磁阀
SMC
个
2
(11)
金属传感器
ORMON
个
3
(12)
磁性开关
CS1-J
个
5
2
立体仓库单元
套
1
(1)
立体仓库库架
套
1
(2)
堆垛机
套
1
(3)
Z轴直行导轨
套
1
(4)
X轴直行导轨
套
1
(5)
Z轴丝杆
套
1
(6)
X轴丝杆
套
1
(7)
伺服驱动器
MR-E-20A
个
2
(8)
Z轴伺服电机
HC-KFE23
套
1
(9)
X轴伺服电机
HC-KFE23
套
1
(10)
双联伸缩缸
SMC
个
1
(11)
抓手气缸
SMC
个
1
(12)
电磁阀
SMC
个
2
(13)
金属传感器
ORMON
个
6
(14)
磁性开关
CS1-J
个
2
(15)
光电开关
BR100-DDT
个
1
(16)
PLC 控制系统
FX2N-48MT
个
1
(17)
通迅模块
FX2n-485-BD
个
1
(18)
485通迅电缆
自制
根
1
三、机器人搬运单元的控制
1、机械手搬运单元结构简介
执行机构由直行导轨、同步轮、同步带、四轴四自由度机器人组成。其中机器人第一轴旋转轴由步进电机执行,第二轴手臂上下摆动轴由摆动气缸驱动,第三轴手爪夹紧放松由气缸驱动,第四轴手腕翻转轴由直流电机执行旋转。机器人的直行也是由步进电机执行的。机器人的结构如图2所示。
控制单元由FX2N-48MT PLC、FX2N-1PG模块、FX2N-485BD模块、金属传感器、电磁阀、磁性开关等元件组成。
图2 机器人搬运单元结构图
2、气动系统原理图与机器人搬运单元电气控制
气动系统原理图如图3所示, 机器人搬运单元控制电路原理图如图4所示。
图3 气动系统原理图
图4 机器人搬运单元电气原理图
3、机器人搬运单元的运动控制
机器人的旋转和直行运动分别由2台二相步进电机执行,步进电机的型号为42BYG-24VDC,°。而步进电机是由BY-2HB03M型步进驱动器进行驱动。BY-2HB03M型步进驱动器的外形如图5所示:
图5 BY-2HB03M型步进驱动器
步进驱动器的输入信号共有三路,它们是:①步进脉冲信号CP+,CP-; ②方向电平信号U/D+,U/D-;③脱机信号FREE+,FREE-。对这三路信号可根据需要采用共阳极接法或共阴极接法。通过调整驱动器拨码开关三位的ON、OFF位置设定驱动器的细分数,以改变步进电机的步距角。细分后步进电机步距角按下列方法计算:步距角=电机固有步距角/细分数。拨码开关与细分数的关系如下:
位1,2,3
细分数
步距角
000
2
°
001
16
°
010
32
°
011
64
°
100
5
°
101
10
°
110
20
°
111
40
°
步进电机相电流是用驱动器上的电位器来设定,使驱动器输出电流与步进电机相电流相一致。电位器的调整如右图所示。
机器人的旋转步进电机用PLC输出端的Y0作高速输出控制;直行步进电