1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)器人外圍控制系統(tǒng)機(jī)器人外圍控制系統(tǒng)第1頁/共84頁目錄：第一章電氣控制概念第一章電氣控制概念第二章機(jī)器人外圍控制系統(tǒng)組成第二章機(jī)器人外圍控制系統(tǒng)組成第三章電氣控制柜的建立第三章電氣控制柜的建立第四章第四章PLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)第五章第五章 機(jī)器人碼垛工作站機(jī)器人碼垛工作站第六章各種控制組件介紹第六章各種控制組件介紹第2頁/共84頁第一章電氣控制概念 電氣控制技術(shù)是以各類電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的傳動(dòng)電氣控制技術(shù)是以各類電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的傳動(dòng)裝置與系統(tǒng)為對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的控制裝置與系統(tǒng)為對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的控制技術(shù)。電氣控制系統(tǒng)是其中的主干部分技術(shù)。電氣控制系統(tǒng)是其中的主干部分，在國

2、民經(jīng)在國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)濟(jì)各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的重要技術(shù)手段。生產(chǎn)自動(dòng)化的重要技術(shù)手段。第3頁/共84頁第二章機(jī)器人外圍控制系統(tǒng)組成操作面板其他輔助設(shè)備機(jī)器人啟動(dòng)停止等信號(hào)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)&IO信號(hào)外部設(shè)備狀態(tài)信號(hào)控制信號(hào)第4頁/共84頁第一節(jié) 主控制柜概況控制柜為整個(gè)系統(tǒng)心臟部分，其核心為PLC，反饋進(jìn)來信號(hào)作出運(yùn)算處理后，對(duì)周圍設(shè)備發(fā)出控制指令，使整套系統(tǒng)按設(shè)計(jì)要求運(yùn)行?？刂乒駱邮娇刂乒駜?nèi)部圖第5頁/共84頁第一節(jié) 主控制柜概況控制柜結(jié)構(gòu)電源設(shè)備控制設(shè)備運(yùn)算處理設(shè)備周邊設(shè)備1.電源供應(yīng)器（變壓器）2.漏電保護(hù)設(shè)備，保險(xiǎn)絲

3、等3.各種開關(guān)1.各種繼電器，電磁閥等。2.變頻器，伺服、步進(jìn)等馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器。3.機(jī)器人控制器I/O。4.其他動(dòng)力控制設(shè)備。1.端子臺(tái)，線槽，鋁軌，安裝板等。2.冷卻設(shè)備（風(fēng)扇、空調(diào)）?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC），單片機(jī)，總線設(shè)備等。第6頁/共84頁第二節(jié) 外圍電氣設(shè)備主要使用到的設(shè)備：主要使用到的設(shè)備：機(jī)器人手爪機(jī)器人手爪 傳感器傳感器電纜電纜 開關(guān)開關(guān)電源電源 檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)設(shè)備電機(jī)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器控制器控制器 儀表儀表第7頁/共84頁第三章電氣控制柜的建立電氣控制設(shè)計(jì)開發(fā)流程電氣控制設(shè)計(jì)開發(fā)流程電氣控制要點(diǎn)電氣控制要點(diǎn)電氣元件安裝電氣元件安裝第8頁/共84頁一一. . 電控設(shè)計(jì)開發(fā)流程電控設(shè)

4、計(jì)開發(fā)流程: :1. 1.案件承接案件承接2. 2.選擇選擇元器件元器件3. 3.繪制電路圖繪制電路圖/ /時(shí)序圖時(shí)序圖/ /IOIO表表/BOM/BOM表表/ /布線圖布線圖4. 4.編寫編寫程序程序5. 5.配配線線/ /調(diào)試調(diào)試/ /編寫操作說明書編寫操作說明書第9頁/共84頁一一. 電控設(shè)計(jì)開發(fā)流程電控設(shè)計(jì)開發(fā)流程:1.案件承接詳細(xì)了解設(shè)備的控制要求,周邊環(huán)境，以及相關(guān)設(shè)備的電氣控制狀況，確認(rèn)控制方式。2.選擇元器件按控制要求及各種參數(shù)合理選擇，注意元件成本、購買交期和使用環(huán)境及壽命等。3繪制電路圖繪制電路圖/時(shí)序圖時(shí)序圖/IO表表/BOM表表/布線圖布線圖電路圖制作要詳細(xì)，合理，標(biāo)注

5、要具體。時(shí)序圖邏輯清晰，考慮周全。根據(jù)選擇元件及備品和一些耗材制作BOM表。確定輸入和輸出點(diǎn)數(shù)，合理分配，制作I/O表。第10頁/共84頁一一. 電控設(shè)計(jì)開發(fā)流程電控設(shè)計(jì)開發(fā)流程:4.編寫程序 依據(jù)時(shí)序圖進(jìn)行程序編寫，條理清楚，安全保護(hù)到位，中間繼電器、寄存器分配合理，標(biāo)注詳細(xì)。5.配配線線/調(diào)試調(diào)試/編寫操作說明書編寫操作說明書配線應(yīng)整潔美觀，配線時(shí)看清電路圖極其要求，合理 選擇導(dǎo)線，避免掉異物進(jìn)入用電設(shè)備，接線端子壓緊， 接地良好。調(diào)試時(shí)先確認(rèn)動(dòng)作保護(hù)是否到位，可將容易碰撞部件 拆卸，待動(dòng)作合理后裝回。操作說明書盡量簡單易懂，詳細(xì)說明安全注意事項(xiàng)。第11頁/共84頁1.設(shè)計(jì)合理設(shè)計(jì)合理遵守

6、電氣規(guī)則，選形、布局、安裝等合理。遵守電氣規(guī)則，選形、布局、安裝等合理。2.操作方便操作方便面板設(shè)計(jì)規(guī)范，控制按鈕動(dòng)作合理。面板設(shè)計(jì)規(guī)范，控制按鈕動(dòng)作合理。3.使用安全使用安全a. 防止防止機(jī)械相碰撞，防止觸電。機(jī)械相碰撞，防止觸電。b.防止突然停防止突然停電電/停停氣。氣。c.過電過電流保流保護(hù)，過電壓保護(hù)。護(hù)，過電壓保護(hù)。d.緊緊急停止急停止，雙，雙按按紐紐起起動(dòng)動(dòng)及各及各種門開關(guān)保護(hù)。種門開關(guān)保護(hù)。4.節(jié)節(jié)省成本省成本容量容量合適，充分利用。合適，充分利用。二、二、電氣控制要點(diǎn)電氣控制要點(diǎn)第12頁/共84頁三三 電氣元件安裝配線電氣元件安裝配線（一一）、元件領(lǐng)用：、元件領(lǐng)用： 1.接圖紙

7、后,熟悉圖紙,按照材料計(jì)劃單并根據(jù)平衡使用的材料元件到電器元件庫房領(lǐng)取所需電器元件，并認(rèn)真核對(duì)規(guī)格型號(hào) 。2. 所有電器元件、輔件在安裝前必須檢查有無出廠合格證，廠家生產(chǎn)許可證，型號(hào)、規(guī)格應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。并進(jìn)行外觀檢查，外觀應(yīng)完好，且附件齊全，排列整齊，固定牢固，密封良好，如有破損，或影響電氣和機(jī)械功能，無出廠合格證者，嚴(yán)禁使用。 3. 熔斷器的熔體規(guī)格、自動(dòng)開關(guān)、熱繼電器的整定值，線圈的電壓等級(jí)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。 第13頁/共84頁三三 電氣元件安裝配線電氣元件安裝配線（二二）、元件安裝：、元件安裝： 1. 所有電器元件、輔件應(yīng)按照元件制造廠的安裝使用說明書的安裝要求（使用條件、滅弧距離、拆卸

8、滅弧罩所需距離等）進(jìn)行正確的安裝。 2. 嚴(yán)格按照電氣原理圖、接線圖圖紙及元件明細(xì)表、安裝布置圖（如有） 的要求核對(duì)其額定電壓、額定電流、規(guī)格型號(hào)后安裝到位，要求橫平 堅(jiān)直。3. 安裝時(shí)應(yīng)盡量考慮方便用戶維修。各電器應(yīng)能單獨(dú)拆裝更換而不應(yīng)影響其它電器及導(dǎo)線束的固定 。4. 所有元件均應(yīng)牢固固定在骨架和支架上，緊固螺絲必須擰緊。5.設(shè)備的保護(hù)接地端子應(yīng)與設(shè)備內(nèi)各元器件的保護(hù)接地點(diǎn)直接連接或 利用保護(hù)導(dǎo)體連接。 6. 按鈕安裝：按鈕操作應(yīng)靈活、可靠、無卡阻，按鈕之間的距離宜為5080mm，當(dāng)傾斜安裝時(shí)，其與水平的傾角不宜小于30 第14頁/共84頁三三 電氣元件安裝配線電氣元件安裝配線（三）（三）

9、、其他要項(xiàng)其他要項(xiàng)：1.對(duì)低壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)電氣元件的導(dǎo)電部件之間或?qū)щ姴考ㄈ缒妇€、對(duì)低壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)電氣元件的導(dǎo)電部件之間或?qū)щ姴考ㄈ缒妇€、金發(fā)屬架或金屬體）與另一導(dǎo)電部件之間的電氣間隙和爬電距離一金發(fā)屬架或金屬體）與另一導(dǎo)電部件之間的電氣間隙和爬電距離一般不小于般不小于20mm，高壓柜中二次回路的電氣間隙不應(yīng)小于6mm,爬電距離不應(yīng)小于是10mm 2.發(fā)熱元件宜安裝在散熱良好的地方；兩個(gè)發(fā)熱元件之間的連線應(yīng)采用耐熱導(dǎo)線或裸銅線套瓷管 。3.端子排應(yīng)無損壞，固定牢固，絕緣良好 ，端子應(yīng)有序號(hào)，端子排應(yīng)便于更換且接線方便；離地高度宜大于350mm ，強(qiáng)、弱電端子宜分開布置 。4.保護(hù)接地端子標(biāo)記

10、,采用圖形符號(hào)或文字符號(hào)PE加以標(biāo)識(shí)，接至保護(hù)接地端子上的接地線必須為黃綠雙色線 。第15頁/共84頁第四章 PLC控制系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng)由信號(hào)輸入元件、輸出執(zhí)行元件和PLC構(gòu)成。信號(hào)輸入元件接在PLC的輸入端，向PLC輸入指令信號(hào)和被控對(duì)象的狀態(tài)信號(hào)。輸出執(zhí)行元件接在PLC的輸出端，控制被控對(duì)象的工作。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩項(xiàng)主要任務(wù)。 第16頁/共84頁 PLC誕生前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度慢、適應(yīng)性差，尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，就必須重新設(shè)計(jì)、重新安裝，造成時(shí)間和資金

11、的嚴(yán)重浪費(fèi) 1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)PLC ，并在1987年2月通過了對(duì)它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程”。 第一節(jié)PLC控制系統(tǒng)

12、定義第17頁/共84頁第二節(jié) PLC的基本結(jié)構(gòu)第18頁/共84頁第三節(jié) PLC的邏輯結(jié)構(gòu)第19頁/共84頁第四節(jié) 主要組成部分的功能1 CPU運(yùn)算和控制中心運(yùn)算和控制中心 起起“心臟心臟”作用作用。 縱：當(dāng)從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲(chǔ)器中，然后CPU根據(jù)系統(tǒng) 所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的解釋編譯程序），把用戶程序翻譯成PLC 內(nèi)部所認(rèn)可的用戶編譯程序。 橫：輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進(jìn)，CPU將之存入工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 中或輸入映象寄存器。然后由CPU把數(shù)據(jù)和程序有機(jī)地結(jié)合在一起。把結(jié) 果存入輸出映象寄存器或工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，然后輸出到輸出接口、控制 外部驅(qū)動(dòng)器。 組成：CPU由控制

13、器、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路集成在一個(gè)芯片上。 CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。 第20頁/共84頁第四節(jié)主要組成部分的功能2 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。 分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器： 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對(duì) 用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲(chǔ)器、ROM組成。廠 家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。 用戶存儲(chǔ)器：分為用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。由隨機(jī)存取存 儲(chǔ)器（RAM） 組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池 作為后備電源，壽命一般為 35年。 第21頁/共84頁

14、第四節(jié) 主要組成部分的功能3輸入輸入/輸出接口輸出接口 （1）輸入接口）輸入接口： 光電耦合器由兩個(gè)發(fā)光二極度管和光電三極管組成： 發(fā)光二級(jí)管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號(hào)，發(fā)光二極管就 產(chǎn)生與輸入信號(hào)變化規(guī)律相同的光信號(hào)。光電三級(jí)管：在光信號(hào)的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)。 在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)有線性關(guān)系。 輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的 照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極 管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。也就是通過輸入接口電路把外部的開 關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號(hào)。 第22頁

15、/共84頁第四節(jié) 主要組成部分的功能（2）輸出接口）輸出接口 PLC的繼電器輸出接口電路 工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點(diǎn)閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點(diǎn)斷開，斷開負(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號(hào)使負(fù)載動(dòng)作或不動(dòng)作。 三種類型： 繼電器輸出：有觸點(diǎn)、壽命短、頻率低、交直流負(fù)載 晶體管輸出：無觸點(diǎn)、壽命長、直流負(fù)載 晶閘管輸出：無觸點(diǎn)、壽命長、交流負(fù)載 第23頁/共84頁4編程器編程器 編程器分為兩種：一種是手持編程器，方便。我們實(shí)驗(yàn)室使用的

16、就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口。與計(jì)算機(jī)相連。然后敲擊鍵盤。通過軟件向PLC內(nèi)部輸入程序。 手持編程器第四節(jié) 主要組成部分的功能第24頁/共84頁第五節(jié) PLC的基本工作原理 PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式 。1每次掃描過程。集中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新。 2輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新 狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入。 3一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 4元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。 5掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（

17、2）指令本身占有 的時(shí)間（3）指令條數(shù) 6由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即 輸入/輸出響應(yīng)延遲。 第25頁/共84頁第六節(jié) PLC控制系統(tǒng)的建立方法 第26頁/共84頁第七節(jié) 常用的各種PLC1.日本OMRON公司生產(chǎn)的C系列PLC。2.日本KEYENCE公司生產(chǎn)的KV系列PLC。3.日本三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的F/F1/F2/FX/A系列PLC。4.德國西門子公司生產(chǎn)的S5/S7系列PLC。5.美國A-B公司生產(chǎn)的PLC-5系列PLC。6.美國GE公司生產(chǎn)的GE-1、GE-1/J、GE-1/P等 。第27頁/共84頁第五章機(jī)器人碼垛工作站FLEXSYSFLEXSYS第

18、28頁/共84頁 機(jī)器人自動(dòng)碼垛系統(tǒng)是一種集成化的系統(tǒng),它包括工業(yè)機(jī)器人、控制器、編程器(PLC) 、機(jī)器人手爪、自動(dòng)拆/疊盤機(jī)、托盤輸送、整形機(jī)構(gòu)及定位設(shè)備,它還可以配置自動(dòng)稱重、貼標(biāo)簽和檢測(cè)及通訊系統(tǒng),并可以可以與生產(chǎn)控制系統(tǒng)相連接,以形成一個(gè)完整的集成化包裝生產(chǎn)線.一 概述第29頁/共84頁二 碼垛工作站1 、 生產(chǎn)線末端碼垛的簡單工作站(見圖1)這種柔性碼垛系統(tǒng)從輸入輥道將工件碼垛、加層墊等,緊跟著有一輸出輥道將碼好的托盤送走.第30頁/共84頁2、 碼垛/拆垛工作站(見圖2) 這種柔性碼垛系統(tǒng)可將三垛不同貨物碼成一垛,機(jī)器人還可抓取托盤和層墊,一垛碼滿后由輸出輥道自動(dòng)輸出.二 碼垛工

19、作站第31頁/共84頁3、 生產(chǎn)線中碼垛(見圖3) 工件在輸入輥道中點(diǎn)被抓取并放到兩個(gè)不同的托盤上,層墊也被機(jī)器人抓取.托盤和滿垛由輥道自動(dòng)輸出或輸入.二 碼垛工作站第32頁/共84頁4、 生產(chǎn)線末端碼垛的復(fù)雜工作站(見圖4) 工件來自三條或者更多的輥道,他們被抓取并放到三個(gè)或者更多不同的托盤上,層墊也被機(jī)器人抓取.托盤和滿垛由輥道自動(dòng)輸出或輸入.二 碼垛工作站第33頁/共84頁三 機(jī)器人手爪根據(jù)不同的工件選擇最佳的手爪. 以下是各種手爪的示意圖:第34頁/共84頁三 機(jī)器人手爪以下是各種手爪的示意圖:第35頁/共84頁三 自動(dòng)拆/疊盤機(jī)第36頁/共84頁1、設(shè)備組成 自動(dòng)拆/疊盤機(jī)由以下設(shè)備

20、組成:托盤輸送機(jī)、到位檢測(cè)開關(guān)、托盤頂起裝置、托盤叉、托盤叉升降裝置、托盤前后向定位裝置、托盤左右向定位裝置和控制單元.2 、主要功能 1)托盤輸送功能 自動(dòng)拆/疊盤機(jī)可以象普通鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)一樣輸送一個(gè)或一垛托盤. 2)手動(dòng)/自動(dòng)功能 為了調(diào)試方便,在拆/疊盤機(jī)控制上設(shè)有手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān),當(dāng)打到手動(dòng) 狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)所有的運(yùn)動(dòng)單元都可以通過手動(dòng)開關(guān)來控制其運(yùn)動(dòng). 3)疊盤數(shù)任意設(shè)置功能 通過控制系統(tǒng)中的數(shù)碼選擇器,可以人為設(shè)置疊盤機(jī)自動(dòng)疊盤的數(shù)量,當(dāng)疊 盤數(shù)量為1時(shí),自動(dòng)疊盤機(jī)就相當(dāng)于一臺(tái)普通鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī). 4)可拆任意數(shù)量為一垛的托盤 通過托盤叉上方的檢測(cè)開關(guān)來判定是否還有托盤拆,直到拆完所有托盤

21、 為止.所以不管每垛托盤的數(shù)量是多少,都可以自動(dòng)拆完.三 自動(dòng)拆/疊盤機(jī)第37頁/共84頁第六章各種控制組件介紹伺服馬達(dá)步進(jìn)馬達(dá)變頻器傳感器第38頁/共84頁第一節(jié) 伺服馬達(dá)一一.交流伺服電機(jī)的工作原理交流伺服電機(jī)的工作原理 伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。 驅(qū)動(dòng)器馬達(dá)第39頁/共84頁第一節(jié) 伺服馬達(dá)二伺服系統(tǒng)的組成及分類：二伺服系統(tǒng)的組成及分類：1.伺服系統(tǒng)的組成： 伺服系統(tǒng)是以位置和角度為控制量

22、的控制系統(tǒng)的總稱，與位置和角度相關(guān)聯(lián)的速度、角速度、加速度、力等為控制量的系統(tǒng)也包含在伺服系統(tǒng)內(nèi)2.伺服系統(tǒng)的分類：（1）按控制結(jié)構(gòu)分類分為： 開環(huán)式、閉環(huán)式。（2）按驅(qū)動(dòng)部件分類分為： a.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)。 b.直流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)。 c.交流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)。第40頁/共84頁第一節(jié) 伺服馬達(dá)三三.伺服伺服馬達(dá)馬達(dá)(交流）的特交流）的特點(diǎn)點(diǎn)：1）定位精度高，普通伺服馬達(dá)可達(dá)到0.036度2）回應(yīng)時(shí)間快。3）控制方便靈活，控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)。4）型號(hào)較多，可根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境選擇不同的類型。5）提供全）提供全閉環(huán)閉環(huán)控制，可控制，可適時(shí)監(jiān)控運(yùn)適時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀況，行狀況，進(jìn)進(jìn)行行適當(dāng)適當(dāng)?shù)牡恼{(diào)調(diào)整

23、整變換變換第41頁/共84頁第一節(jié) 伺服馬達(dá)四四.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電源再生放電接地接地馬達(dá)動(dòng)力線編碼器接口編碼器接口控制信號(hào)控制信號(hào)第42頁/共84頁第一節(jié) 伺服馬達(dá)四四.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第43頁/共84頁第一節(jié) 伺服馬達(dá)五五.伺服馬達(dá)的選型步驟：伺服馬達(dá)的選型步驟：1.確定機(jī)械規(guī)格，負(fù)載、剛性等參數(shù)。2.確認(rèn)動(dòng)作參數(shù)，移動(dòng)速度、行程、加減速時(shí)間、周期、精度等。3.選擇馬達(dá)慣量，負(fù)載慣量、馬達(dá)軸心轉(zhuǎn)換慣量、轉(zhuǎn)子慣量。4.選擇馬達(dá)回轉(zhuǎn)速度。5. 選擇馬達(dá)額定扭矩。負(fù)載扭矩、加減速扭矩、瞬間最大扭矩、實(shí)效扭矩。6.選擇馬達(dá)機(jī)械位置解析度。7.根據(jù)以上選擇馬達(dá)型號(hào)。第44頁/共84頁第一節(jié) 伺服馬達(dá)

24、六六.伺服電機(jī)的應(yīng)用伺服電機(jī)的應(yīng)用第45頁/共84頁第一節(jié) 伺服馬達(dá)六六.常用伺服電機(jī)品牌常用伺服電機(jī)品牌日本松下PANASONIC日本三菱MITSUBISHI日本三洋SANYO臺(tái)灣東元第46頁/共84頁第二節(jié) 步進(jìn)馬達(dá) 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度

25、為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 一一. 步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理第47頁/共84頁二二 步進(jìn)電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)的分類第二節(jié) 步進(jìn)馬達(dá) 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪 聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多 相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相： 兩相步

26、進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用 最為廣泛。 第48頁/共84頁第二節(jié) 步進(jìn)馬達(dá)三三 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)b.拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一 個(gè)齒距角所需脈沖數(shù) 。c.步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。 d.定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以 及機(jī)械誤差造成的）e.靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。 1、步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語、步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語a.相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N、S 磁場的激磁線圈對(duì)數(shù)。常 用m表示。第49

27、頁/共84頁第二節(jié) 步進(jìn)馬達(dá)2.步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語a.步距角精度： 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。 b.失步： 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。c.失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度 。d.最大空載起動(dòng)頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠 直接起動(dòng)的最大頻率。 e.最大空載的運(yùn)行頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。f.運(yùn)行矩頻特性： 電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性 。第50頁/共84頁第二節(jié) 步進(jìn)馬達(dá)四四 步進(jìn)電

28、機(jī)選型步進(jìn)電機(jī)選型1、步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求 。2、靜力矩的選擇 靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載 ，一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好 。3、電流的選擇 由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流 第51頁/共84頁第二節(jié) 步進(jìn)馬達(dá)五五.步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)1一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%， 且不累積。2步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度一般在 攝氏130度以上 。3步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。4步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于 一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。5. 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合-每分鐘轉(zhuǎn)

29、速 不超過1000轉(zhuǎn)。 第52頁/共84頁第二節(jié) 步進(jìn)馬達(dá)六六. 步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較 1、控制精度不同 五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 、0.36交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證 ，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，其脈沖當(dāng)量為360/10000=0.036，伺服電機(jī)精度要比步進(jìn)馬達(dá)高。2.低頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。第53頁/共84頁第二節(jié) 步進(jìn)馬達(dá)3.過載能力不同 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力 。4.運(yùn)行性能不

30、同 步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 5.速度響應(yīng)性能不同 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合 第54頁/共84頁6.矩頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降

31、，交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。 第二節(jié) 步進(jìn)馬達(dá)第55頁/共84頁第二節(jié) 步進(jìn)馬達(dá)七七 常用步進(jìn)馬達(dá)品牌常用步進(jìn)馬達(dá)品牌東方步進(jìn)馬達(dá)東方步進(jìn)馬達(dá)東元步進(jìn)馬達(dá)東元步進(jìn)馬達(dá)三洋步進(jìn)馬達(dá)三洋步進(jìn)馬達(dá)第56頁/共84頁第三節(jié) 變頻器一 通用電機(jī) 三相鼠籠式交流電機(jī)是感應(yīng)電機(jī)中最常見的一種，其構(gòu)造及特性如下：1)感應(yīng)電機(jī)的構(gòu)造示意圖第57頁/共84頁第三節(jié) 變頻器電機(jī)的構(gòu)造示意圖第58頁/共84頁第三節(jié) 變頻器2

32、)電機(jī)的特性:第59頁/共84頁第三節(jié) 變頻器 二 變頻器1) 變頻原理 變頻器是能夠簡單、自由地改變交流電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種控制裝置。改變交流電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法：變頻器是通過改變交流電機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速的：2) 變頻器的構(gòu)成第60頁/共84頁第三節(jié) 變頻器2.1變流器(整流器) 大量使用的是二極管橋整流器，如圖1 所示，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。2.2平波回路 在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6 倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓(電流)。裝置容量小時(shí)

33、，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感，采用簡單的平波回路。2.3逆變器 同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6 個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3 相交流輸出。第61頁/共84頁第三節(jié) 變頻器2.4制動(dòng)回路 異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域使用時(shí)(轉(zhuǎn)差率為負(fù))，再生能量存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說來，由機(jī)械系統(tǒng)(含電動(dòng)機(jī))慣量積累的能量比電容能儲(chǔ)存的能量大，需要快速制動(dòng)時(shí)，可用可逆變流器向電源反饋或設(shè)置制動(dòng)回路(開關(guān)和電阻)把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升。第62頁/共84頁第三節(jié) 變頻器3)變頻器的應(yīng)用目的及用途變頻器和交流電機(jī)構(gòu)

34、成的可調(diào)速傳動(dòng)稱為變頻器傳動(dòng)，其功能用途如下。其中可能互為關(guān)連，實(shí)際上無明確分類，此表僅作參考。第63頁/共84頁第三節(jié) 變頻器4)品牌目前市場應(yīng)用比較多的品牌如下:國外西門子(MM4系列包括(MM420,MM440,MM430,MM410等)ABB(ACS系列包括(ACS350,ACS510, ACS550,ACS800等)FUJI日立丹佛斯施奈德國內(nèi)中達(dá)電通(臺(tái)達(dá))森蘭第64頁/共84頁第四節(jié) 傳感器一 接近開關(guān)1) 電感式接近開關(guān) 工作原理 電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處 理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部

35、產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參 數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是金屬物體。第65頁/共84頁第四節(jié) 傳感器部分常用材料的值 材料衰減系數(shù)鋼1不銹鋼0.85黃銅0.3銅0.4第66頁/共84頁第四節(jié) 傳感器工作流程方框圖工作流程方框圖 第67頁/共84頁第四節(jié) 傳感器2) 電容式接近開關(guān) 工作原理 電容式接近開關(guān)亦屬于一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電 容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是物體的本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀

36、態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此 便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。這種接近開關(guān)的檢測(cè)物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測(cè)較低介電常數(shù)的物體時(shí)，可以順時(shí)針調(diào)節(jié)多 圈電位器（位于開關(guān)后部）來增加感應(yīng)靈敏度，一般調(diào)節(jié)電位器使電容式的接近開關(guān)在0.7-0.8Sn的位置動(dòng)作。第68頁/共84頁第四節(jié) 傳感器材料介電常數(shù)材料介電常數(shù)水80軟橡膠2.5大理石8松節(jié)油2.2云母6石英玻璃 3.7陶瓷4.4酒精25.8硬橡膠4電木3.6玻璃5電纜2.5部分常用材料的介電常數(shù) 第69頁/共84頁第四節(jié) 傳感器工作流程方框圖工作流程方框圖 第70頁/共84頁第四節(jié) 傳感器二光電開關(guān)二光電開關(guān) 紅外線屬于一種

37、電磁射線，其特性等同于無線電或X射線。人眼可見的光波是380nm-780nm，發(fā)射波長為780nm-1mm的長射線稱為紅外線，市場上的紅外線光電開關(guān)優(yōu)先使用的是接近可見光波長的近紅外線。 第71頁/共84頁第四節(jié) 傳感器 紅外線光電開關(guān)（光電傳感器）屬于光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均可檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)方式的不同，紅外線光電開關(guān)可分為 以下幾種:漫反射式光電開關(guān)漫反射式光電開關(guān) 漫反射光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過時(shí)，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接

38、收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測(cè)模式。 第72頁/共84頁第四節(jié) 傳感器引起理想漫反射的光度分布 局部較強(qiáng)漫反射時(shí)的光度分布 鏡反射式光電開關(guān)鏡反射式光電開關(guān) 鏡反射式光電開關(guān)亦是集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡，反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過且完全阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開關(guān)信號(hào)。第73頁/共84頁第四節(jié) 傳感器對(duì)射式光電開關(guān)對(duì)射式光電開關(guān) 對(duì)射式光電開關(guān)包含在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，

39、光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體是不透明時(shí)，對(duì)射式光電開關(guān)是最可靠的檢測(cè)模式。 第74頁/共84頁第四節(jié) 傳感器槽式光電開關(guān)槽式光電開關(guān) 槽式光電開關(guān)通常是標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)到的開關(guān)量信號(hào)。槽式光電開關(guān)比較安全可靠的適合檢測(cè)高速變化，分辨透明與半透明物體。 第75頁/共84頁第四節(jié) 傳感器光纖式光電開關(guān)光纖式光電開關(guān)光纖式光電開關(guān)采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導(dǎo)光線，以實(shí)現(xiàn)被檢測(cè)物體不在相近區(qū)域的檢測(cè)。通常光纖傳感器分為對(duì)射式和漫反射式 第76頁/共84頁第四節(jié) 傳感器品牌目前市場上傳感器的品牌眾多,比較有名的有以下:歐姆龍(omron)施克(SICK)倍加福(P+F)圖爾克(TURCK)巴魯夫(BALLUFF)第77頁/共84頁第一節(jié) 主控制柜概況控制柜結(jié)構(gòu)電源設(shè)備控制設(shè)備運(yùn)算處理設(shè)備周邊設(shè)備1.電源供應(yīng)器（變壓器）2.漏電保護(hù)設(shè)備，保險(xiǎn)絲等3.各種開關(guān)1.各種繼電器，電磁閥等。2.變頻器，伺服、步進(jìn)等馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器。3.機(jī)器人控制器I/O。4.其他動(dòng)力控制設(shè)備。1.端子臺(tái)，線槽，鋁軌，安裝板等。2.冷卻設(shè)備（風(fēng)扇、空調(diào)）?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC），單片機(jī)，總線設(shè)備等。第78頁/共84頁三三 電氣元件安裝配線電氣元件