【編者按】目前，工業(yè)機器人關節(jié)主要是采用交流伺服系統(tǒng)進行控制戴卜，本研究將技術成熟、編程方便近她、可靠性高叉瘩、體積小的SIEMENS S-200可編程控制器，應用于可控環(huán)流可逆調系統(tǒng)粘捎，研制出機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng)薇缅，用以對工業(yè)機器人關節(jié)進行伺服控制。

1 引言

隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展攒磨，plc己廣泛地應用于工業(yè)控制微型計算機中泳桦。

目前，工業(yè)機器人關節(jié)主要是采用交流伺服系統(tǒng)進行控制娩缰，本研究將技術成熟灸撰、編程方便、可靠性高拼坎、體積小的SIEMENS S-200可編程控制器浮毯，應用于可控環(huán)流可逆調系統(tǒng)，研制出機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng)泰鸡，用以對工業(yè)機器人關節(jié)進行伺服控制债蓝。

2 工業(yè)機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng)

工業(yè)機器人關節(jié)是由直流伺服電機驅動，通過環(huán)流可逆調速系統(tǒng)控制電機的正反轉來達到對工業(yè)機器人關節(jié)的伺服控制的目的障翼。

2.1 控制系統(tǒng)結構

系統(tǒng)采用SIEMEN S7-200型PLC缚宜，外加D/A數(shù)模轉換模塊，將PLC數(shù)字信號變成模擬信號谚茅，通過BT—I變流調速系統(tǒng)(主要由轉速調節(jié)器ASR型圈、電流調節(jié)器ACR、環(huán)流調節(jié)器ARR，正組觸發(fā)器GTD喜拥、反組觸發(fā)器GTS蒜丙、電流反饋器TCV組成)驅動直流電機運轉，驅動機器人關節(jié)按控制要求進行動作眉堪。系統(tǒng)結構如圖1所示翰倡。

圖1 機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng)結構示意圖

2.2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)原理如圖2所示器赦，可控環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的主電路采用交叉聯(lián)接方式奉堵，整流變壓器的一個副邊繞組接成Y型，另一個接成△型刚垦，2個交流電源的相位錯開30°抚垃，其環(huán)流電壓的頻率為l2倍工頻。為了抑交流環(huán)流趟大，在2組可控整流橋之間接放了2只均衡電抗器鹤树，電樞回路中仍保留一只平波電抗器。

控制電路主要由轉速調節(jié)器ASR逊朽、電流調節(jié)器ACR罕伯、環(huán)流調節(jié)器ARR，正組觸發(fā)器GTD叽讳、反組觸發(fā)器GTS追他、電流反饋器TCV組成(見圖2)，其中2組觸發(fā)器的同步信號分別取自與整流變壓器相對應的同步變壓器岛蚤。

圖2 工業(yè)機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)給定為零時邑狸，轉速調節(jié)器ASR、電流調節(jié)器ACR被零速封鎖信號鎖零涤妒。此時单雾，系統(tǒng)主要由環(huán)流調節(jié)器ARR組成交叉反饋的恒流系統(tǒng)。由于環(huán)流給定的影響她紫，2組可控硅均處于整流狀態(tài)乐慌，輸出的電壓大小相等、極性相反泣幼，直流電機電樞電壓為零飘含，電機停轉，輸出的電流流經(jīng)2組可控硅形成環(huán)流江构。環(huán)流不宜過大艺退，一般限制在電機額定電流的5%左右。正向啟動時在缆，隨著轉速信號Ugn的增大与钳，封鎖信號解除，轉速調節(jié)器ASR輸正，電機正向運行精柒。此時绵捡，正組電流反饋電壓+Ufi2反映電機電樞電流與環(huán)流電流之和;反組電流反饋電壓-Uril反映了電樞電流，因此可以對主電流進行調節(jié)探九。而正組環(huán)流調節(jié)器輸入端所加的環(huán)流給定信號-Ugih和交叉電流反饋信號-Ufil對這個調節(jié)過程影響極小安揣。反組環(huán)流調節(jié)器的輸入電壓為(+Uk)+(-Ugih)+(Ufi2)，隨著電樞電流的不斷增大舶衬，當達到一定程度時埠通，環(huán)流自動消失，反組可控硅進入待逆變狀態(tài)逛犹。反向啟動時情況相反端辱。另外，可控環(huán)流可逆調速系統(tǒng)制動時仍然具有本橋逆變虽画，反接制動和反饋制動等過程舞蔽。由于啟動過程也是環(huán)流逐漸減小的過程，因此码撰，電機停轉時渗柿，系統(tǒng)的環(huán)流達最大值。環(huán)流有助于系統(tǒng)越過切換死區(qū)脖岛，改善過渡特性朵栖。

3 系統(tǒng)程序設計

程序設計方案為手動輸入一個角度值，讓電機轉動鸡岗，通過與電動機相聯(lián)的光電碼盤來檢測電動機轉的角度混槐，將轉動角度變成脈沖信號。由于電動機的轉速非彻狙蹋快韵楼，所以只能把脈沖信號送往PLC的高速計數(shù)器。然后將計數(shù)器的脈沖記錄與手輸入的進行比較憎对，如果兩者相等說明電動機已經(jīng)到達指定角度位置决盔，否則繼續(xù)進行修正。值得注意的是散岩，由于電動機從轉動突變到停止會有一定的慣性酿乾，因此在進行信號比較時應允許有一定的誤差，不然電動機就會始終處在修正位置狀態(tài)萌圣。系統(tǒng)程序框圖如圖3所示渣蒙。

圖3 系統(tǒng)程序框圖

4 結論

基于PLC研制的直流伺服系統(tǒng)，利用PLC擴展能力強的特點低海，添裝手動輸放裝置缔寒，實現(xiàn)工業(yè)機器人關節(jié)直流伺服系統(tǒng)的可視操作挪其。其優(yōu)點是：(1)無需改變電路結構，即可通過程序實現(xiàn)電機正反轉的控制;(2)能夠使電機不等待停止轉動即可立刻反方向轉動;(3)可令電機急停感细，避免電機慣性轉動;(4)編程什猖、維護方便。

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