注塑機單軸伺服機械手操控體系規劃

    

引言

 

    注塑機專用機械手是可以仿照人體上肢的部分功用，可以對其進行主動操控使其依照預訂要求運送制品或料理東西進行出產操作的主動化出產設備。注塑機機械手一般由履行機構、驅動體系、操控體系等組成。履行機構是機械手取放物品，完結各種動作的機械結構。驅動體系為履行機構供給動力。動力有氣動、液壓、電動等方法。操控體系對驅動體系進行操控，使履行體系按指定的動作運轉。

 

1操控體系總體計劃

 

    操控體系選用兩塊78e516單片機作為中心微處理器，其間手動操控盒首要擔任人機溝通，包括鍵盤掃描，LCD頁面顯現、串口通訊等；主控鋼板是整個體系的中心，擔任操控主動操控流程的狀況轉化、手動操控的履行、伺服電機操控和開關量的輸入輸出，并且擔任將當時狀況、方位等數據上傳至手動操控盒以供顯現。操控體系結構框圖如圖1所示。

 

 

 

圖1 操控體系結構框圖

 

2 主操控板硬件規劃

 

    依據主操控板的功用要求剖析，將主操控板硬件電路分模塊進行規劃。各模塊功用相對獨立，互相協作完結完好的體系功用。在需求修正體系計劃或許改動體系功用時，模塊化的體系規劃也能較小作業量，進步作業效率。每個模塊獨自規劃，獨自調試，進步了體系開發的成功率，一起也確保了體系作業的安穩性。

 

    依據注塑機取出機械手的詳細功用要求，主操控板硬件電路可區分為以下7個模塊，如圖2所示。

 

 

 

圖2 機械手主操控鈑硬件電路框圖

 

    1)CPU處理模塊

 

    CPU處理模塊是整個主操控板的中心，擔任整個機械手的狀況監測和運轉操控。一起和上位機的通訊以及和注塑機的通訊。因為本體系需求處理的數據量很大，所以CPU模塊還需求擴展外部RAM和ROM。

 

    2)開關量輸入模塊

 

    機械手運轉時的定位，用到了很多的電磁挨近開關，主操控板需求讀取這些挨近開關的狀況，然后確定機械手的方位，判別下一步進行的操作。一起，來自注塑機的一些信號，比如開模完信號，也是以開關量的方法傳送給主操控板的。在整個機械手操控體系中，需求接納的收支開關量有32個。

 

    3)開關量輸出模塊

 

    本單軸伺服橫走機械手的大部分運動是靠氣缸驅動的。CPU依據讀取到的機械手當時狀況，依照規則的動做流程，判別一下步需求履行的動做。這些動作指令以開關量的方法輸出，送給電磁閥，通過電磁閥的敞開和閉合操控啟動履行結構，然后操控機械手的運動。在整個機械手操控體系中，需求輸出的開關量有48個。

 

 

 

    4)伺服電機操控模塊

 

    本機械手的伺服體系選用松下A5系列伺服電機和伺服操控器，作業在方位操控形式。這就要求何服電機操控模塊發生用于操控伺服電機的脈沖。為了進步操控的精確性，還需求讀取伺服電機的光電編碼器發生的脈沖，構成閉環操控。因為對脈沖的發生和計數精度要求很高，發生的脈沖頻率也比較高。所以在伺服電機操控模塊，選用2片CPLD作為首要操控器件。

 

    5)數據總線模塊

 

    因為整個主操控板上有RAM, ROM, 32個輸入開關量、48個輸出開關量、CPLD等多個模塊需求進行數據交換，所以規劃一個數據總線，合理的分配地址，安排好各數據模塊和CPU之間的通訊是非常重要的。

 

    6)通訊模塊

 

    主操控板是安裝在機械手的電控箱內部的，直接操控機械手的運動，可是運轉形式的設置、手動運轉的指令發出和機械手運轉狀況的監督都是在手動操控盒上完結的。所以需求規劃主操控板和手動操控盒之間通訊的模塊。

 

    7）電源模塊

 

    電源模塊擔任給整個操控體系供電。MCL3需求+5V供電，CPLD需求+3.3 V供電，給中繼板的信號需求驅動繼電器，需求±12電源，和手動操控盒的通訊選用RS422通訊，需求±12V供電。這些電壓都需求由電源模塊發生，在規劃時要考慮電壓的安穩。二手注塑機回收

 

3 主操控板軟件規劃

 

    在機械手正常的作業流程中，需求操控機械手的運動流程，需求檢測機械手的狀況，需求進行通訊等這些慣例操作。一起需求處理伺服報警、手動急停、注塑機急停等突發狀況。并且還需求有看門狗、軟件陷阱、掉電維護、熱啟動時的體系康復等軟件抗攪擾措施。因為需求履行的進程較多，并巨沒有操作體系支撐，所以需求為整個程序規劃一個牢靠的運轉形式，在確保正常流程運轉的一起，又能確保那些實時性要求比較高的程序可以及時得到呼應。在程序規劃時選用了前、后臺程序的規劃思維。其結構示意圖如圖3所示。

 

 

 

圖3 分層操控運轉形式

 

    依據整個軟件體系的功用需求，把程序區分紅了具有不同優先級的程序模塊。這些模塊包括:初始化模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、伺服電機操控模塊、有限狀況機模塊、守時辦理模塊、監控模塊、流程操控模塊、通訊模塊和急停處理模塊等，這些程序模塊之間的銜接選用分層操控的思維，分紅物理層、邏輯操控層和應用層。分層結構如圖4所示。

 

 

 

圖4程序分層操控示意圖

 

    其間物理層模塊包括的程序都是硬件驅動程序，擔任拜訪硬件資源。邏輯操控層擔任完成整個機械手的邏輯動作，該層一起接納來自物理層和應用層的數據，通過數據處理和邏輯判別后，將操控信息發送給各操控部件進行體系的操控。

 

 

 

4 通訊顯現體系規劃

 

    體系選用兩塊單片機別離擔任人機溝通和體系操控，加之伺服操控器引起的攪擾一般都比較大，因而有必要選用牢靠的方法進行串口通訊。本體系選用Modbus TCP協議，擔任人機溝通的單片機作為主設備，擔任操控的單片機作為從設備，主設備能初始化傳輸(查詢)，從設備依據主設備查詢供給的數據作出相應反響。協議能設置為兩種傳輸形式:ASCII或RTU，在裝備每個操控器的時分，同一個Modbus網絡上的一切設備都有必要挑選相同的傳輸形式和串口參數。兩種傳輸形式的差異如表1所示。

 

 

 

表1 ASCII和RTU傳輸形式的差異

 

    ASCII協議和RTU協議相比具有開端和結束符號，因而在進行程序處理時能愈加便利，并且因為傳輸的都是可見的ASCII字符，所以進行調試時就愈加的直觀，另外它的LRC校驗也比較容易.關于本操控體系來說，需求傳輸的數據量較小因而挑選ASCII協議。一個典型音訊幀如表2所示。

 

 

 

表2 典型音訊幀的構成

 

    從機的承受流程圖，用于為單機通訊，所以無需判別從機ID是否符合。LRC校驗正確之后，將數據讀出，從上位機傳送過來的數據包括:伺服速度設定、伺服加減速時間設定和氣動閥轉臺設定等，指令履行結束，從機再將當時狀況、伺服運轉方位等數據打包上傳到主機。

 

5 定論

 

    本文規劃的注塑機機械手操控體系選用單片機作為操控中心，用兩片CPLD完結高速數字邏輯電路的規劃，選用主操控板和手動操控盒上下位機操控形式，運用RS422協議完結串行通訊。本操控體系完結了機械手點動運轉、手動運轉、主動運轉和教訓的基本功用。一起完成了5米的最大行程、0.1毫米的定位精度、速度100檔可調和加減速延時100檔可調等功用要求，達到了該體系的預期規劃功用和操控精度。