用可编程序逻辑控制器研究位置控制系统文档格式.docx

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然而,机械凸轮剖面模型的主要弱点是精度低和不稳定。

此外,机械凸轮剖面模型只用于焊接一些有限类型的冰箱压缩机。

当冰箱压缩机的类型发生变化时,它必须停止交换凸轮的机器,浪费时间和精力。

因此,我们采用PLC的控制设计完成主要的功能模型和获得更好的控制效果。

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1、焊接部位控制的理论分析

为实现PLC控制,我们主要分析了焊接轨迹的形状。

根据理论分析,建立了一个位置控制的数学模型。

然后,它可以通过焊接接头位置控制系统来实现。

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1.1、分析跟踪形状

焊接跟踪轨迹是椭圆型,工作台的移动跟踪焊枪可以沿着两个坐标维度移动。

二维跟踪方法通常是直接在x坐标轴和y坐标轴方向使用同一套位置控制系统。

通过分析跟踪形状,我们决定采用一个旋转系统（压缩机和工作台>

和位置控制系统（焊枪>

轴的方向来生成二维跟踪。

见图1RTCrpUDGiT

当旋转系统（工作台>

定期改变旋转速度、位置控制系统（焊枪>

根据特殊函数法沿着X坐标相互运动。

因此,可以控制准确的焊接位置。

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1.2、焊接位置控制的数学模型

为了控制焊枪位置和使焊枪运动满足系统轮廓模型的要求,数学模型中应该建立中焊枪和工作台的旋转中心之间的距离U，旋转角的变化Q之间的关系。

既：

Q=Q（U>

。

焊接跟踪由四个弧<

见图2）弧的几何中心的MQ和PN分别是OC和OE,半径是R2,Q2是极坐标半径。

弧的几何中心分别QP和NM分别是OD和OF，半径是R1,极坐标半径Q1。

由于其是对称图形，我们可以只研究半椭圆（e.g。

弧MP>

jLBHrnAILg

从图2的几何关系,我们可以得到：

Q=-（R-b>

cosU+（R-b>

cosU+b（2R-b>

（-U≤U≤U>

.xHAQX74J0X

Q=（a-R>

sinU+（a-R>

sinU+a（2R-a>

（U≤U≤P-U>

.LDAYtRyKfE

a椭圆的长半径。

b是椭圆的短半径。

u是压缩机的旋转角度。

U是分隔号角度,包括向量之间的弧联合的切点和X轴的正矢方向。

R1是椭圆小弧的半径。

R2是椭圆大弧半径。

因此,控制工作台的旋转角U意味着控制焊枪和压缩机的旋转中心之间的距离。

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2、实现PLC控制焊接接头位置的计划

在推导数学模型后,应用PLC控制软件编程,通过步进电机控制的焊枪位置和传动装置的实现和误差补偿的实现。

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很明显,旋转工作台系统和焊枪位置控制系统可以通过实时测量旋转工作台的旋转角U来实现自动焊接剖面模型系统。

然后PLC实现的控制功能。

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组件控制系统的原理图，见图3：

2.1、工作原理

从图3可知：

位置控制是通过机械传动系统和自动控制系统实现的。

机械传动系统是由一个可调旋转装置与直线运动位置控制装置组成。

焊接后压缩机在旋转工作台旋转一圈,则压缩机的焊接工作完成。

位置控制系统的原理如图4所示。

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控制原理如下:

1）、鉴于旋转角度（Ug>

:

给定位置的系统（Pg>

是由旋转角决定Ug工作台和给定的旋转角度信号来自旋转系统的脉冲编码器。

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2）、角度/位置转换：

它转移工作台的旋转角你的位置焊枪根据Q=Q（U>

数学模型,并给出焊枪的位置Pg的位置控制系统。

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3）、位置调节：

∆P将求出（∆P=Pg-Pf>

在给定的位置信号Pf和位置反馈信号Pg进行比较和计算。

位置调节器根据∆P值和计算相关的脉冲频率控制电机驱动。

当∆P=0时,步进电机将自锁,与此同时,电动机自锁转矩。

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4）、电机驱动器：

步进电机驱动程序生成相关的脉冲频率根据不同的给定信号。

当脉冲频率高,电机的转速很高。

否则转速较低。

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从第3和第4附图可以看出：

我们可以看到旋转角度信号测量的脉冲编码器旋转电机不仅是一种测量信号的线性速度控制系统还焊枪位置控制系统的给定信号。

由于假定离子速度密切相关,高控制精度是系统的一个特定的字符。

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2.2、系统功能

PLC是控制系统的中心,它的主要任务如下：

1）、工作台旋转角的计算；

2>

位置控制。

3>

PLC和人机接口通信。

4>

PLC和变频器通信。

5>

逻辑顺序控制。

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人机界面添加到新系统中,这是有用的在任何时候修改参数和设计新产品。

它的主要功能是：

1>

操作运行。

建立技术和电气参数。

监控操作过程。

变频器是交流电动机的调整装置,它遵循U/f比例不变原理,变频器调整交流电动机的转速根据给定信号。

2.3、硬件设计

位置控制系统是由步进电机、丝杠、脉冲编码器和PLC智能模块。

它的类型如下:

PLC:

SimensiS7-300,主要包括:

CPU模块、电源模块、数据输入模块,数据输出模块,脉冲计数器模块,位置控制模块,步进mo-tor功率驱动模块等等。

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三相电磁式电动机：

400W,1500r/min。

变频器：

矢量控制变频器（6SE3212-ODA400.75kW>

步进电机：

三洋103H8582-7041，每步0.72°

2.4、软件设计

程序设计分为两个部分；

开关量逻辑部分和数学模型计算部分。

因为纸是有限的,省略第一部分。

因此,只介绍数学模块程序设计。

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该数学模型包括两个部分,改变变量类型和实时变量。

变量类型变化时需要计算类型的变化。

因此变量类型的变化的计算程序设计通过PLC计算,同时开关数量开始计算用于改变类型变量。

计算结果代入数学模型计算的数据中间变量。

位置模块（公式2和3>

是计算功能模块PLC程序。

查看流程图5。

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程序的输入值是速度,速度反馈,位置反馈和变化类型变量（a、b、R1、,R2、U>

程序的输出值是速度和位移变量。

程序进行常量数学模块的计算根据设定的传输类型变量操作板以形成特殊数学模块的焊接跟踪。

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当程序接受开始命令,它将根据位置模块计算焊枪位置的给定值。

与此同时步进电机驱动器焊枪在初始焊接点焊接。

同时,程序计算速度与速度模型根据给定的速度运行。

然后速度的结果发送到转换器驱动压缩机旋转（速度旋转角的函数,因此随旋转角度>

一旦压缩机旋转焊枪开始焊接（即压缩机旋转>

提要数量计算数学模块还随旋转角位置。

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焊接结束时（焊接压缩机的正常旋转角大于360°

>

焊枪很快就会返回到初始位置等待旋转工作台和旋转回0°

和等待下焊接压缩机。

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3、测试和结论分析

为了证明这个新系统,实时测量是根据三种类型的典型的压缩机进行的。

遵守压缩机矢量值在0°

位置,通过焊枪调整设备位置。

测量杆的位置应准确调整,以便调整距离测量杆的顶部中心旋转工作台适合压缩机向量。

停机和记录每个15°

测量点数据和每个点必须测量三次,平均价值将在列表中,测量结果如表1-3所示。

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4、结论

从测试结果我们可以看到在测量值和计算值之间的误差很小,位置控制精度可以满足焊接的要求。

它证明了自动焊接机的PLC控制计划可以更好地解决焊枪位置的误差问题。

因此,焊接质量可以完全满足产品需求。

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后记：

我们表达我们的感谢科技大学北京李伟教授和博士。

清华大学的戴国安教授对他们的帮助在我们的实验。

参考文献：

[1]尹任祥.误差曲线及其与误差椭圆之差[J].测绘技术,1995,16（2>

:

2-7.1nowfTG4KI

[2]孙宝均,孟国正.凸轮轮廓的仿形法及误差分析[[J].工具技术,1995,32（9>

42-46.fjnFLDa5Zo

[3]LiY,MiddleJE.Machinevisionanalysisofweldingregionanditsapplicationtoseamtrackinginarcwelding[J].JournalofEngineeringManufacture,1993,207（5>

275-283.tfnNhnE6e5

[4]唐海燕.自动壳封焊机位置与速度控制的研究[D].北京:

北京科技大学硕士学位论文,2001.HbmVN777sL

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