基于PLC的RV減速機實驗臺系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

黃賢振

摘 要：減速機是工業(yè)機械臂重要的核心零部件，它的主要作用是把機械臂中交流電機高轉(zhuǎn)速、低扭矩的輸出轉(zhuǎn)換成低轉(zhuǎn)速、大扭矩的輸出。一般大負(fù)載的情況下通常選用RV減速機。本文中通過設(shè)計基于PLC控制技術(shù)模擬工業(yè)機械臂的肘關(guān)節(jié)，驗證多段速情況下減速機實際輸出曲線。該實驗臺以PLC為核心控制器，通過變頻器控制實現(xiàn)交流電機的多端速，通過模擬量模塊檢測交流電機工作過程中的實時轉(zhuǎn)速，通過張力控制器模擬機械臂工作的負(fù)載。

關(guān)鍵詞：RV減速機；PLC；人機交互界面；模擬量

隨著機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機器人作為最為重要的一個分支，近年來取得長足的進步。其中減速機是最為核心的關(guān)鍵技術(shù)，減速機中應(yīng)用最為廣泛的有諧波減速機和RV減速機。其中諧波減速機具有傳動速比大、傳動精度高等優(yōu)點，但是容易產(chǎn)生交變應(yīng)力，造成疲勞破環(huán)，散熱條件差。RV扭矩大、承受過載能力高、傳動效率高，較為廣泛的應(yīng)用在機械臂中。

1 硬件組成

1.1 硬件系統(tǒng)組成

使用PLC作為核心控制器，PLC通過編寫的程序控制變頻器實現(xiàn)交流電機的多端速運行，交流電機的輸出轉(zhuǎn)速可以通過模擬量模塊進行實時的檢測監(jiān)控，張力控制器通過控制電流的大小調(diào)整磁粉的輸出實現(xiàn)模擬負(fù)載的效果。同時試驗臺系統(tǒng)中的所有變量都可以通過人機界面進行監(jiān)控、調(diào)整。

1.2 系統(tǒng)硬件的選擇

1.2.1 PLC

PLC的選擇主要要考慮機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊。本文試驗臺，所需要輸出點5，輸入點用觸摸屏仿真處理所以輸入點不做要求，同時需要需用4通道的模擬量模塊監(jiān)控交流電機的轉(zhuǎn)速。綜上分析PLC控制器選用西門子S7-200系列CPU-222（AC/DC/RLY）。

1.2.2人機界面

選用昆侖通泰的MCGS觸摸屏來作為試驗臺的人機交互界面。利用觸摸屏來控制系統(tǒng)的啟動、停止、多端速的選擇、轉(zhuǎn)速曲線監(jiān)控、報警數(shù)據(jù)的存儲等功能。使操作更加的方便，并節(jié)省PLC的輸入點的應(yīng)用。

2 控制系統(tǒng)組成

2.1 PLC內(nèi)部寄存器分配及I/O分布表

2.2 PLC程序設(shè)計

1）將變頻器的模擬量信號采集到PLC，應(yīng)用EM232的模擬量借口采集到模擬量信號存儲到AIW0存儲器。

2）多段速調(diào)速方法。通過控制Q0.0 Q0.1 Q0.2三個輸出端子的通斷狀態(tài)，實現(xiàn)變頻器的7段調(diào)速。

3 系統(tǒng)調(diào)試

操作界面主要由：數(shù)據(jù)顯示、實時報警、實時曲線、數(shù)據(jù)報表、參數(shù)設(shè)定、密碼設(shè)置等界面組成。實時曲線畫面可以實時的反饋電機轉(zhuǎn)速的信息，觀察電機的速度曲線，如圖3所示。

4 實踐與經(jīng)驗

本試驗臺中應(yīng)用廉價的交流電機替代了昂貴的伺服電機，應(yīng)用PLC控制器替代了工業(yè)機器人的核心控制器，利用張力控制器模擬負(fù)載，真實的模擬了機械臂工作情況。為檢測RV減速機的生產(chǎn)質(zhì)量以及研究RV減速的工作性能提供了有力的輔助工具。

基金項目：天津市智能制造科技重大專項（15ZXZNGX00260）