基于台达EH3的落纱机器人控制系统设计

喻慧

摘 要：台达DVP-EH3具备优异的运动控制功能，是一款内置4点200kHz硬件高速计数器与200kHz高速脉冲输出能力的PLC，搭配多种运动控制指令，可达到高速精准定位控制功能，实现高级的运动控制需求如直线插补、圆弧插补功能，可以满足落纱机器人的工艺需求。

关键词：落纱机器人；台达DVP64EH00T3；台达触摸屏

一、引言

该落纱机器人电气控制采用了可编程控制器和交流伺服电机驱动的控制系统，机械抓手采用了三维直角坐标机器人控制平台技术，实现了机械抓手垂直于锭子抓取满纱管，通过在上下导轨上移动，实现了拔纱、插管、返回的全程自动化，可快速、精准完成细纱机落纱，极大地提升了纺纱设备的自动化水平。

二、落纱机器人的运动控制

落纱机器人在行进中实现垂直拔纱的控制关键有两点：一是在拔纱的整个过程中，控制抓管装置的从动轴必须实时跟踪控制行进的主动轴进行速度调整。当主轴伺服电机传动机器人向前移动的同时，从轴伺服电机跟踪主轴转速做出响应，使拔纱装置反向同速移动，这样拔管装置同正在拔的管纱保持相对静止；二是另外两台伺服电机负责联合控制拔纱装置在三维空间内运动，使其按规定路线作弧线插补。这样定位更准更快，运行更可靠，从而确保垂直拔纱。由于该机是在行进中拔纱和连续逐锭插管，因此落纱效率相对与只能静止状态工作的落纱机已经大大提高了。

三、台达EH3系列PLC的运动控制解决方案

1.台达EH3系列PLC介紹

DVP-EH3是台达DVP-E系列的最高级主机，其出色的运动控制功能、完整的程序保护功能、优异的运算能力、简易的连网功能以及全新的高速特殊扩充模块等特性，使其更加适用于复杂的高速高精控制应用，内置4点200kHz硬件高速计数器与200kHz高速脉冲输出能力，搭配多种运动控制指令，可达到高速精准定位控制功能，实现高级的运动控制需求如直线插补、圆弧插补功能。

落纱机器人控制系统正是利用了EH3具有4点独立高速脉冲输出，支持直线、圆弧插补运动控制功能很好的解决了其需要四轴联动的问题。

EH3系列PLC的主要特点：

（1）4点独立高速脉冲输出功能，支持直线、圆弧插补运动控制功能；

（2）外部输入中断提升为16个中断输入；

（3）有多种运动控制指令，可达到高速精准定位控制功能；

（4）具有程序备份功能，电池没电程序不会消失，并能储存第二份程序与数据；

（5）CPU + ASIC双处理器，支持浮点运算，基本指令最快执行速度达0.24μs；

（6）包含模拟输出、输入、温度量测、额外的单轴运动控制与高速计数功能，可另增第3个串联通讯端口或以太网通讯卡等；

（7）只要启动PLC-Link功能，无需额外的通讯扩充模块，即可架构最高32台的联机网络；

（8）搭配全新的特殊扩充模块，可大幅缩短主机与扩充模块之间的数据传输时间，进而提升主机程序的执行效率。

2.运动控制解决方案

落纱机器人基于台达EH3系列PLC和B2系列伺服系统并配置DOP-B07S411触摸屏，实现4轴控制功能，控制系统的主要设备配置有：台达DVP64EH00T3型PLC、DOP-B07S200型人机界面、ECMA-C20604RS型伺服电机及减速器、ASD-B2-0421-B型伺服电机驱动器、相应的各类传感器等。用户可以在人机界面上设置所需参数并手动操作落纱机器人动作。台达DVP64EH00T3控制三轴构成X/Y/Z坐标系统，并通过该坐标系统控制落纱机器人的拔纱装置实现落纱动作，另外DVP64EH00T3还需控制一轴W轴来实现落纱机器人的前行以及后退动作。X轴与Y轴按规定路线作弧线插补，Y轴跟踪主轴W轴，从而使拔纱装置同正在拔的管纱保持相对静止。

此外还需要了解伺服电机编码器的精度以及每圈皮带直线前进的距离，还有皮带运动的正反方向。安装原点回归的近点信号开关，这些信号对应的要接到DVP64EH00T3相应的端子。

四、控制系统编程

1.初始化参数

上电初期启动正方向脉冲初始化X/Y/Z/W轴的基本参数。程序指令如下所示。

2.坐标定义

计算X/Y/Z坐标位置，且每次动作前需要对X/Y/Z轴进行原点回归动作。程序指令如下所示。

3.HMI控制及X/Y/Z/W轴控制程序，以Y轴为例，梯形图如下：

HMI只需要做与X/Y/Z/W轴相关的辅助继电器对应的按钮，并把计算出的X/Y/Z轴的位移参数赋值给特定的寄存器，就可以用这些寄存器作为运动控制的位置坐标，实现对运动的自由编辑。

五、结束语

使用台达EH3系列PLC能很好的实现落纱机器人的功能。可以通过触摸屏修改其各轴位移参数、速度可以自由设定，界面操作简单方便。经过在宝纺集团的工艺试验证明，电气控制系统稳定可靠，EH3系列PLC计算精确且反应迅速，每次的拔纱精度都得到了很好的保证。通过和DVP-01PU定位控制模组的组合，完全可以控制四轴以上的伺服系统，且设计成本较低，因此在多轴联动的工业机器人控制领域具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]台达.DVP PLC 应用技术手册[程序篇].

[2]台达.DVP PLC 应用技术手册[101例].

[3]台达.DOP-B人机界面应用技术手册.endprint