三轴六动机构的PLC控制

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随着经济建设的飞速发展，各地出现许多空间网架钢结构的大型建筑。由于这种结构建造通过焊接或螺栓连接各类节点，把不同形状的钢制杆件(或构件)组成实体，具有足够的强度和刚性，很容易做到大跨距，是新建大型火车站、体育场馆、会展中心等的优选方案。

网架结构按其形状可分为三角锥网架、四角锥网架、六角锥网架。它们靠许多不同截面杆件在不同方向固定在各类节点上组合成网架整体≮点按其在网架中的位置可分为中间节点、再分杆节点、顶脊节点和支座节点。网架中的每-个节点要承受来自不同方向杆件传递的力(每个节点交汇处有6～8根杆St$iB：2013-04-0l作者简介：李 波(1980-)，男，浙江杭州人，主要从事电器控制方面的研究设计与开发工作.E-mail：lib800###sina.corn通信联系人：李国栋，男，高级实验师.E-mail：lgd500###hdu.edu.cn· 972 · 机 电 工 程 第30卷件)。为使节点的构造和连接具有足够刚度和强度，将节点周边设计成固定杆件的支托。理想的节点各个方向支托中心线应交汇于-点，避免出现因偏心而引起网架杆件产生次应力和引起杆件内力的变化n 。

为保证结构的可靠性，除结构形状、强度与刚度、材料选用等设计计算外，各类节点的加工也是非常重要的-环。

目前工地上装配各类节点是靠人工调整位置进行焊接，很难保证其支托各自的定位精度，从而影响网架结构内力分布状况。

为解决该问题，本研究研制适用于各类节点组装的三轴六动机构；用PLC控制系统快速调整支托靠模与节点之间的空间位置，以保证各类节点上支托的焊接精度；同时，为今后节点计算软件通过通信网口进行直接控制提供方便。

1 原 理1.1 机构原理三轴六动机构工作原理如图1所示。机构每轴为- 个子装配件，其工作原理如下：当驱动 轴旋转伺服电机时，旋转光杆传动支托靠模转动(调整角度)。当驱动 平动伺服电机时，丝杆螺母传动副转换成平动，滑块带动 轴旋转电机、 轴旋转底座、传动光杆、支托靠模做左右平图 1 三轴六运动机构装配图1 轴旋转电机N3；2-z轴旋转传动光杆；3-lz轴节点工作台；4- 轴滑动工作台；5-z轴传动丝杆 ；6-Z轴导轨底座；7--Z轴平动电机N4；8-节点工件；9-支托靠模；l 轴旋转底座；l1 轴旋转传动光杆；l2-y轴平动电机 N5；l3-X轴旋转电机 N1；14 轴平动电机 N6；15-X轴平动导轨底座；16-X轴滑动工作台；17-l，轴旋转传动光杆；l8-，轴平动传动丝杆 ；19-l，轴旋转电机N2；20-y轴平动导轨底座动(调整距离)来调整支托靠模与z轴工作台位置(轴方向) 。

当驱动y轴旋转伺服电机时，传动光杆带动l，轴平动导轨底座(传动光杆与，，轴平动导轨底座用键锁紧-体)绕y轴旋转(因，轴旋转伺服电机是固定在机架上)；同时带动 轴子装配件整体转动。当驱动y轴平动伺服电机时，l，轴平动导轨底座上的丝杆螺母传动副转换成平动，y轴平动导轨底座上的滑块作前后平动；同时带动 轴子装配件随动来调整支托靠模与z轴工作台位置(y轴方向)。

z轴子装配件传动基本原理类同以上二轴，通过控制z轴2个伺服电机来调整z轴工作台位置。

调整三轴6个运动量大小，就能改变节点与支托靠模的相对空间位置。通过设计计算给出各类节点的支托数与位置，做成各式支托靠模安装在如图1所示的机构上传动到位～几块支托钢板放置靠模上进行焊接，不断调整靠模位置，直至焊完节点上所有支托，完成节点的组装。

伺服电机-般都带有脉冲编码器，其分辨率为2 000 P/r，当伺服电机转-圈时需2 000个脉冲。而伺服前置放大器设有脉冲倍频功能b 。

设：平动距离为A(mm)，脉冲数为Ⅳ(个)，传动丝杆导程为e(mm)，旋转角为币(。)。

平动距离脉冲总数为：N：A2000 r1、、旋转角度脉冲总数为：Ⅳ咖 (2)公式(1，2)为每-轴运行需要脉冲总数的计算公式。若需提高或减少运行精度可调整伺服前置放大器的脉冲倍频开关。

1.2 PLC控制原理PLC控制节点与支托靠模间的相对位置，由三轴各自的脉冲数所决定；而它们的运行速度，则由脉冲的频率大小所定。在设置初始值时，将由公式(1，2)计算出的各轴脉冲当量数值，置人数据寄存器D中。当PLC主机在输出驱动脉冲同时，用数字计数器C进行计数，并与数据寄存器D进行比较。当某-方向的c值等于D值时，计数器c的触点立马停止这-方向的运行。

运行时序为 ： 轴旋转 (c。D。)-y轴旋转(C 。D 。)-z轴旋转(C 。D 。)-z轴平动(C柏D加)÷y轴平动(c 。D 。) 轴平动(c∞D∞)。

返回原点时序为： 轴平动 (C∞D∞)-y轴平动第8期 李 波，等：三轴六动机构的PLC控制 ·973 ·(c 。D 。)-z轴平动(c D∞) z轴旋转(C，。D 。)l，轴旋转(c∞D ) 轴旋转(G。D 。)。

为便于使用，运行状态采用：手控步进、自动运行两种方法编程；返回原点，采用自动检测到位方式。

2 PLC控制程序设计2.1 PLC主机I/O设置PLC主机I/0设置如图2所示 ]。

图2 PLC主机 I/0设置2.2 手控单动程序设计程序设计中，三轴的控制程序类同，为压缩版面，本研究以 轴为例进行论述。

为了便于调试、维修，特设计了手控单动程序，如图3所示 ；编程的设置如图2所示。

2.3 返回原点程序设计返回原点是手控或自动运行支托靠模与节点在空间位置的基准，每次运行前由功能指令自动检测执行。

2.4 自动运行程序设计自动运行控制程序，如图5所示[1 。

3 结束语本研究通过PLC编程控制三轴六动机构进行试N Ⅻ 2j) 垃 Ⅻ 啦 5L1H H f朴 十-M60 l 六动运控制互锁J LJllY000 ∞ M6O11-1I 输入驱动脉冲M 62II 驱动脉冲文坛数M62I· 0 驱动脉冲内输出M 6O o6olI ，IX l 1广打- ]脉冲方向控制内输出工作捂 灯内输出X034ll r：图3 手控单动程序梯形图1)(o21厂1cl0--. 竺。

菇 丽面RETl lISTI$12 l三轴返回原点完成图4 返回原点程序步进梯形图.：j蓦鬟加萋案手轴图5 自动控制运行程序步进梯形图验，只要在传动链精度范围内，其精度可以通过伺服前置放大器的倍频器进行调整。三轴六动机构具有(下转第977页)手控 轴旋转- 鼬 m酷 黼 鞲 鼬蘸 -阵 - 巴-Ⅸ舳 离-第8期 周传运，等：基于单片机的家用制氧机电控系统优化设计 ·977·、 - O.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.Ot/s图6 电磁阀交替时间与出氧浓度关系阀的交替间隔设置为7 s～8 s较好。

3.3 其他测试本研究对通用技术规范要求的其他-系列指标分别进行了测试，均能达到预期效果。如：待机功耗≤2 w，整机连续运转l2 h性能稳定，短时间内多次开关机均能正常运行等。

4 结束语本研究从软、硬件两个方面介绍了家用制氧机的电气控制设计系统，以89C52和STC 12C2052分别作为上下位机控制芯片，LCD作为人机对话的显示界面，采用c语言编程。整个系统具有设计简洁、运行可靠、成本较低的特点 ，能够满足企业的技术要求。该设计没有设置压力报警功能，生产企业在采用该方案时需要在压缩机排气 口设置-机械式泄压阀，以进-步提高使用的安全性。

随着生活水平的提高，人们的薄意识逐渐增强，制氧机正逐步走向寻常百姓家，并成为家电电器，具有较大的市痴间。家用制氧机在产品外观、操作方便、运行稳定 、浓度可调等方面还有进-步提升的空间，这都是专业技术人员需要努力的方向。