西门子6SL3210-5BB21-1UV0
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西门子6SL 针对目前工业生产线自动化程度不断提高的现状，我购机电自动化商城主要介绍了中达电通六轴数控系统和台达交流伺服在工业机械手臂上的技术应用，突出了中达电通数控系统自有的丰富功能，并配合台达伺服系统优异性能，能够为客户提供有价值的整合方案。 随着工业生产线自动化程度的提高，并日趋向柔性化发展。工业机械手臂被越来越多的应用在涂漆、包装、焊接、装配等生产环节，来代替人工完成恶劣环境下的劳动。本案是我购机电自动化商城为客户提供的解决方案，利用中达电通六轴数控系统的六轴联动和教导模式下自动生成NC程序等系统功能，配合台达ASDA系列交流伺服强健控制和内置的位置指令寄存器功能，来实现对六轴机械手臂的控制系统和自动生产线的技术改造。 一、技术要求和难点分析 客户采购该六轴机械手臂，用于变压器生产流水线的点胶、浸漆和烘干工序。原型机为日本制造，因控制系统损坏无法修复，故提出改造要求，并且需要控制系统和伺服满足如下条件： 在机械上，六轴机械手臂结构上设计为6自由度空间坐标系。其中X、A、B、C轴采用伺服电机驱动1:10的齿轮箱间接传动，做近似360度圆周运动，Y和Z轴采用伺服电机驱动螺距10mm的滚珠丝杠，再连接力臂做近似120度圆周运动。这六个伺服轴要求能够联动。 客户要求在原有六轴机械手臂的基础上，再增加一个伺服轴D通过丝杠用来拖动机械手臂前后运动，使其能自由移动到生产线的任何地方，但不要求联动控制。 客户还要求控制系统能够控制七个轴，并且至少六轴联动，伺服轴运动速度可调。 此外，对于伺服控制系统，因为机械手臂在机械设计上采用6自由度空间坐标系，而区别于普通的直角坐标机械手臂机械。因而在运动过程中，机械负载的惯量会因为机械力臂的不同而发生较大范围的变化，这就要求伺服系统具有优异稳定性、响应性和对负载变化自适应能力。 机械回零精度：+/-1度。 重复定位精度：+/-1度。 定位精度：2mm。 要求控制系统和伺服系统能够具有检测反馈，来保证机械运动精度。 因为采用6自由度空间坐标系，无法采用手动编程和软件编程。因而需要控制系统具有示教功能或者学功能，能够根据采集的数据自动生成NC加工程序，并能对自动生成的NC程序进行编辑和存储。 在辅助功能上，要求控制系统能够通过NC指令来控制多个气动电磁阀动作来实现机械机能，并能根据需要添加检测开关。 在安全保护方面，除要求控制器可靠的稳定性外，还要求控制系统具有必要的安全保护功能。 通过对机械设计和控制技术要求分析，确定采用一台中达电通六轴数控系统做上位控制器＋7套台达交流伺服做下位控制器的6AXIS＋1 AXIS的控制架构，具体分析如下： （1）6个独立伺服轴接口，能够控制1～6轴联动，能够满足伺服轴运动控制要求。 （2）电压命令型 (V-Command) 伺服接口，小解析精度0.001mm，可配合光栅尺或旋转编码器实现闭环、半闭环控制，能够满足精度要求。 （3）大响应速度500KPPS编码器反馈，能够满足快速定位的需求。 （4）具有教导模式，能够记录下当前的机械坐标点，并能根据采集的数据自动生成NC加工程序，操作者可以方便的对生成的程序进行编辑和阅读。 （5）控制器内存有240K存储空间，可储存1000个NC加工程序，配合标准的CNC键盘可轻松对加工程序进行编辑。 （6）通过六轴数控简易I/0控制指令和内置PLC开发，能够灵活的通过NC程序实现辅助机能。 （7）内置可编程PLC，标准配置为24INPUT/ 16OUTPUT，大可扩展到96INPUT/64OUTPUT，完全能够满足电气互锁、行程保护、紧急停止等安全电路的设计要求。 （8）配合外配的电子手摇轮可实现“加工程序手摇轮测试”功能，防止机械撞机。 通过比较分析，中达电通六轴数控系统完全能够满足作为机械手臂上位控制器要求。 （1）具有多种控制模式，可与上位控制器灵活配合，应用广泛。 （2）通过伺服内置的运动控制器和外部的I/O来自由规划的8组位置指令寄存器是实现对机械第七轴（D轴）控制的关键。 （3）强健式的控制模式，在负载惯量大范围的变化时，系统仍然可以保持优异的性能。 （4）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE平滑功能，且命令来源不论是外部模拟量输入还是内部寄存器设定均有平滑功能。 （5）丰富的软件功能，方便用户用调试。 通过比较分析，台达交流伺服系统也完全能够满足作为机械手臂做下位控制器要求。 通过对机械结构、负载惯量、输出扭矩的分析计算，故选用下列伺服：ASDA 3kW*1台、ASDA 2kW*1台、ASDA 1kW*2台、ASDA 200W*2台、ASDA 100kW*1台，共7台伺服驱动器做下位控制器。 图二 64XIS+1 AXIS的控制架构 控制系统的硬件部分主要有CNC数控系统、伺服系统和其他辅助元件三部分组成。 （1）CNC数控系统 数控系统选用中达六轴数控系统，它是机械手臂的控制中心，除具有线性插补等运动控制外，还能够进行画面显示、参数设定、程序编辑、PLC逻辑控制等。 （2）伺服系统 伺服系统选用7套台达－A系列交流伺服驱动器和电机。其中ASDA 3kW*1台、用于独立控制机械D轴位移工作台，拖动机械手臂前后运动，使其能自由移动到生产线的任何地方。其伺服控制模式采用台达交流伺服独有的PR控制模式。 它的命令来源为台达交流伺服位置指令寄存器8组内部位置指令（参数P1-15~P1-30设定），伺服电机运转的速度则由参数P1-36~P1-43设定。 通过数控系统I/O输出OUTPUT点Y0-Y3，配合伺服CN1接口的I/O，POS0~POS2与GTRG，就可以选择8组中的一组来当成位置指令来源。当伺服CTRG信号上升沿触发后，伺服电机便会向给定目标运动。 其余6台伺服分别为：ASDA 2kW*1台，控制机械手臂X轴空间移动；ASDA 1kW*2台，控制机械手臂Y、Z轴的空间移动；ASDA 200W*2 台，控制机械手臂A、B轴的空间移动；ASDA 100kW*1台，控制机械手臂C轴的空间移动。 这六台伺服采用的是速度控制模式，数控系统的伺服轴口输出 +/-10V的模拟量电压来控制伺服电机旋转，并实时通过伺服驱动器的PG分周比输出OA/OB/OZ信号将伺服运动状态反馈给数控系统，来实现半闭环控制的目的，来保证机械手臂的运动精度。 （3）其他辅助元件 其他辅助元件主要有： 电子脉冲发生器（MPG手摇轮），规格DC5V，在手动和教导模式下，产生脉冲信号控制伺服轴位移。 动力变压器，规格7.5kVA三相380V/三相220V，作用是给伺服系统提供动力电源。 控制变压器，规格500VA，AC380V/AC220V，作用是给数控和伺服系统提供控制电源。 开关电源，规格500VA，DC24V，AC220V/DC24V，作用是给控制回路提供直流控制电源。 INPUT输入板，规格NPN型，可以连接按钮、行程开关、继电器触点等传感器信号。 OUTPUT输出板，规格NPN型，作用是控制中间继电器、微型电磁阀等DC24V负载。 中间继电器，规格DC24V，增加OUTPUT输出板的容量，线路保护。 气动电磁阀，规格DC24V，控制机械手夹紧气缸和生产线其他辅助动作。 按钮、开关若干，提供各种传感信号。 通过上述硬件配置和架构设计，中达电通六轴数控系统便能够通过速度模拟量电压命令和外部的I/O输出信号来控制一个六轴的机械手臂和一个独立的位移工作台运动了。 图三 示教盒 当配合外部I/O和电子手摇轮，激活“示教”功能后，六轴机械手臂的工作方式是按“示教学→生成NC程序→编辑修改NC程序→机械手臂再现执行”的过程来完成的，即由人用示教盒对机械手臂工作行为示教。示教过程中，数控系统会记录下机械手臂各运动关节终点的位置信息，并以NC代码的形式显示在CRT荧屏上。 当机械手臂完成一个示教流程结束后，数控系统便会以NC代码的形式记录下一个数据队列。用户可以通过数控系统的标准CNC键盘对当前的NC程序进行必要的编辑，如添加运动速度，数控外部I/O控制等指令，这样数控系统便生成了机械手臂工作所需要的完整信息。 当完成编辑后，激活数控系统的“自动运行”功能，数控系统便能自动依次读取这个数据队列和指令信息，并传达给下位伺服控制器和数控外部I/O控制机械手臂动作。 当我们对“示教”生成的数据信息进行编辑完成后，在执行“自动运行”功能前，可以通过激活“手摇轮测试”功能，来再次校正编辑完的程序。 当“手摇轮测试”功能被激活后，机械手臂会按照先前编辑的指令信息再现动作。伺服轴的运动速度由手摇轮的转动速度和MPG的倍率所决定，当手摇轮停止转动，伺服轴也会停止进给；如继续转动，伺服轴会继续执行动作，从而有效防止机械撞机。 测试完成后，激活“自动运行”功能，机械手臂便会按照程序中设定的速度正常运行。 机械手臂的末端执行机构是由电磁阀控制气体驱动气动缸完成机械手指的夹紧和放松动作。 对于中达电通六轴数控系统的灵活外部I/O控制，不但可以通过对数控系统内部的PLC程序编辑来完成，还能够通过在NC程序中直接插入适当的简易I/0控制指令来实现。 如G11 P1***OUTPUT***ON，下“RESET”指令无效。G12 P***等待INPUT***ON，程序才执行下一节指令，等等，通过这些指令用户可以灵活的实现外部I/O控制。 机械手臂工作流程和NC编程如图四： 工作流程 对于伺服控制系统，因为在机械设计上，机械手臂在机械设计上采用6自由度空间坐标系，因而在六轴同时运动过程中，机械负载的惯量会因为机械力臂不同的而会发生较大范围的变化，这就要求伺服系统具有优异稳定性，响应性和对负载变化自适应能力。 通过台达-A系列伺服内置的“自动增益调节功能（PDFF强健式控制模式，参数2－32）”就能达到理想的调试效果，在此调节模式下，当负载的惯量在一定范围内任意变化时，伺服在1HZ的开回路增益能够保持稳定，频宽会随着负载惯量变化而做相应的调整，仍可以保持良好的相位边界，使得伺服的稳态追随误差不会随着负载惯量而有变化。 同时，对于机械手臂在运转时机械结构产生的冲击，（特别是D轴，因为采用内部指令来源），通过激活台达-A系列伺服内置的CURVE平滑功能（参数1－34～1－36）来得到很好的解决。位置P-CURVE和速度S－CURVE平滑功能，可以对运动命令进行平滑处理，使得电机所产生的速度和加速度是连续的。可以很好的改善电机加减速的特性，在机械结构的运转上也更加平顺。
1.伺服运动轴
2.精度要求
3.NC加工程序处理
4.辅助功能
5.安全保护
二、方案设计的可行性分析
1.中达电通（台达）六轴数控系统的主要特点：
2.台达交流伺服系统的主要特点：
三、方案功能的实现
1.控制系统6AXIS＋1 AXIS的架构
2.硬件的组成和6＋1的设计架构实现
中达六轴数控系统具有“示教和手摇轮测试”功能，通过必要的PLC编辑便可以激活这两个功能，方便编译和效验程序。
4.灵活的外部I/O控制和辅助机能的实现
5.伺服系统的调节和指令平滑处理
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达到武技阁门口，羿锋躬身对着里面行了一礼说道：“小子前来拜访赵老。”
就在羿锋话语刚刚落下的时候，一个朴实的苍老身影出现在羿锋面前，目光在羿锋身上扫荡了一下之后，眼中冒着一丝亮光说道：“你领会五行了？”
羿锋极其佩服赵老的眼力，他恭敬的说道：“侥幸领悟。”
“不错不错！”赵老那张干枯的脸上也露出了一丝笑容，随即笑道，“五行相克你也尝试过了，想必滋味不错吧，嘿嘿！”
听到赵老的话，羿锋讪讪的笑笑，随即说道：“其实，我更喜欢五行相生。”
赵老摇摇头道：“相生相克本就同时存在，并不分好坏。看你的实力，也达到五阶的层次了，五行俱全，正好适合去闭关。”
羿锋一愣道：“赵老不指点一下我吗？”
赵老摇摇头道：“你先闭关，自己先感悟一下五行。之后的事情以后再说，我虽然对五行有着一定了解，但是毕竟是纸上谈兵。确切的感受还得你自己来。”
羿锋点点头，刚准备找地方闭关。却听到赵老说道，“等等！闭关也要找一个好的环境。你是邪宗宗主，邪宗的资源你倒是还不知道一些。你当初传承之后的邪帝戒指先拿给我。”
听到这句话，羿锋赶紧把邪帝戒指递给赵老。赵老看了一眼，忽然向着这个戒指之中打入几道能量，在赵老几道能量打入之下，羿锋和赵老的脚下同时出现了一个传送，在传送阵闪烁下，羿锋和赵老同时消失在原地。
戒指的之中奇特功能，让羿锋心头一愣，倒是没有想到这这枚戒指是灵器。只是不知道是几星灵器，以往羿锋可是查探不出来。
在一阵光芒闪动下，羿锋和赵老出现在一个空间。在这个空间，所有的建筑都漂浮在虚空，宛如空中楼阁，美轮美奂的建筑自行流动，但是却呈现一种规律移动。
在这个空间内，能量密度同样十分浓厚。羿锋望着这个奇特的空间，对着羿锋随意的说道：“这是邪宗宗地！”
羿锋一怔，这还是他次到邪宗宗地，只是没有想到，这邪宗宗地会如此，直接坐落在空中，宛如空中楼阁。
赵老见羿锋呆滞的模样，微微笑了笑，带着羿锋向着宗门走去，相比于其他宗门的喧闹，邪宗就显得安静许多了。赵老把戒指递给羿锋，对着羿锋说道：“把戒指戴在大拇指手上。”
羿锋赶紧带上，赵老也没有让羿锋细细的领会一下这个空间的奇特以及美丽，抓住羿锋一个闪动之间，就闪身出现在一个极其豪华的宫殿之外，这个宫殿完全由琉璃玉石组成，殿柱数人环抱不住，散发着夺目的光彩，整个宫殿散发着威严大气的气息，即使是羿锋，望着这宫殿，依旧生出一股膜拜的情绪。
在宫殿的正中心，挂着一道牌匾，牌匾上两个龙凤凤舞的大字跃然而上：“帝宫！”
两个并不复杂的字，却散发着无上的威严，字迹之中带着霸气和不可一世。
“这就是邪宗的宗门？”羿锋喃喃自语，他见过不少宗门，可是没有一个宗门能媲美邪宗的百分，甚至千分。
“这就是邪宗历代宗主府邸，走吧，进去看看！”赵老对着还呆滞的羿锋说道。
羿锋赶紧跟上赵老，一步步向着这震撼不已的宫殿走去。走到门口处，刚准备进入，一声怒喝在宫殿之内响起，“何人擅闯帝宫。”
在话音落下的时候，两道彪悍的躯体落在宫殿府邸的门口，羿锋定然看去，发现每一个实力都有高阶君阶的实力。
两人出现在宫殿门口，看着赵老他们微微一愣。原本只是感觉到一道气息，却没有想到赵老也来了，原本的气势威压，赶紧消退，对着赵老躬身行礼道：“赵老！”
赵老点点头，指着羿锋对着两人说道：“这是邪宗这一代宗主。”
赵老说完，两人一惊，赶紧躬身对着羿锋恭敬行礼：“见过帝君！”
羿锋原本见两个比他实力还强一筹的人对他行礼，还准备还一礼，却被赵老阻止了下来。赵老虽然没有说什么，但羿锋也顺着赵老的意思，淡然的点点头没有说什么。
其中一个男子看了一眼羿锋，随即对着赵老和羿锋说道：“帝君，赵老。要不要要通知闭关的其他人？”
赵老摇摇头道：“暂时不用，好了，你们也下去修炼吧。这里不需要你们。”
“是！”这两个高阶君阶恭敬的行了一礼，在一个闪烁之间消失。
羿锋见两人消失，看着赵老问道：“这就是邪宗历代宗主的仆人不成？”
赵老点点头道：“每代邪帝都会为下一代邪帝培养仆人，虽然人数不错，但是每一个低也能达到君阶实力，也只在你这一代断层了。这两个人是柳然师尊为他培养的。”
“老头子也真是的，别人都为他培养了，他都不知道为我培养一些。”羿锋嘀咕了一声，心底极为不满。
赵老当做没有听到羿锋的话，带着羿锋进入宫殿之中，进入宫殿之后，羿锋发现其中的灵气浓度还要比外界浓厚几倍不止。
羿锋突然想到一点什么，对着赵老说道：“赵老，老头子的师尊是不是在宫殿之中？”
赵老摇摇头道：“他师尊已经陨落。”
“陨落？”羿锋惊讶不已。
“不是你想想的那种陨落。”赵老解释道，“邪宗有邪宗的规矩，作为邪帝，每一代邪帝实力低也有君阶顶峰。但是，并不是每一代邪帝都能突破到圣阶。柳然的师尊当年也是惊世之才，在五十岁之前就达到君阶顶峰。而后百年内，一直需求突破圣阶，只不过一直止在了这一步。邪宗有着一种不成文的传承，达到君阶顶峰之后，百年内没有达到圣阶的话，那就拼死一搏。柳然师尊正是因为这个缘故，在拼死一搏冲击圣阶失败而陨落。”
