西门子模块6ES7215-1BG40-0XB0
随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。
一. 四轴联动简易机械手的结构及动作过程
机械手结构如下图1所示，有气控机械手(1)、XY轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。
机械手结构
其运动控制方式为：(1)由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点)；(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y轴限位开关)；(3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成)；(4)旋转基座主要支撑以上3部分；(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。
其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。
步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。
二 控制器件选型
为达到**控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：
1. 步进电机及其驱动器
机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，*大3A的8种输出电流可选，*大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC之间选择。一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器*大输出电流值为3A/相(峰值)，通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用。本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。
2. 伺服电机及其驱动器
机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量MSMA5AZA1G，其额定输出50W、100/200V共用，旋转编码器规格为增量式(脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线）；有油封，无制动器，轴采用键槽连接。该电机采用松下公司独特算法，使速度频率响应提高2倍，达到500Hz ；定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可弥补机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接高精度的光栅尺，构成全闭环控制，进一步提高系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式，还配有RS-485、 RS-232C 通信口，使上位控制器可同时控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A，适用于小惯量电动机。
3. 直流电机
可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动，系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机，其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高。无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器，其采用24～48V直流供电，有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护，且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。
4. 旋转编码器
在可回旋360°的转盘机构上，安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器，编码器将信号传给PLC，实现转盘机构的**定位。
5. PLC的选型
根据系统的设计要求，选用OMRON公司生产的CPM2A小型机。CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。CPM2A的CPU单元又是一个独立单元，能处理广泛的机械控制应用问题，所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRON PC和OMRON可编程终端的通信。这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。
三 软件编程
1. 软件流程图
流程图是PLC程序设计的基础。只有设计出流程图，才可能顺利而便捷地编写出梯形图并写出语句表，*终完成程序的设计。所以写出流程图非常关键也是程序设计首先要做的任务。依据四轴联动简易机械手的控制要求，绘制流程图如图2所示。
软件流程图
2. 程序部分
由于论文篇幅有限，这里只列出了开始两段程序，供读者参阅，见图3。
四 结束语
四轴联动简易机械手的各个动作和状态都由PLC控制，不仅能满足机械手的手动、半自动、自动等操作方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求，更可通过接口元器件与计算机组成PLC工业局域网，实现网络通信与网络控制。使四轴联动简易机械手能方便地嵌入到工业生产流水线中
刚刚写完这个题目，就觉得有点问题。对于水处理设备，我是熟悉的，但是技术达人的称号，实在是不敢当。但是参加活动，咱们自然要根据活动要求来做，于是有了上面这个题目，且当抛砖引玉，期待同行有好的佳作。
水处理是个大行业，也是个朝阳行业，更是一个对人民有益的行业。大的水处理工程，造价千万或过亿，也是常事，其中的自动化设备或产品，也算得上种类繁多。对于咱工控人来说，熟悉一下其中的仪器仪表，通讯组态等等，还是很有意义的。
今天笔者给大家呈现的不是什么大的水处理工程，而仅仅是一套水处理设备。设备使用方为马来西亚，户外使用，采用的是集装箱式的超滤系统。整个系统的外观如下图。
虽然说设备不大，但是其中的电气控制部分还是很有代表性的。其中的技术点有以下部分。
1、子程序的调用
由于工艺原因决定了设备需要分16个流程进行，正好对于咱16进制的数据，因此采用123…..CDF的步骤分别进行子程序的调用。正常工作流程为1-2-3-4-5-1，循环进行，当达到设定的要求后，启动6-F的工作流程，对应的子程序被调用。程序框架如下。
子程序定义和返回如下：
2、模拟量处理及PID调试
水处理行业中的模拟量一般就是压力，流量，液位等仪器仪表的信号处理了。标定一下测量范围，对应的仪器仪表设置正确，一般都会正常使用。如果统一管路中有对应的物理仪表，那就更好了。可以方便的校对我们的电气仪表，使他们做到数据统一。
PID的调试一直是个饱受争议的话题。技术牛人们会觉得这个东西没什么，自己可以轻松搞定。而新手小白又无从下手，看了好多资料依旧是不能调试好，影响了设备的稳定运行。
我自己也曾经找过网上的很多资料。比如各种口诀，还有各参数对系统的影响等等。*终也在同行便宜的帮忙下入了门。
PID的调节，重要的是参数。这里要推荐一下欧姆龙的PID自整定功能，这个指令可以根据实际工况，调整PID参数到合适的数值，使系统能够尽快稳定下来。
如下图为带自动调节的PID控制。
这个指令使用的过程中要注意数据范围的统一，不在规定范围的数据，需要用转换指令变为合理的数据，用到的指令如下：
程序的编制可以参照如下的实例：
3、欧姆龙的自由口通讯
由于现场的使用环境比较恶劣，不能人工值守，所以我们系统里面加了一套优盘记录数据的仪表。欧姆龙PLC通过自由口发送数据至这台数据记录仪，当需要查看的时候，取下优盘，可以查看PLC在过去一定时间内，经历了哪些报警，流量，压力等数据是多少。
下图为数据记录仪：
仪表只是被动的接收，所以PLC只要根据情况实时发送就行。命令如下：
后记：
集装箱内部施工过程中：
集装箱内部：空调、配电柜、电源箱
设备发至马来西亚，PLC源程序移交给当地工程师。反馈回来的信息是，触摸屏为英文操作，可以看懂，但是PLC程序中文的注释为乱码，打开也看不懂意思。抱歉了当地现场的工程师。在此提醒，国外的设备，不仅触摸屏是要搞英文操作，程序**也是英文注释，方便交流和理解。
