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1中南大学直角坐标机器人用户手册2目录第一章概述一、机械部分二、驱动部分三、控制系统第二章设备操作流程一、设备操作流程二、常用人机界面说明第三章驱动器参数设置及报警显示一、驱动器参数设置二、报警显示及处理第四章异常情况及处理第五章附件码垛机器人易损件清单3第一章概述BAHR直角机器人实验平台是基于德国BAHR公司的直角坐标机器人定位系统开发的专门进行各种搬运码垛的自动化设备。该设备主要有以下几个特点：1、运行过程平稳，无冲击；2、运行速度快，加减速过程平稳；3、搬运载荷大，过载能力强；4、实时通讯，灵活性强；5、定位精确，采用伺服系统驱动；6、自动化程度高，PLC运动控制；7、通过触摸屏操作，简单易用。BAHR码垛机器人系统主要由BAHR直线定位系统及相关机械结构连接件、数字伺服驱动系统（包括伺服驱动器及伺服电机）、三菱PLC运动控制及相关模块、三菱触摸屏操作四个部分组成。一、机械部分：BAHR码垛机器人系统的机械核心部件是德国BAHR公司生产的同步齿型带驱动直线定位单元。根据码垛需要的情况，我们将整个运动过程分为X方向运动、Y方向运动，Z方向运动。关于德国BAHR直线定位系统的详细技术指标和结构性能请参考相关说明资料《BAHR直线定位系统选型手册》。1、X轴定位单元：X轴定位系统单元由两根QLZ60系列定位系统组成，其中一根为同步带驱动的主定位系统，另一根是由同步轴连接辅助定位系统，具体技术指标如下：1）、主定位系统：型号：QLZ60长度：1580㎜4运动行程：1300㎜滑块长度：152㎜同步带规格：5M252）、辅助定位系统：型号：QLZ60长度：1580㎜运动行程：1300㎜滑块长度：152㎜同步带规格：5M252．Y轴定位单元：Y轴定位单元由一根ELZ60系列定位系统组成，型号：ELZ60长度：1290㎜运动行程：1000㎜滑块长度：170㎜3、Z轴定位单元：Z轴定位单元由一根EGT40系列定位系统组成，型号：EGT40长度：870㎜运动行程：700㎜滑块长度：118㎜3、定位单元的连接：Y轴定位单元和Z轴定位单元之间由法兰机构规格尺寸可参考相关图纸。54、其他安装附件：安装附件主要包括1）、X轴减速机安装法兰；2）、Z轴减速机安装法兰；3）、Y轴减速机安装法兰；4）、3轴限位开关安装座、原点开关安装座；5）、水平轴连接板6）、拖链和拖链安装支架；7）、配套梯形螺母；8）、连轴器：关于安装附件的尺寸可参考相关图纸或厂家资料。二、驱动部分BAHR码垛机器人系统采用日本三菱公司生产的全数字式交流伺服电机及驱动器系统做为动力系统，关于三菱伺服的具体性能特点请参考相关技术资料。为确保足够的工作扭矩和惯量匹配，驱动电机的输出端匹配有精密行星减速机，关于行星减速器的性能特点请参考相关技术资料。1、X轴驱动系统伺服电机规格：400W行星减速器规格：HF-KP432、Y轴驱动系统：伺服电机规格：400W行星减速器规格：HF-KP433、Z轴驱动系统：伺服电机规格：400KW三、控制系统概述6BAHR码垛机器人的控制系统部分是整个码垛机器人的灵魂，码垛机器人的控制系统包括电器系统、PLC及扩展单元控制系统、三菱触摸屏与PLC之间的通讯和PLC与整个生产线之间的通讯。1）、电器系统电器系统包括主电控柜PLC及扩展单元、触摸屏，PLC与触摸屏之间通过RS232连接通讯。电控柜的输入电压是单相220V。电器系统控制原理及接线请参考附录中相关图纸，各种电器元器件的规格型号请参考附录中电器元件表。主电控柜和操作台之间有一条异地电源控制线连接，以方便进行异地电源控制，如急停、上电等。2）、PLC及扩展单元BAHR码垛机器人的控制系统核心是PLC及扩展单元。可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、操作灵活、编程简便以及适合于工业环境等一系列优点，在工业自动化、过程控制、机电一体化、传统产业技术改造等方面的应用越来越广泛，已成为现代工业控制的三大支柱之一。BAHR码垛机器人选用的PLC是三菱公司推出的最新型机－Q系列PLC，是一款性价比高、功能完备、极具竞争优势的通用控制器。其特点是结构紧凑，集成了开关量控制、模拟量控制、高速计数与脉冲输出等功能于一身，指令丰富，引用功能块的编程方式使编程更加简便。可编程序控制器的特点：1、应用简便（1）应用灵活、安装简便标准的积木式硬件结构与模块化的软件设计，使PLC不仅适应大小不同、功能繁杂的控制要求，而且适应工艺流程变化较多的场合。它的安装和现场接线简便，可按积木方式7扩充和删减其系统规模，组合成灵活的控制系统。（2）编程简化PLC采用电气操作人员习惯的梯形图形式编程，直观易懂。因此，不仅程序开发速度快，而且程序的可读性强，软件维护方便。为了简化编程工作，PLC将编程工作主要集中到了设计思想的本身而不是如何实现设计思想，最新设计的PLC还针对具体问题设计了步进顺控指令、流程图指令等指令系统，大大加快了系统开发速度。（3）操作方便，维修容易工程师编好的程序十分清晰直观，只要看好操作说明书，操作人员经短期培训就可以使用。另外，PLC具有完善的监视和诊断功能，对其内部工作状态、通信状态、I/O点状态和异常状态等均有明显的提示，使维修人员能及时、准确地判断故障点，迅速替换故障模块或插件，恢复生产。2.可靠性高PLC的可靠性高，主要是因为它在硬件及软件两方面都采取了严格的措施。3．抗电磁干扰性能好，环境适应性强Q系列PLC是按直接应用于工业环境而设计的产品在规定的机械振动、冲击以及额定的电源电压与频率变化、电源瞬时中断、电源电压降低等因素作用下，均能正常工作。因此可直接安装在工业现场，不必采取另外的特殊措施。另外由于其结构精巧，所以耐热、防潮、抗震等性能也很好。4．功能完善PLC的基本功能包括逻辑运算、定时、计数、数制换算、数值计算，步进控制等。其扩展功能还有A/D、D/A转换、PID闭环回路控制、高速计数、通信联网、中断控制及特殊功能函数运算等功能，可以通过上位机进行显示、报警、记录、人机对话，使控制水平大大提高。5．成熟的工控网络体系，通信便捷，易于远程实时监控随着计算机网络通信技术的成熟发展，以及工业控制的实际需要，近年来工控网络通信技术得到了大量应用。83）触摸屏人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，而且操作困难，不易掌握，无法提高工作效率。但是使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本。同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值，有了广泛的应用。触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境，甚至可以用于日常生活之中，应用非常广泛，比如：自动化移载机设备，天车升降控制，生产线监控等，甚至可用于智能大厦管理、会议室声光控制、温度调整。随着科技的飞速发展，越来越多的机器与现场操作都趋向于使用人机界面，PLC控制器强大的功能及复杂的数据处理也呼唤一种功能与之匹配而操作又简便的人机的出现，触摸屏的应运而生无疑是21世纪自动化领域里的一个巨大的革新。GT1575-VTBA系列触摸屏是专门面向PLC应用的，它不同于一些简单的仪表式或其它的一些简单的控制PLC的设备其功能非常强大，使用非常方便，非常适合现代工业越来越庞大的工作量及功能的需求，日益成为现代工业必不可少的设备之一。第二章设备操作流程BAHR码垛机器人是专业设备，要求必须具有专业知识的人员才能进行操作，这些专业知识主要包括：伺服运动控制、PLC控制及编程、机械传动、电器控制、电工基础等。一、设备操作流程一)、正常工作时：1、当主电控柜供电后，分别按系统供电按钮与伺服驱动器供电按钮，使码垛设备处于工作状态。92、供电后触摸屏处于显示状态，显示设备状态信息如：限位指示、原点指示、运行方式、伺服电机工作情况。3、进入操作界面，按下搜索原点按钮。4、各轴运动导轨分别执行搜索原点运动，完毕3次后，整个码垛系统便确定了原点的位置即工作的初始位置。5、顺序按下自动运行与状态启动按钮。6、码垛机器人处于运行状态。7、按下程序1-5或循环启动开始运行。二）、维护设备时：1、主电控柜供电后，按系统供电按钮与伺服驱动器按钮使设备处于工作状态。2、进入操作界面，顺序按手动运行与状态启动按钮。3、通过手动调节按钮，调节使导轨运动到需要的位置，进行机械手维护。二、常用人机操作界面说明：1、显示界面显示界面显示了设备的状态信息（如：X轴原点指示灯、Z轴原点指示灯、Y轴原点指示灯、自动运行指示灯、手动运行指示灯、状态指示灯等）及报警信息（各轴限位信息、驱动器报警信息等）2、自动运行界面自动运行是指设备按照编好的工作程序自动进行搬运操作，设备自动运行前应做好以下准备工作1）、保证机械手前端设备和后端设备能稳定运行，信号交接准确无误。2）、机械手各轴位于原点位置。3）、根据运动过程编写运动程序。设备的运动程序在设备交付使用时已经编写完毕，一般不需要重新进行编写，但由于搬运机械手采用的控制系统是一款开放式的控制系统，设备操作者可以根据运行的实际情10况修改运动程序。但我们不建议随意改动运行程序，如果确实需要修改，请与厂家联系。4、自动运行的操作步骤1）、搜索原点，使各轴均处于原点位置。2）、自动启动，确定其工作方式。3）、状态启动，保证操作的正确性，避免误操作。4）、等待工作信号。5、手动操作界面1）、手动操作主要是在设备调试、维护阶段使用。2）、可以调整各个轴的位置，使维护更加方便。3）、可以控制机械手开合，确定其工作状态是否正常。第三章驱动器参数设置及报警显示一、伺服驱动器简单操作说明1、按键功能2．参数设置操作方法二、驱动器部分参数设置X轴电机驱动器参数设置Y轴电机驱动器参数设置Z轴电机驱动器参数设置三、常见伺服报警信息第四章故障及恢复一、限位报警1、由于操作人员的错误操作，可能导致导轨运动过程中超出正常运动范围，为防止导轨因超出运动行程而产生碰撞，造成机械结构的损伤，在导轨两侧有效行程外均安装有行程开关，行程开关的作用就是对导轨的运动进行限位。11行程开关内部连线为24V常闭连接，如果运动导轨碰到行程开关，行程开关会由常闭状态变为常开状态，产生限位信号，通过输入信号线的连接，PLC控制系统接收到后会产生限位报警信息，显示在触摸屏上，并控制此轴导轨驱动器因此停止工作，运动导轨也会也此停止运动。2、所有导轨限位开关的24V输入端均为公共端，当公共线断开后，触摸屏会出现所有轴都出现限位报警的现象。二、伺服驱动器报警当伺服驱动器工作时出现意外情况，会产生伺服驱动器报警，并停止脉冲输出，所在轴导轨也会因此停止工作。第五章附件一、单台码垛机器人主要零部件清单1、机械部分机器人定位系统（X轴、Y轴、旋转轴），清单如下：名称规格型号数量制造商/供应商Z轴定位单元EGT40，总长8701套德国BAHRX轴定位单元QLZ60，总长1580-91套德国BAHRQLZ60，总长1580-01套德国BAHRY轴定位单元ELZ，总长12901套德国BAHR电缆拖链及安装支架3套中国电机安装附件3套中国2、控制系统，电器系统，清单如下：名称规格型号数量产地控制器三菱PLC扩展单元HMI伺服1套日本电控柜电控柜1台中国电控柜附件空开/接触器/电线等一套中国