工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)運維技術(shù) 課件 3任務(wù)二 工業(yè)機(jī)器人GTC-RC800控制系統(tǒng)的組成

任務(wù)二工業(yè)機(jī)器人GTC-RC800控制系統(tǒng)的組成2024年1月公司簡介CATALOGUE一學(xué)習(xí)目標(biāo)公司簡介CATALOGUE目錄二工作任務(wù)三實踐操作四問題探究五知識拓展六評價反饋七練習(xí)題1．掌握運動控制器端口的定義和功能應(yīng)用。2．了解工業(yè)機(jī)器人運動控制器含義。3．了解工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)驅(qū)動器端口定義和功能。一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

二、工作任務(wù)1．掌握運動控制器端口的定義和功能并進(jìn)行線路連接。2．掌握伺服電機(jī)驅(qū)動器端口定義和功能并進(jìn)行線路連接。3．根據(jù)安全電路板功能應(yīng)用進(jìn)行故障排除。三、實踐操作-知識儲備電路保護(hù)：電路保護(hù)主要是保護(hù)電子電路中的元器件和設(shè)備在受到過壓、過流、浪涌、電磁干擾等情況下不受損壞，同樣為了防止電路中導(dǎo)線或電器設(shè)備過載，需要在每個用電設(shè)備的電路中安裝電路保護(hù)裝置。常見的電路保護(hù)：過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過熱保護(hù)和缺相保護(hù)。常見的電路保護(hù)裝置有：漏電保護(hù)器、熔斷器、電磁脫扣器、斷路器、隔離開關(guān)和接觸器等。三、實踐操作-GTC-RC800GTC-RC800多軸嵌入式控制器工業(yè)機(jī)器人運動控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定的動作或作業(yè)任務(wù)的裝置。GTC-RC800多軸嵌入式控制器序號名稱參數(shù)1CPU1.66GHz2VGA接口200MHz3eHMI接口IO擴(kuò)展信號4USB接口2路5LAN接口2路，100M6RS232接口1路，DB9公頭7軸接口8軸脈沖/模擬量控制8IO20路數(shù)字輸出，16路數(shù)字輸入，4路模擬量輸入，4路模擬量輸出，4路PWM輸出9額定電源DC24V±10%10額定電流3A11工作溫度0-55℃12CE工業(yè)3級三、實踐操作-GTC-RC8001.運動控制器電源接口（P1）機(jī)器人運動控制器正常運行需要兩個DC24V電源，一個是內(nèi)部電源，給控制器供電，接“+24”和“0V”；另一個是外部電源，供外部I/O使用，接“IOGND”和“IO24V”。2.通用數(shù)字量輸出及其他信號輸出接口（P2及P3）運動控制器提供20路通用數(shù)字量輸出（DO0~DO19），輸出類型為集電極開路，低電平有效。每一路輸出有對應(yīng)LED指示燈，指示當(dāng)前輸出端子的工作狀態(tài)，當(dāng)LED亮起表示有信號輸出，LED熄滅表示沒有輸出。三、實踐操作-GTC-RC8003.通用數(shù)字量輸入及公共端接口（P4及P5）運動控制器提供16路通用數(shù)字量輸入（DI0~DI15），輸入類型為集電極開路，高電平有效。每一路輸入有對應(yīng)LED指示燈，指示當(dāng)前輸入端口的工作狀態(tài)，當(dāng)LED亮起表示有信號輸入，LED熄滅表示沒有輸入。4.通用模擬量輸入及輸出接口（P6）

運動控制器提供4路通用模擬量輸入（AI0~AI3），4路通用模擬量輸出（AO0~AO3），2路公共端類型為集電極開路，高電平有效。三、實踐操作-GTC-RC8005.通信接口通信總線接口（CAN）屬于現(xiàn)場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。RS485通信接口（圖3-21）采用差分信號負(fù)邏輯，RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制是全雙工通信方式，兩線制是半雙工通信方式。通信總線接口RS485通信接口三、實踐操作-GTC-RC8006.手輪輸入接口（MPG）運動控制器提供手輪輸入接口，外殼上標(biāo)識為MPG。手輪接口可接收A相、B相信號和7個通用輸入信號。7.軸信號接口（AXIS1~AXIS8）運動控制器提供8個軸信號的連接（AXIS1~AXIS8）MPG內(nèi)部電路圖和外部接口三、實踐操作-GTC-RC8008.指示燈運動控制器提供8個軸信號的連接（AXIS1~AXIS8）的指示燈，如圖3-24所示，指示當(dāng)前輸出軸的工作狀態(tài)，LED亮起表示有信號輸出，LED熄滅表示沒有輸出；當(dāng)運動控制器正常運行時，RUN指示燈正常亮綠燈。軸信號接口軸信號接口內(nèi)部電路三、實踐操作-GTC-RC8009.專用通信接口運動控制器提供一個專用通信接口，通常以太網(wǎng)的IP地址設(shè)置為。10.RS232通信接口運動控制器提供一個9針插口的RS232串行通信接口，如圖3-26所示，點對點連接，一個串口只能連接一個外設(shè)，另一端接到伺服驅(qū)動器的C7接口。三、實踐操作-GTC-RC80011.USB接口運動控制器提供兩個USB接口，如圖3-27所示，可以進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳輸；USB是一種多點、高速的連接方式，采用集線器能實現(xiàn)更多的連接。USB外設(shè)能自動進(jìn)行設(shè)置，支持即插即用與熱插拔。12.以太網(wǎng)通信接口（LAN）運動控制器提供兩個以太網(wǎng)通信接口。三、實踐操作-GTC-RC80013.鼠標(biāo)、鍵盤接口（KM&MS）運動控制器提供新型的鼠標(biāo)、鍵盤接口。14.VGA接口VGA接口是顯卡上輸出模擬信號的接口，也是D-Sub接口，是一種D型接口，上邊共有15針空，分成三排，每排5個，。15.千兆網(wǎng)人機(jī)界面接口（eHMI）eHMI是千兆網(wǎng)人機(jī)界面接口，連接機(jī)器人示教器的通信接口。三、實踐操作-GTHDGTHD伺服驅(qū)動器GTHD伺服驅(qū)動器是用來控制伺服電動機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流電動機(jī)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電動機(jī)進(jìn)行控制，實現(xiàn)高精度的定位系統(tǒng)。1—旋轉(zhuǎn)按鈕2—數(shù)碼管3—STO安全轉(zhuǎn)矩禁止接口

4—電機(jī)動力線接口5—電機(jī)動力線再生電阻接口6—電機(jī)動力線接地7—編碼器反饋線接口8—電機(jī)抱閘輸入接口

9—控制器IO、基準(zhǔn)電壓、脈沖和方向輸入10—RS-232，串行通信接口

11—菊花鏈，串接伺服驅(qū)動器三、實踐操作-GTHD1.單相交流伺服驅(qū)動器項目規(guī)格參數(shù)額定輸入電路電源（L1，L2）額定電壓AC120±10%或AC240±10%頻率50Hz/60HzAC120或AC240（V）1相連續(xù)電流（1phA有效值）5A線路保險（FRN-R，LPN或等效）10A耐受電壓（對地）AC1500V（DC2121V）控制電路輸入電源（L1C，L2C）AC120V±10%或AC240V±10%1相邏輯輸入保險（延時）AC120或AC240V0.5ASTO（安全轉(zhuǎn)矩切斷）STO電源DC24V±10%STO保險（延時）AC120或者AC240V1.5A電動機(jī)輸出（U/V/W）連續(xù)輸出電流有效值3A連續(xù)輸出電流峰值4.24APWM頻率16kHz軟件啟動最大軟件啟動飆升電流7A最大充電時間350ms控制電路電源損耗功率5w連接硬件PE接地螺母尺寸/轉(zhuǎn)矩M4/1.35N·m電壓跳閘欠電壓跳閘（額定值）DC100V過電壓跳閘DC420V外部再生電阻（B1+，B2）外部并聯(lián)穩(wěn)壓器峰值電流12.7A最小電阻31.5Ω額定功率取決于系統(tǒng)應(yīng)用信息內(nèi)部總線電容660uF再生回路關(guān)閉（VLOW）DC380V再生回路打開DC400V單相伺服驅(qū)動器參數(shù)三、實踐操作-GTHD2.連接控制器I/O（C2）按照數(shù)字/模擬量的輸入和輸出控制要求接線，未使用的引腳必須懸空。為了保持?jǐn)?shù)字I/O的隔離，DC24V電源連接到引腳19，如圖所示。DC24V電源的回路連接到引腳1，引腳還有作為輸出的接地路徑的功能?？刂破鱅/O接口三、實踐操作-GTHD3.抱閘輸入（C3）按照應(yīng)用需求來連接數(shù)字/模擬量的輸入和輸出接口，未使用的引腳必須懸空。為了保持?jǐn)?shù)字I/O的隔離，連接DC24V電源到引腳9，如圖3-34所示。連接的DC24V電源的回路連接到引腳19，引腳還有作為輸出的接地路徑的功能。AP型號：DC24V電源和回路可通過控制器I/O接口（C2）或抱閘輸入（C3）進(jìn)行連接，但沒有必要把兩個接口都連接。抱閘輸入接口三、實踐操作-GTHD4.電動機(jī)反饋（C4）電動機(jī)反饋接口的接線由在應(yīng)用中所使用的反饋裝置類型確定，電動機(jī)反饋接口如右圖。引腳1、2、14和15具有雙重功能；引腳25為電動機(jī)溫度傳感器接口，另一端連接到伺服驅(qū)動器的內(nèi)部地，未使用的引腳必須懸空。5.菊花鏈（C8）

伺服驅(qū)動器通過菊花鏈連接的RS232線路進(jìn)行尋址和控制，菊花鏈接口如左圖所示。在菊花鏈RS232配置中，所有驅(qū)動器必須通過C8連接器進(jìn)行菊花鏈連接。每個驅(qū)動器必須擁有唯一的地址，以便在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行識別。三、實踐操作-GTHD5.伺服驅(qū)動器地址伺服驅(qū)動器前端面板上有兩個檔位旋轉(zhuǎn)開關(guān)，用于設(shè)定CAN和串行通信的驅(qū)動器地址，6.STO--P1連接口安全轉(zhuǎn)矩切斷（STO）是一種安全功能，可以防止驅(qū)動器傳輸能量給電機(jī)產(chǎn)生扭矩，STO使能和STO返回，必須連接到伺服驅(qū)動器的使能操作，使能電壓必須是24V直流電，返回必須接地。三、實踐操作-GTHD6.伺服驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)地址開關(guān)7.STO（P1）連接口引腳引腳標(biāo)簽功能1PE功能地（電機(jī)殼）2U電機(jī)U相3V電機(jī)V相4W電機(jī)W相引腳引腳標(biāo)簽功能1B1+DC母線+2B2再生母線-3L1AC相14L2AC相25L1C邏輯AC相16L2C邏輯AC零線電機(jī)接口交流輸入電壓接口伺服驅(qū)動器前端面板上有兩個檔位旋轉(zhuǎn)開關(guān)，用于設(shè)定CAN和串行通信的驅(qū)動器地址。當(dāng)菊花鏈或CAN總線網(wǎng)絡(luò)上的驅(qū)動器多于一個時，每個驅(qū)動器都需確定唯一的地址作為網(wǎng)絡(luò)上的標(biāo)識。安全轉(zhuǎn)矩切斷（STO）是一種安全功能，可以防止驅(qū)動器傳輸能量給電動機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，STO接口。STO使能和STO返回，必須連接到伺服驅(qū)動器的使能操作，使能電壓必須是DC24V，返回必須接地。三、實踐操作-安全電路板安全電路板安全電路板是工業(yè)機(jī)器人電路元件保護(hù)的核心部分，一方面可以保護(hù)伺服驅(qū)動器因過電流而損壞，又能防止因電動機(jī)過載造成電樞繞組短路。其內(nèi)部由多個直流繼電器組成，通過對輸入/輸出信號采樣，控制伺服電動機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和抱閘。同時安全電路板上裝有輸入/輸出信號指示燈，通過對信號燈狀態(tài)的觀察可以初步確認(rèn)系統(tǒng)是否正常工作。安全電路板結(jié)構(gòu)圖三、實踐操作-安全電路板雙回路急停原理圖浪涌吸收器示意圖1.安全電路板各部分功能2.安全電路板的急停使用設(shè)備有電柜急停按鈕和示教器急停按鈕，外部急停默認(rèn)短接。安全電路板采用雙回路急停設(shè)計，具有很高的安全性。注意：所有感性負(fù)載（如繼電器線圈、電磁閥、電磁接觸器線圈等）應(yīng)配備浪涌吸收器件來防止浪涌，在浪涌吸收器件負(fù)載上并聯(lián)二極管時，務(wù)必注意二極管的極性。三、實踐操作-安全電路板3.驅(qū)動器報警和電機(jī)開抱閘電路驅(qū)動器報警過程：當(dāng)驅(qū)動器發(fā)出報警，報警信號由高電平變?yōu)榈碗娖?，并在報警過程中一直保持低電平，進(jìn)而觸發(fā)安全電路板報警電路，此時安全電路板上的對應(yīng)的報警指示燈點亮，并將報警信號傳輸給運動控制器。驅(qū)動器報警示意圖電動機(jī)開抱閘：伺服驅(qū)動器上電后，當(dāng)電控柜上使能開關(guān)處于關(guān)閉的狀態(tài)時，驅(qū)動器發(fā)出開抱閘信號（KB1~KB6），此信號為低電平有效，觸發(fā)抱閘電路接通，電動機(jī)抱閘打開，以防止電動機(jī)的誤動作和抖動。三、實踐操作-安全電路板3.系統(tǒng)正常工作時安全電路板上各個指示燈的狀態(tài)在給伺服上電前，區(qū)域1、2電源指示燈常亮，區(qū)域5的四個大繼電器的指示燈最右側(cè)的主電指示燈不亮，左邊的三個指示燈都常亮，區(qū)域3中側(cè)單個小繼電器的指示燈常亮，其余各區(qū)域的指示燈都不亮。電柜伺服上電后，區(qū)域5最右側(cè)的主電指示燈會亮，示教器伺服上電后區(qū)域4左側(cè)的抱閘控制繼電器的指示燈也會亮，此時表示各軸電動機(jī)抱閘已經(jīng)打開，電動機(jī)可以開始運行。驅(qū)動器報警示意圖四、問題探究工作原理：電動機(jī)接通電源，同時電磁抱閘線圈也得電，銜鐵吸合，克服彈簧的拉力使制動器的閘瓦與閘輪分開，電動機(jī)正常運轉(zhuǎn)。斷開開關(guān)或接觸器，電動機(jī)失電，同時電磁抱閘線圈也失電，銜鐵在彈簧拉力作用下與鐵芯分開，并使制動器的閘瓦緊緊抱住閘輪，電動機(jī)被制動而停轉(zhuǎn)。什么是電磁抱閘制動？結(jié)構(gòu)：電磁抱閘的結(jié)構(gòu)主要由制動電磁鐵和閘瓦制動器部兩分組成。制動電磁鐵由鐵心、銜鐵和線圈三部分組成。閘瓦制動器包括閘輪、閘瓦和彈簧等，閘輪與電動機(jī)裝在同一根轉(zhuǎn)軸上。四、問題探究什么是PWM？定義：脈沖寬度調(diào)制（PWM），是英文“PulseWidthModulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中?；驹恚和ㄟ^改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比來調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。通過調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。四、問題探究為什么使用總線通信？如果將各部件和每一種外圍設(shè)備都分別用一組線路與CPU直接連接，那么連線將會錯綜復(fù)雜，甚至難以實現(xiàn)。采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴(kuò)充，尤其制定了統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)則容易使不同設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)。微機(jī)總線內(nèi)部總線：微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線系統(tǒng)總線：微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線外部總線：微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線五、知識拓展

計算機(jī)可編程自動化控制器（CPAC）

CPAC是一個將計算機(jī)、運動控制、邏輯控制、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)和人機(jī)組態(tài)結(jié)合在一起的工業(yè)裝備控制的軟硬件開發(fā)平臺，包括可選擇的嵌入式運動控制器、I/O模塊、人機(jī)界面等硬件和OtoStudio軟件開發(fā)環(huán)境。CPAC平臺的開發(fā)環(huán)境—OtoStudio符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，提供6種編程語言即結(jié)構(gòu)文本（ST）、指令表（IL）、順序流程圖（SFC）、功能框圖（FBD）、梯形圖（LD）、連續(xù)功能編輯器（CFC），可滿足不同語言習(xí)慣的用戶需求。OtoStudio支持文本化和圖形化混合編程，用戶可以用結(jié)構(gòu)文本做復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算和運動控制，同時用梯形圖實現(xiàn)邏輯控制和過程控制。

CPAC平臺可用于開發(fā)多種控制系統(tǒng)，包括機(jī)器人系統(tǒng)（GTC-RC800）、數(shù)控系統(tǒng)、包裝設(shè)備系統(tǒng)、點膠設(shè)備系統(tǒng)、檢測設(shè)備系統(tǒng)、非標(biāo)自動化設(shè)備系統(tǒng)等。系統(tǒng)架構(gòu)六、評價反饋基本素養(yǎng)（25分）序號評估內(nèi)容自評互評師評1紀(jì)律（無遲到、早退、曠課）（5分）

2安全規(guī)范操作（10分）

3團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、溝通能力（10分）

理論知識（25分）序號評估內(nèi)容自評互評師評1了解電路保護(hù)方式（5分）

1掌握工業(yè)機(jī)器人GTC-RC800控制器結(jié)構(gòu)（10分）

2掌握GTHD伺服驅(qū)動結(jié)構(gòu)組成（10分）

綜合評價

七、練習(xí)題一.填空題（1）常見的電路保護(hù)裝置有：漏電保護(hù)器、

、

、

、

和接觸器等。（2）GTC-RC800運動控制器中的通用數(shù)字量輸出類型為

，

有效。（3）GTC-RC800運動控制器中的數(shù)字量輸入類型為

，

有效。（4）總線接口—CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇，是一種有效支持

或

的串行通信網(wǎng)絡(luò)。（5）GTHD伺服驅(qū)動器一般是通過

、

和

三種方式對伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位。二.簡答題（1）設(shè)置伺服驅(qū)動器地址時需要注意哪些事項？（2）交流輸入電壓接入時的要求有哪些？（3）電磁抱閘制動的有特點哪些？（4）CPAC平臺可用于開發(fā)哪些控制系統(tǒng)？七、練習(xí)題（一）.填空題1）熔斷器、電磁脫扣器、斷路器、隔離開關(guān)2）集電極開路，低電平3）集電極開路，高電平4）分布式控制、實時控制5）位置、速度、力矩（二）.簡答題1.設(shè)置伺服驅(qū)動