第3章-工业机器人直流供电电路ppt课件.pptx
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1、LOGO机械职业教育教学指导委员会推荐教材机械职业教育教学指导委员会推荐教材全国高等职业教育全国高等职业教育“十二五十二五”规划教材规划教材全国工业机器人技能培养系列精品教材全国工业机器人技能培养系列精品教材工业机器人工业机器人电气控制与维修电气控制与维修(ISBN 978-7-121-29476-1ISBN 978-7-121-29476-1)邢美峰邢美峰 主主 编编卢彦林卢彦林 李伟娟李伟娟 副主编副主编第第3章章 工业机器人直流供电电路工业机器人直流供电电路3.1IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准13.2开关电源23.3与PLC连接的低压电器33.1.1 IPC单元介绍单元介
2、绍 IPC是是HSR-JR608工业机器人的核心控制单元,工业机器人的核心控制单元,其主要功能是控制各个轴的协调运动,完成机器人运动轨其主要功能是控制各个轴的协调运动,完成机器人运动轨迹控制要求。它的供电电源接口名称是迹控制要求。它的供电电源接口名称是POWER,额定工,额定工作电压为作电压为DC24V其接口如下图。为其接口如下图。为IPC供电的开关电源供电的开关电源输出功率不应小于输出功率不应小于50W。 3.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准v POWER:24V 电源接口;电源接口;v PORT0 3:NCUC 总线接口;总线接口; v U
3、SB0:外部:外部 USB1.1接口;接口; v RS232:内部使用的串口;:内部使用的串口; v VGA:内部使用的视频信号口;:内部使用的视频信号口; v USB1&USB2:内部使用的:内部使用的 USB2.0接口;接口; v LAN:外部标准以太网接口:外部标准以太网接口3.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准现场总线现场总线(Field bus)是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线,它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经
4、济实用等一系列突出的优点,因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。它是一种工业数据总线,是自动化领域中底层数据通信网络。简单说,现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输,是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。数控系统现场总线技术联盟(NC Union of China Field Bus )3.1.2可编程序控制器(可编程序控制器(PLC)单元)单元 可编程序控制器是可编程序控制器是HSR-JR608工业机器人工业机器人的核心控制单元,它主要完成开关量的控制工作,的核心控制单元,它主要完成开关量的控制工作,用于接收外部开关量控制命
5、令,通过内部程序运用于接收外部开关量控制命令,通过内部程序运算,再进行对外输出,控制继电器、电磁阀等输算,再进行对外输出,控制继电器、电磁阀等输出器件。例如控制工业机器人的启动与停止,控出器件。例如控制工业机器人的启动与停止,控制各个关节轴抱闸的抱紧与释放,手指关节对物制各个关节轴抱闸的抱紧与释放,手指关节对物体的抓持与松开等。体的抓持与松开等。3.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准1PLC的接口的接口 HSR-JR608工业机器人的工业机器人的PLC单元采单元采用的是总线式用的是总线式I/O,它由,它由PLC底板、通讯模块、底板、通讯模块、开关
6、量输入模块、开关量输入模块和模拟量输入开关量输入模块、开关量输入模块和模拟量输入/输出模块组成。其中输出模块组成。其中PLC底板、通讯模块、是底板、通讯模块、是必选模块,开关量输入模块、开关量输入模块和必选模块,开关量输入模块、开关量输入模块和模拟量输入模拟量输入/输出模块则可以根据实际控制需求输出模块则可以根据实际控制需求进行选择配置,但最多可扩展进行选择配置,但最多可扩展 16 个个I/O 单元。单元。 采用不同的底板子模块可以组建两种采用不同的底板子模块可以组建两种 I/O 单元,其中单元,其中HIO-1009 型底板子模块可提型底板子模块可提供供1 个通讯子模块插槽和个通讯子模块插槽和
7、8 个功能子模块插槽,个功能子模块插槽,3.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准 组建的组建的I/O单元称为单元称为HIO-1000A 型总线式型总线式I/O 单元;单元;HIO-1006 型底板子模块可提供型底板子模块可提供1 个通讯个通讯子模块插槽和子模块插槽和5 个功能子模块插槽,组建的个功能子模块插槽,组建的I/O 单单元称为元称为HIO-1000B 型总线式型总线式I/O 单元;单元; 开关量输入开关量输入/输出子模块提供输出子模块提供16 路开关量输路开关量输入或输出信号,开关量输入子模块入或输出信号,开关量输入子模块 有有NPN、PN
8、P 两种接口可。两种接口可。NPN型接口叫做低电平有效接口,型接口叫做低电平有效接口,PNP接口叫做高电平有效接口。模拟量输入接口叫做高电平有效接口。模拟量输入/输出输出子模块子模块-提供提供4 通道通道A/D 信号和信号和4 通道的通道的D/A 信号;具体接口名称、型号与说明见表信号;具体接口名称、型号与说明见表3-1所示,所示,PLC结构示意图见图结构示意图见图3-2所示。所示。3.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准3.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准图图3-2 PLC结构示意图结构示意图3.
9、1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准2PLC通讯子模块功能及接口通讯子模块功能及接口 PLC通讯子模块通讯子模块(HIO-1061)负责完成通讯功能并提供负责完成通讯功能并提供电源输入接口。其功能及接口示意图如图电源输入接口。其功能及接口示意图如图3-3所示。所示。X1接口:总线式接口:总线式I/O单元的工作电源接口,需要外部提供单元的工作电源接口,需要外部提供DC24V电源,电源输出功率应不小于电源,电源输出功率应不小于50W。 由通讯子模块引入的电源为总线式由通讯子模块引入的电源为总线式I/O单元的工作电源,单元的工作电源,该电源最好与输入该电
10、源最好与输入/输出子模块涉及的外部电路(即输出子模块涉及的外部电路(即PLC 电路,电路,如无触点开关、行程开关、继电器等)分别采用不同的开关电如无触点开关、行程开关、继电器等)分别采用不同的开关电源,后者称源,后者称PLC电路电源。电路电源。X2A/X2B接口:接口:NCUC总线接口,用于在控制系统内构成总线接口,用于在控制系统内构成NCUC总线。总线。3.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准 图图3-3 PLC通讯子模块功能及接口示意图通讯子模块功能及接口示意图3.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标
11、准3.PLC开关量输入开关量输入/输出子模块功能及接口输出子模块功能及接口 (1)PLC开关量输入子模块功能及相关接口开关量输入子模块功能及相关接口W1 开关量输入接口电路采用光电耦合电路开关量输入接口电路采用光电耦合电路,将限位开关将限位开关,手动开关等现场输入设备的控制信号转换成手动开关等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受所能接受和受理的数字信号。和受理的数字信号。 开关量输入子模块包括开关量输入子模块包括NPN 型型 (HIO-1011N)和和PNP 型型(HIO-1011P)两种,它们的区别在于:两种,它们的区别在于:NPN 型为低电平有效,型为低电平有效,PNP 型为高电平(
12、型为高电平(+24V)有效。每)有效。每个开关量输入子模块提供个开关量输入子模块提供16 个点的开关量信号输入,输个点的开关量信号输入,输入点的名称是入点的名称是Xm.n,其中,其中X代表输入模块,代表输入模块,m代表字节代表字节号,号,n代表代表m字节内的位地址。字节内的位地址。GND为接地端,用于提供为接地端,用于提供标准电位。标准电位。 3.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准图图3-4 PLC输入接口示意图输入接口示意图 图图3-5 PLC输出接口示意图输出接口示意图 3.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源
13、接口与供电标准3-6 低电平有效电路连接示意图低电平有效电路连接示意图N24N24 /5.8-HIO-1011N-HIO-1011N/8.1X0.00.55mm2X0.0X4-1X0.10.55mm2X0.1X4-2X0.20.55mm2X0.2X4-3X0.30.55mm2X0.3X4-4X0.40.55mm2X0.4X4-5X0.50.55mm2X0.5X4-6X0.60.55mm2X0.6X4-7X0.70.55mm2X0.7X4-80.55mm20702N24N24 /8.1示教器急停示教器急停X0.0/12.21112急停按钮急停按钮-S20.55mm213140.55mm21314
14、复位复位-S3伺服使能伺服使能-S40.55mm2GND07020705070707080.55mm23.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准图图3-7 高电平有效电路连接示意图高电平有效电路连接示意图P24P24 /5.8-HIO-1011P-HIO-1011P/8.1X0.00.55mm2X0.0X4-1X0.10.55mm2X0.1X4-2X0.20.55mm2X0.2X4-3X0.30.55mm2X0.3X4-4X0.40.55mm2X0.4X4-5X0.50.55mm2X0.5X4-6X0.60.55mm2X0.6X4-7X0.70.55
15、mm2X0.7X4-80.55mm20702P24P24 /8.1示教器急停示教器急停X0.0/12.21112急停按钮急停按钮-S20.55mm213140.55mm21314复位复位-S3伺服使能伺服使能-S40.55mm2GND07020705070707080.55mm23.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准v(2)开关量输出子模块功能及相关接口)开关量输出子模块功能及相关接口v 开关量输出接口将开关量输出接口将PLC的运算结果对外输的运算结果对外输出,控制继电器、电磁阀等执行元件。开关量输出,控制继电器、电磁阀等执行元件。开关量输出子模
16、块出子模块(HIO-1021N)为为NPN 型,有效输出型,有效输出为低电平,否则输出为高阻状态,每个开关量输为低电平,否则输出为高阻状态,每个开关量输出子模块提供出子模块提供16 个点的开关量信号输出,输出个点的开关量信号输出,输出点的名称是点的名称是Ym.n,其中,其中Y代表输入模块,代表输入模块,m代代表字节号,表字节号,n代表代表m字节内的位地址。字节内的位地址。GND为接为接地端,用于提供标准电位。地端,用于提供标准电位。v 输入输入/输出子模块输出子模块GND 端子应该与端子应该与PLC 电路电源的电源地可靠连接;电路电源的电源地可靠连接;3.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接
17、口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准v3.1.3示教器单元示教器单元v 示教器单元主要用于操作者与机器人交换示教器单元主要用于操作者与机器人交换信息,操作者通过示教器发布控制命令,机器人信息,操作者通过示教器发布控制命令,机器人的运行情况通过示教器显示。的运行情况通过示教器显示。v 示教器的线路连接主要包括三部分内容,示教器的线路连接主要包括三部分内容,及示教器的供电电源的连接、示教器与及示教器的供电电源的连接、示教器与IPC的通的通信、和示教器与信、和示教器与PLC单元的信号连接。单元的信号连接。3.1 IPC、PLC单元与示教器的电源接口与供电标准单元与示教器的电源接口与供电标准
18、开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调脉冲宽度调制制(PWM)控制)控制IC和和MOSFET构成。随着电构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种
19、电是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。源方式。 3.2 开关电源开关电源 开关电源开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通照明、工控设备、通讯设备、电力设备、讯设备、电力设备、仪器仪表仪器仪表、医疗设备、半导、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器,器,LED灯具灯具,通讯设备,视听产品,安防,通讯设备,视听产品,安防监控监控,LED灯袋,灯袋,电脑机箱电脑机箱,数码产品和仪器类等领域。,数码产品和仪器类等领域。3.2 开关电源
20、开关电源图图3-8 开关电源结构示意图开关电源结构示意图v3.2.1开关电源的结构开关电源的结构v开关电源大致由主电路、控制电路、检测电路、开关电源大致由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成,开关电源结构示意图见辅助电源四大部份组成,开关电源结构示意图见图图3-8。3.2 开关电源开关电源1主电路主电路 冲击电流限幅:冲击电流限幅:限制接通电源瞬间输入侧的限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。冲击电流。 输入滤波器:输入滤波器:其作用是过滤电网存在的杂波其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波及阻碍本机产生的杂波 反馈回电网。反馈回电网。 整流与滤波:整流与滤波:将电网交流电源直
21、接整流为较平将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。滑的直流电。 逆变:逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分。是高频开关电源的核心部分。 输出整流与滤波:输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。靠的直流电源。3.2 开关电源开关电源2控制电路控制电路 一方面从输出端取样,与设定值进行比较,然后一方面从输出端取样,与设定值进行比较,然后去控制逆变器,改变其脉宽或脉频,使输出稳定,去控制逆变器,改变其脉宽或脉频,使输出稳定,另一方面,根据测试电路提供的数据经保护电路鉴另一方面,根据测试电路提供的数据
22、经保护电路鉴别,提供控制电路对电源进行各种保护措施。别,提供控制电路对电源进行各种保护措施。3检测电路检测电路 提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。数据。3.2 开关电源开关电源3.2.2选择开关电源注意事项选择开关电源注意事项1选用合适的输入电压规格;选用合适的输入电压规格;2选择合适的功率。为了使电源的寿命增长,可选择合适的功率。为了使电源的寿命增长,可选用多选用多30%输出功率额定的机种。输出功率额定的机种。3考虑负载特性。如果负载是马达、灯泡或电容考虑负载特性。如果负载是马达、灯泡或电容性负载,当开机瞬间时电流较大,应选用合适电性负
23、载,当开机瞬间时电流较大,应选用合适电源以免过载。如果负载是马达时应考虑停机时电源以免过载。如果负载是马达时应考虑停机时电压倒灌。压倒灌。4此外尚需考虑电源的工作环境温度,及有无额此外尚需考虑电源的工作环境温度,及有无额外的辅助散热设备,在过高的环温电源需减额输外的辅助散热设备,在过高的环温电源需减额输出。环温对输出功率的减额曲线。出。环温对输出功率的减额曲线。3.2 开关电源开关电源5根据应用所需选择各项功能:根据应用所需选择各项功能: 保护功能:保护功能:过电压保护(过电压保护(OVP)、过温度保护)、过温度保护 (OTP)、过负载保护()、过负载保护(OLP)等。)等。 应用功能:应用功
24、能:信号功能(供电正常、供电失信号功能(供电正常、供电失效)效) 、遥控功能、遥测功能、并联功能等。、遥控功能、遥测功能、并联功能等。 特殊功能:特殊功能:功因矫正(功因矫正(PFC)、不断电)、不断电(UPS)6选择所需符合的安规及电磁兼容(选择所需符合的安规及电磁兼容(EMC)认证。)认证。3.2 开关电源开关电源3.2.3使用开关电源之注意事项使用开关电源之注意事项1使用电源前,先确定输入输出电压规格与所用使用电源前,先确定输入输出电压规格与所用电源的标称值是否相符;电源的标称值是否相符;2通电之前,检查输入输出的引线是否连接正确,通电之前,检查输入输出的引线是否连接正确,以免损坏用户设
25、备;以免损坏用户设备;3检查安装是否牢固,安装螺丝与电源板器件有检查安装是否牢固,安装螺丝与电源板器件有无接触,测量外壳与输入、输出的绝缘电阻,以无接触,测量外壳与输入、输出的绝缘电阻,以免触电;免触电;3.2 开关电源开关电源4为保证使用的安全性和减少干扰,请确保接地为保证使用的安全性和减少干扰,请确保接地端可靠接地;端可靠接地;5多路输出的电源一般分主、辅输出,主输出特多路输出的电源一般分主、辅输出,主输出特性优于辅输出,一般情况下输出电流大的为主输性优于辅输出,一般情况下输出电流大的为主输出。出。6电源频繁开关将会影响其寿命;电源频繁开关将会影响其寿命;7工作环境及带载程度也会影响其寿命
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