基于PLC的RV減速機實驗臺系統的設計與實現

黃賢振

摘 要：減速機是工業機械臂重要的核心零部件，它的主要作用是把機械臂中交流電機高轉速、低扭矩的輸出轉換成低轉速、大扭矩的輸出。一般大負載的情況下通常選用RV減速機。本文中通過設計基于PLC控制技術模擬工業機械臂的肘關節，驗證多段速情況下減速機實際輸出曲線。該實驗臺以PLC為核心控制器，通過變頻器控制實現交流電機的多端速，通過模擬量模塊檢測交流電機工作過程中的實時轉速，通過張力控制器模擬機械臂工作的負載。

關鍵詞：RV減速機；PLC；人機交互界面；模擬量

隨著機器人產業的發展，工業機器人作為最為重要的一個分支，近年來取得長足的進步。其中減速機是最為核心的關鍵技術，減速機中應用最為廣泛的有諧波減速機和RV減速機。其中諧波減速機具有傳動速比大、傳動精度高等優點，但是容易產生交變應力，造成疲勞破環，散熱條件差。RV扭矩大、承受過載能力高、傳動效率高，較為廣泛的應用在機械臂中。

1 硬件組成

1.1 硬件系統組成

使用PLC作為核心控制器，PLC通過編寫的程序控制變頻器實現交流電機的多端速運行，交流電機的輸出轉速可以通過模擬量模塊進行實時的檢測監控，張力控制器通過控制電流的大小調整磁粉的輸出實現模擬負載的效果。同時試驗臺系統中的所有變量都可以通過人機界面進行監控、調整。

1.2 系統硬件的選擇

1.2.1 PLC

PLC的選擇主要要考慮機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊。本文試驗臺，所需要輸出點5，輸入點用觸摸屏仿真處理所以輸入點不做要求，同時需要需用4通道的模擬量模塊監控交流電機的轉速。綜上分析PLC控制器選用西門子S7-200系列CPU-222（AC/DC/RLY）。

1.2.2人機界面

選用昆侖通泰的MCGS觸摸屏來作為試驗臺的人機交互界面。利用觸摸屏來控制系統的啟動、停止、多端速的選擇、轉速曲線監控、報警數據的存儲等功能。使操作更加的方便，并節省PLC的輸入點的應用。

2 控制系統組成

2.1 PLC內部寄存器分配及I/O分布表

2.2 PLC程序設計

1）將變頻器的模擬量信號采集到PLC，應用EM232的模擬量借口采集到模擬量信號存儲到AIW0存儲器。

2）多段速調速方法。通過控制Q0.0 Q0.1 Q0.2三個輸出端子的通斷狀態，實現變頻器的7段調速。

3 系統調試

操作界面主要由：數據顯示、實時報警、實時曲線、數據報表、參數設定、密碼設置等界面組成。實時曲線畫面可以實時的反饋電機轉速的信息，觀察電機的速度曲線，如圖3所示。

4 實踐與經驗

本試驗臺中應用廉價的交流電機替代了昂貴的伺服電機，應用PLC控制器替代了工業機器人的核心控制器，利用張力控制器模擬負載，真實的模擬了機械臂工作情況。為檢測RV減速機的生產質量以及研究RV減速的工作性能提供了有力的輔助工具。

基金項目：天津市智能制造科技重大專項（15ZXZNGX00260）