基于PLC的敷布机吊带机械手的设计.pdf

2 0 1 4年 5月 第4 2卷 第 9期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I C S Ma y 2 0 1 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 9 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1～3 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 9 ． 0 1 6 基于 P L C的敷布机吊带机械手的设计 单根立，蒋立坤 ，张栩俊 ，刘遥臻 河北科技大学机械工程 学院，河北石 家庄 0 5 0 0 8 1 摘要介绍一种基于 P L C控制的自动纫线机械手 ，设计纫线机械手的机械结构和气动系统，并给出P L C控制系统的设 计。该系统应用于桥梁、巷道防水布的生产，具有稳定可靠的性能，提高了生产效率。 关键词P L C ；机械手；气动系统 中图分类号T P 2 7 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 9 0 5 92 De s i g n o f t he Sl i ng M a n i p ul a t o r f o r De po s i t e d Cl o t h M a c h i ne Ba s e d o n PLC ． S HA N G e n l i ．J I A N G L i k u n 。Z H A N G X u j l l n ，L I U Y a o z h e n S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，H e b e i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， S h i j i a z h u a n g He b e i 0 5 0 0 8 1。C h i n a Ab s t r a c t A k i n d o f a u t o ma t i c s e w i n g ma n i p u l a t o r b a s e d 0 1 1 P L C c o n t r o l t h e o r y wa s i n t r o d u c e d ．T h e ma n i p u l a t o r s s t r u c t u r e a n d t h e p n e u ma t i c s y s t e m we r e d e s i g n e d a s we l l a s t h e P L C c o n t r o l s y s t e m． T h e s y s t e m w a s a p p l i e d i n p r o d u c t i o n o f w a t e r p r o o f c l o t h w i t h t a b l e a n d r e l i a b l e p e rf o r ma n c e ． T h e e f f i c i e n c y i s i mp mv e d ． ‘ Ke y wo r d s P L C； Ma n i p u l a t o r ； P n e u ma t i c s y s t e m 防水布是一种新型建筑材料，广泛应用于公路、 铁路 、建筑 、水利 、农业等领域 。防水布按其加工和 生产 的方法不 同，分为机 织防水 布和非 织造 防水布 。 非织造防水布因其性能优异、加工简单、成本低廉等 特 点 ，已成 为当今世界防水布发展 的主要方 向。防水 布以非织造布作为载体 ，采用土工非织造布与塑性薄 膜 P V C ，P U 复合而成的防渗性建材，通过涂层 加工或者通过浸渍 、组合 、层叠、层压加工技术，或 者上述任意 2种 或以上加工技术在某种程度 的 交叉结合所得到的材料，最终形成防水布。在桥梁、 隧道、铁路建设中，需将防水布固定在预制件中，防 水布多采用2层或 3层粘合而成，只有在无纺布中先 打孔穿线，然后通过与塑性薄膜 P V C ，P U复合 粘结而成 ，才能实现防水性 。 到目前为止，国内多数企业采用手工穿孔形式， 不仅耗费 了大量人 力 ，生 产效率低下 ，而且手工穿孔 还导致预留在防水布外的线头参差不齐等诸多问题。 近年来，随着工业机械化和自动化的发展以及气动技 术 自身的一些优点，机械手已经广泛应用在生产 自动 化的各个行业 ，尤其是在各种 自动化生产线上得到广 泛应用。因此利用机械手对无纺布进行穿孔将大大提 高生产、使用效率。 1 机械手结构和工作原理 机械手 由剪刀架 、气缸、动夹、定 夹、无杆气 缸、线轴 、纫针组成 ，如图 1 所示。 1 一剪 刀 架 1 0 2 一气 缸 3 一 定夹 9 4 _ 无杆 气缸 5 一 穿线 针 8 ． 6 _ _ 二级 气缸 7 一 一级 气缸 8 ． 动夹 6 9 _ I 滑 套 5 1 线 辊 l l ～ 线 4 图 1 敷布机吊带机械手结构示意图 机械手 工作过 程如下 1 系统得 电工作后，定夹 3处 于夹紧状态 ， 气缸伸出推动动夹 8将线夹紧，使得线处于张紧状 态 。 2 气缸推动剪刀架 1伸 出，一 级气缸伸出， 使线进入穿线针 5导向槽内。 3 剪刀夹将线剪断同时定夹 3松开，二级气 缸伸 出。 4 二级气 缸缩 回，一 级 气缸 同时缩 回，无 杆 气缸通过滑套带动动夹下行，将线拉到位，定夹夹 紧，动夹回到顶部 ，准备下一个循环。 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 0 4 作者简介单根立 1 9 6 4 一 ，男 ，硕士，教授，主要从事液压 、气动技术方面 的科研和教学工作。Em a i l j a f o 5 8 1 1 2 6． c o rn。 6 0 机床与液压 第4 2卷 2 气动控制系统设计 通过对吊带机械手机构的设计及工作原理的分 析，设计了气动控制系统。其气动控制回路如图2所 示，由气源、气动三联件、电磁阀、节流阀、气缸组 成。气源工作压力最小 0 ． 6 M P a ，最大 0 ． 8 MP a 。 气缸换向通过二位五通电磁换向阀控制 ；其中为保证 拉线无杆气缸平稳运行 ，拉线无杆缸 回路采用单 向节 流 阀来控制气缸伸 缩速度。 1 一 分 水滤 气器2 一减 压 阀3 一 油雾器4 一 二位 五通 电磁 换 向 阀 5 一 定夹 缸6 一 穿 线一 级气 缸7 一 动夹 缸8 一 穿线 二 级气 缸 9 一 剪 刀夹 气缸l 0 一 拉 线无 杆 缸l l 一 单 向节流 阀 图 2 机械手气动控制 回路 图 3 P L C控制 系统设计 3 ． 1 控 制 系统 总体 方案 如图3所示，系统采用 P L C控制，需要同时控 制 4套机械手上下运动进行穿线动作，为了达到机械 手的精确定位及对布的同步追踪，采用伺服电机进行 控制。另外 ，为实现快速平稳控制电机启停，设计出 步进电机的速度 控制 步骤及 相关 算 法 ，通过 A ／ D转 换器将电压换算为电机速度，实现了对伺服电机升降 速度的控制。电机通过同步齿形带带动齿轮齿条从而 带动机械手沿直线导轨上下往复运动。而机械手穿 线 、拉线及剪断部分全部采用气动控制 ，同时为 了方 便操作人员对设备的实时监控及操作，采用了触摸屏 进行人 机对话 将十分直观。 图3 机械手控制系统框架图 系统工作模式分为全 自动模式 、手动模式 在全 自动模式下 ，机械手每隔 1 0 S 完成一次穿线，不停 往复；在手动模式下 ，机械手输入的手动按键命令做 单个方向动作。 3 ． 2 P L C控 制 系统 的设计 P L C I ／ 0地址分配见表 1 ，由 P L C控制电磁阀的 通断实现机械手在各 自由度的运动。该系统核心是采 用 P L C为中央 处理 单元 ，输入 点有 7个 点 ，输 出点 有 8 个点。输入点分别有信号采集与模式选择 2种方 式，线接头识别传感器与 P L C的扩展模块 A ／ D转换 器相 连 ，由接头检 测 4部分组成 。模式选择分别 由 自 动、手动、停止3部分组成 ，另增设手动状态下行程 开关 ，作调试或检修过程的控制开关。 表 1 P L C I ／ O地址 分配表 传感器接头检测一 传感器接头检测二 传感器接头检测三 传感器接头检测 四 下一次工作起始位置 总停止开关信号 总启动开关信号 伺 服电机脉冲输 出 伺服电机转向 穿线一级气缸开关 穿线二级气缸 开关 剪刀架气缸开关 动夹气缸开关 定夹气缸开关 拉线气缸开关 4结束语 通过机械、电气和 P L C控制系统的综合设计， 敷布机 吊带机械手可 以广泛应 用于 防水 布 自动 穿线 。 跟 以往手动穿孔纫线相 比，机械手更灵活 ，穿孔效率 高，减少劳动力，为企业节约 了生产成本。实践表 明，该系统可以快速、准确地对控制要求作出反应 ， 具有可靠性高 、灵活性强、稳定性好的优点，而且大 大提高 了生产效率 。 参考文献 [ 1 ]罗庚兴， 宁玉珊． 气动安装机械手的 P L C控制[ J ] ． 制造 业 自动化 ， 2 0 1 1 ， 3 3 1 8 2 8 4 ． [ 2 ]周鸿杰， 骆敏舟， 李涛 ， 等． 基于 P L C的工业取料机械手 系统设计[ J ] ． 工业仪表与自动化装置， 2 0 1 0 3 5 0 5 2． [ 3 ]刘伟军． 基于 P L C的工件 自动分选装置设计 [ J ] ． 传感 器检测系统 ， 2 0 1 0 2 5 2～ 5 5 ． [ 4 ]马俊峰， 唐立平． 基于 P L C的顺序步进式控制系统设计 研究[ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 1 2 8 5 8 6 1 ． [ 5 ]路甬祥． 液压气动技术手册[ M] ． 北京 机械工业 出版 社 ， 2 0 0 2 ． [ 6 ]丁时锋 ， 李清香． 一种 P L C控制的气动送卸料机的设计 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 2 4 7 8 7 9 ． [ 7 ]戴振华， 谢怀鹏 ， 戴孟， 等． P L C控制的气动翻压套机械 手[ J ] ． 机床与液压， 1 9 9 9 2 6 9 7 0 ． [ 8 ]张国政， 刘有余． P L C控制的多工序气动夹具设计 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 1 2 ， 4 0 1 0 4 0 4 3 ． Ⅷ Ⅵ Ⅲ Ⅲ啪 O 1 2 3 4 6 7 X X X X X X X