基于PLC控制的搬运机械手的应用.pdf

第 2期 总第 1 4 7期 2 0 0 8年 4月 机 械 工 程 与 自 动 化 ME CHANI CAI ENGI NE ERI NG ＆ AUTOMATI ON No． 2 Ap r ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 8 0 2 0 1 5 6 0 2 基于 P L C控制的搬运机械手的应用 严纪兰，董 峰 ，李明亮 山东理工大学 ，山东 淄博 2 5 5 0 4 9 摘要 论述 了搬运机械手的功能、结构原理及软件设计 。结合大蒜根须切 除设备 中大蒜的搬运，详细介绍 了 P L C 的选择、I ／ O的分配 、P L C与器件 的逻辑电路连接及系统 的气动原理。 关键词 可编程控制器 ；机械手；气压 系统 中图分类号T P 2 4 1 2 文献标识码 A 0 引言 机械 手是工业 生产 中常用 的进行水 平和 垂直位 移 的机械设备 ，它的动作由气缸驱动，气缸又 由相应的 电磁 阀控制 。 控制 系统 如采用传统 的继 电器 接触控制 ， 机械触点多，接线复杂 ，因而控制装置体积很大 ，并 且故 障率 高 、可靠性 差 、动作 精确度低 。使用 P I C的 自动控制系统体积小、可靠性高、故障率低、动作精 度高，本文以大蒜根须切除设备中大蒜 的搬运传输为 例 ，介绍 如何利 用 P I C实现 自动化控 制 。 1 大蒜 搬运机械 手 的结构与 功能 大蒜搬运机械手是整个大蒜根须切除设备中的一 部分，搬运机械手 主要任务是将大蒜 由筛选站搬运到 加 工站 。 该机械手主要有伸缩臂 、升降臂、摆臂、抓取工 件、 放料等功能 ， 其动作顺序示意图见图 1 。 假设机械 手原点处于位置 点 初始位 ， 把大蒜从 B点搬到 C 点处加工。该机械手的工作方式有单步手动和自动单 周期 两种 ，在系统 上 电后按 下 “ 上 电 ”按 钮 ，在单步 手动工作 方式 下每按 一下“ 开始 ”按钮 ，机 械手按 程 序执行一步相应的动作， 可实现上升 、 下降、 伸臂、 缩 臂、左旋转臂、右旋转、夹紧、放料 8种操作 。在 自 动工作方式下机械手的动作顺序为伸臂一下降一夹 紧一上升一缩臂一右旋转臂一伸臂一下降一放料一上 升一缩臂一左旋转 回到初始位 ，按下开始按钮，机 械手 自动完成一个周期的动作后停止。当出现异常时 按下该站的 “ 急停”按钮 ，机械手会立刻停止运动。 1 一 升降气缸 ；2 - - 传感器 ；3 一伸缩 气缸 ；4 - 一旋转气缸 ；5 一夹紧装置 图 1 机 械 手 动 作 顺 序 示 意 图 2 搬运 机械手 的控 制要求 机械手的工作是由气缸驱动的，气缸由相应的电 磁阀控制 。机械手的主要动作归纳为机构的旋转、横 臂的伸缩、小臂的升降、央具 的央紧与松开 ，这 4个 收稿 日期2 0 0 7 0 9 1 o 修回 日期 ；2 0 0 7 1 1 1 8 作者简介；严纪兰 I 9 8 0 一 ， 女 ． 山东临沂人． 硕士研究生。 f 动作分别由 4个气缸来驱动，采用换向阀来实现动作 的交替变化 。 机械手的气动原理图见图 2 。其中 1 、2 、 3 、4缸分别为摆动气缸、水平伸缩气缸、垂直伸缩气 缸、央紧气缸，分别由三位五通 电磁 阀和二位三通电 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 8年第 2 期 严纪 兰，等 基 于 P L C控制的搬运机械 手的应用 1 5 7 磁阀控制气缸动作 ，电磁阀的得电状态由 P I C控制。 当 1 Y1得 电时 机 械 手 向左 旋 转 ，1 Y2得 电 时 向右 旋 转，2 YI得电时手臂收缩 ，2 Y2得电时手臂伸开。机 械手 的上升和下降 由单线 圈电磁 阀控 制，当电磁 阀 4 Y1 得电时机械手下降 ， 3 Y1 得电时松开工件 ， 3 Y2 得 电时夹紧工件 。 图 2 机械手 的气 动原理图 系统采用气压传动，此装置在设计时考虑了系统 调压 、调速、顺序动作 、缓冲以及安全问题。并且在 伸缩机构 、 升降机构碰到机械定位装置前要减速缓 冲， 手臂不会因 自重而下滑 ，夹紧可靠。当机械手旋转到 右极限位并准备下降时，为了确保安全 ，必须在加工 站无大蒜时机械手才能下降，所 以要用光电开关进行 无工 件检 测 。 3 P L C 的选择 及 I ／ o 接线 在选择 P I C时需考虑以下几点 1 输入 、输 出总点数控制在 2 5 6点以内。 2 基本单元和扩展单元内部装有电源 ，对扩展 模块供给 D C2 4 V 电源 ， 对特殊模块供给 D C5 V电源 ， 因此扩展模块和特殊模块的耗电量应控制在基本单元 及扩展单元的电源容量范围之内。 3 对于 F X 2 N， 基本单元 、 外接特殊单元、特殊 模块 的数量最多不超过 8台。 F X2 N一4 8 MR系 列 P I C 共 有 2 4点输 入 ，2 4点 输 出。此装置采用传感器检测位置信号，P I C控制其 动作顺序，其 1 ／ O接线 图见图 3 。 旋转左极限 旋转右极限 缩臂 伸臂 放料 上限位 下限位 开始 复位 特殊 手 ／自 单 ／联 停止 上电 一 x 0 0 Y 0 0 [ 一 x 0 1 Y 0 1 一 一 x 0 3 Y 0 2 []一 一 x 0 4 Y 0 3 [二]- 一 x 0 5 Y 0 4 亡二]一 一 x o 6 Y 0 5 [ x l 0 FX 2 N 一 4 8 M R Y 0 6 [ ] _ j xl 1 x 1 2 Y 1 0 卜 x1 3 j x 1 4 Y I I - ． x 1 5 一 x 1 6 c 0 iIl 日 厂√ o 一 叫卜 C 0 iIl 2 2 0 V 2 4 V 旋转至左极限 旋转至右极限 收臂 伸臂 放料 夹紧 下降 复位 灯闪 开始 灯闪 图 3 I ／ 0接 线图 4 P L C程序软件的设计 本程序应用三菱 S WOP C--F XGP ／ WI NC编程 软件在计算机上编程，根据需要可用梯形图逻辑编程 语言 I E D 、 功能块编程语 言 F E D 或语句表编程语 言 S TI 来编程 ， 这 3种编程语言之间可以相互转换 。 本文中采用梯形图编程 的方法 ，将梯形图程序输入到 计算机，用指定的电缆及转换器把计算机 的 R S 2 3 2 C 端 口与 P L C之间连接好，通过 “ 写出”操作将程序文 件传送 到 P L C用户存储器中就可 以对程序进行在线 调试。 用 GX S i mu l a t o r 6 --C P I C仿真软件在线调试 ， 调试时 ，梯形图上可仿真实际信号、元件 、设备的通 断 ，根据仿真结果可对软件或硬件中的错误、不足之 处进 行调 整 、改进 。该 站 P I C梯形 图见 图 4 。 O 2 4 1 8 H X O 0 2 } ； X Q 9 o X Q Q 2 X 0 0 5 卜 l X O1 O __ 栏 I__ j 2 l_ } X O O 4 T 1 X O 1 4 f I x o o 2 - ’ 0 X 0 01 - - 1 X O 0 3 -● 2 X O o 6 - 3 X O ,0 4 S E T M O R S T l5 O S F TL M 5 0 Ml 0 K 2 0 K1 TO K 5 T1 KI O MI 4 S E T M 5 9 6 M S O { c Y O 1 1 ■ c Y o1 o 卜 卜 C Y O1 M1 R S T Y o o 6 M 3 卜]一Yo o 0 M 6 f M1 0 Yo o1 M 9 一 _ r Yo o 2 M 2 I 一 J M 5 _ 『 Yo o 3 M I i I - J MI 3 ■ - - - r - - - - - - - - - ‘ Y0 0 4 Ml I 一 J M 8 _ Yo o 5 M7 _ 1 - Yo o 6 M 1 2 l 图 4梯 形 图 5 结 束语 该控制系统与其它控制系统相比，节省 了大量的 电气 元件，该机械手 的设计充分发挥 了气动技术 和 P 1 C技术的优势 ，较好地实现了机械手的规定动作 。 参考文献和英文摘要转第 1 6 O页 ∞昕 他 ∞跎 L晶 g } ％ ∞∞ ∞ 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 O 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 0 8 年第 2 期 耦输 出高电平 ，经 比较器进行 比较，输 出低电平，封 锁驱动信号。比较器的基准可调，以便调节缺相动作 阈值 。 同样 ， 电路稍加变动， 亦可用高电平封锁 P WM 信号 。 1 8 v 图 3 三相三线制电子 缺相保护 电路 图 4三相四线制电子缺 相保 护电路 3结束 语 三 相异步 电动 机的缺 相运行 ，是 引起 电动机损 坏 的主要原因，同时也直接影响到安全生产 ，因此对电 动机进行缺相保护是至关重要的问题 ，各生产部门可 以根据 自己的实际情况选择有效的缺相保护方案和缺 相保护器，以保证电动机的安全运行。 参考 文献 [ 1 ] 陈道舜 ． 电机学[ M] ． 北京 中国水 利水 电出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 朱耀 忠， 刘景林． 电机与 电力拖 动[ M] ． 北京 北京航空航 天大学出版社， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 李巍． 电动机 两相 运行 的防止方 法 口] ． 农村 电工， 1 9 9 9 2 1 0． [ 4 ] 王等趁 ， 雷 俊科． 三相异步电动机缺相运行分析及保护 电 路口] ． 西安 西安科技学院学报， 2 0 0 1 3 4 1 4 2 ． La c k- ph a s e Pr o t e c t i o n o f t h e Thr e e p h a s e As y nc h r 0 n 0 u s M o t o r LV Hui - f an g W u x i I n s t i t ut e 0f Ar t s Te c h n o l o gy W u x i 2 1 4 2 0 6 ， Chi n a Ab s t r ac t I n or de r t o i ns ur e e l e c t r i c m o t o r r unn i ng s a f e l y， a nd t o be i mmu ne t o b ur n- up whi l e l o s t i t s pha s e． be s i d e s o f ge ne r a l s a f e c ons i d e r at i o ns， s o me ot he r pr ot e c t i on s s h ou l d be t a k e n i nt o a c c ount s uc h a s l a c k- pha s e pr ot e c t i on， S O t h e r e s t of t hi s pa pe r wi l l d e pi c t wh y a n e l e c t r i c - mot or l o s t i t s pha s e an d h ow t o d e al wi t h t he pr ob l e m． Ke y wor ds l a c k- pha s e； l a c k p ha s e pr ot ec t i o n； e l e c t r i c mot or s mmmI，，， ，，I，，， ，II， ，■ II，，mI， mmm，，，， ，I，， I， ，，II ，lll ，，m，，lll I’I， I，，I I，， II，lll lm 上接 第 1 5 7 页 参考文献 [ 1 ] 杨存 智． P I C在 自动化生产机 械手 中的应 用[ J ] ． 机 床电 器， 2 0 0 6 1 3 8 4 0 ． [ 2 3 张州 ， 刘 光瑞 ， 杜大 军． 基 于 P L C控制 的气动机械手 系统 口] ． 机 电产品的开发 与创新 ， 2 0 0 4 1 7 2 5 2 7 ． [ 3 ] 宋 伯生． P L C编程理 论算法 及技巧[ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． Ap p l i c a t i o n o f t h e H a nd l i n g M a n i p u l a t o r Ba s e d o n PLC YAN J i - l a n， DONG Fe n g LI M i n g - l i a n g Sh a n d o n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y， Zi b o 2 5 5 04 9 ， Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r d is c u s s e s t h e h a n d l i n g ma n i p u l a t o r ’ S f u n c t io n， s t r u c t u r e a n d s o f t wa r e d e s i g n ． Ta k i n g t h e c o n v e y i n g me c h a n i s m f o r t h e d e v i c e o f c u t t i n g t h e g a r l i c f i b r e a s e x a mp l e ， d e s c r i b e s t h e c h o i c e o f PL C， t h e d i s t r i b u t i o n o f I ／ O， t h e c o n n e c t i o n o f P LC wi t h l o gi c c i r c ui t de vi c e s a nd t h e p ne uma t i c s y s t e m e t c ． Ke y wo r ds PLC； ma ni p ul a t or ； pne umat i c s y s t e m 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m