基于PLC控制的气动机械手.pdf

第2 期 总第1 3 2 期 N o - 2 S U M N o ． 1 3 2 机 械 管 理 开 发 MANAGEME NT AND DEVE L OP MlENT 2 01 3 年 4月 Ap r ． 2 01 3 基于 P L C控制的气动机械手 王新 ， 张庆 良 1 ． 中海油能源发展股份有 限公 司 油 田建设工 程分公 司 L NG项 目组 ， 天津3 0 0 4 5 7 ； 2 ． 邯郸职业技术学院 机电系， 河北邯郸0 5 6 0 0 5 摘要 介绍了一种采用P L C控制的气动机械手的结构、 动作要求； 给出了气动机械手的气动回路及其工作原理， 分析了工作流程 ， 进行 了P L C 控制系统的1 ／ 13 端 口分配， 设计相应的硬件。机械手的动作顺序和动作速度可根据客 户要 求而作相应调整 。 适 应于工作 环境。 关键词 P L C ； 气动机械手 ； 气缸 中图分类号 T H1 3 8 文献标识码 B 文章编号1 0 0 3 7 7 3 X 2 0 1 3 0 2 -一 0 1 1 1 - 1- 0 2 0引 言 在汽车 、 拖拉机零件制造过程中， 经常会遇到将工 件从一工位移到另一工位的情况。由于工作台或传送 带 的位 置相对 固定 ， 因 而最 合适 的方法为使 用机械 手。使用电机驱动或液压驱动时， 虽然位置精度很高， 但 由于系统刚度过大 ， 可能会对操作人员造成伤害而 限制 了其在人机环境下的应用 。从工业发展上看 ， 2 0 世纪 7 0 年代 ， 液压元件与气动元件的产值 比为 9 1 ， 而 3 0 年后 ， 在欧美 、 13本经济发达区域 ， 该产值 已经达到 6 4 ， 甚至为5 5 t” 。由于气动元件的传动机构简单 、 污 染小、 工作速度快、 动作频率高， 因而在 自动化生产线 上得 以广泛应用 。就气 动机械 手的控制 而言 ， 应用 P L C P r o g r a mm a b l e L g i c C o n t r o l l e r ， 可 编程 逻辑 控制 器 控制时， 具有编程简单、 可靠性强的特点， 本文提出 了一种基于 P L C的气动机械手。 1 气动机械手机构设计 气动机械手机构和动 作示意图如图 1 所示 。工 件在井式工件库中依靠 自 重作用下行 ， 工件库上的 工件检测开关检测到有工 件后 ， 推料气缸 5 的活塞 杆伸 出， 将工件 由工作台7 推出。机械手的手臂和手 1 一 夹紧气缸； 2 ～ 伸缩气缸； 3 一 井式 工件库； 4 一 摆动气缸； 5 一 推料气缸； 6 一 升降气缸； 7 一 工作台； 8 一 机座； 9 一 传送带 图 1 气动机械手机构示意 爪的的运动如下 手臂伸 出一 手臂下降一气动手爪夹 紧一手臂缩 回一手臂上升一手臂右摆一手臂伸出一手 臂下降一气动手爪松开一手臂缩回一手臂上升一手臂 左 摆返 回原位。机械手等待下个工件到位后 ， 重复上 述过程。 对气动机械手的控制要求为 如果井式工件库中 无工件时， 则系统保持于原位 ； 操作过程 中出现异常情 况时， 按下复位按钮后， 无论手臂或各气缸处于何种位 置， 均可使系统 自动恢复原位； 操作时； 如果需要立刻 停下， 按下停止按钮后 ， 则系统停止当前位置， 再次按 下启动按钮后， 则系统从当前位置开始工作。 2 气动系统设计 机械手的气动回路如图2 所示 。 4 6 1 1 l Y 1 t 熬 童 l 一 摆动气 缸 ； 2 - 升降气缸 ； 3 - 夹 紧气缸 ； 4 一 推料 气缸 ； 5 - 伸缩气 缸； 6 ～ 1 O 一 单向节流阀； 1 1 ～ 1 5 - 一 双电控二位五通阀； 1 6 -。 2 O ～ 排气消 声器； 2 1 一 气源； 2 2 一 精密过滤器； 2 3 一 减压阀； 2 4 - 一 压力表 图2 机械手气动回路图 气动机械手使用的摆动气缸和其他动作气缸可完 成原来 由液压缸和机械构件完成的动作 ， 气动系统使 用集成式阀板 ， 可将 5 个双电控二位五通阀联系起来 ， 通过实行集中供气和放气 ， 减少 了系统 占据的空间 ， 提 高了气动系统工作的稳定性。 气动系统使用的 5 个双电控 二位 五通 阀， 用于控 制各气缸动作 ， 由于阀体断 电后 ， 可保持原位不 动 ， 有 效地避免了在动作过程中由于突然断电而对机械手造 成的损伤。设置单向节流阀以调节气缸动作时的速度 和稳定性 。如果想变更气动机 械手上各气缸 的动作 顺序， 无需对硬件改动， 只要变动程序即可； 并且对于 气动机械手的动作快慢 ， 只需改变单 向节流阀的气量 即可 。 3 气动机械手控制系统 根据设计 的特点及动作要求可知 需要 1 4 个输入 端子包含 l O 个行程开关信号输入， 启动、 复位、 停止的 3 个信号输人 ， 1 个工件检测信号输入 ； 需要 l 0 个输出 端子 ， 即5 个气缸的电控信号输 出。根据输人 、 输 出端 子的数量 ， 设计采用有 1 6 个输入端 口和 l 6 个输出端 口 的F X 一 3 2 MR可编程逻辑控制器 ， P L C 控制系统的 I ／ O 端 口编号对照表如表 1 所示 ， 对应 的P L C控制系统硬 件接线如图3 所示 。 收稿 日期 i 2 0 1 2 ．一 1 2 1 1 作者简介 王新 1 9 7 7 一 ， 男， 河北泊头人 ， 助理 工程 师 ， 学士 ， 主要 研 究方向 为机 电一体化 。E 一 ．ma i l z h a n g q i n g l i a n g 2 0 0 1 1 6 3 ．x 3 o m． 1 1 1 第 2 期 总第 1 3 2 期 机 械 管 理 开 发 表 1 P L C的 I／ O端口编号对照表 输入信号 输出信号 名称 端 口 功能 名称 端 口 功能 S B 0 X0 启动按 钮 l Yl Y 0 推料推 出 B l X1 推料推 出 l Y 2 Yl 推料缩 回 B 2 X 2 推料缩 回 2 Yl Y2 手臂伸 出 B 3 X3 手臂伸 出 2 Y2 Y3 手臂缩 回 B 4 X 4 手臂缩回 3 Yl Y4 向右摆动 B 5 X 5 向右摆动 3 Y2 Y5 向左摆动 B 6 X 6 向左摆动 4 Y1 Y6 手臂上升 B 7 X 7 手臂上升 4 Y 2 Y 7 手臂下降 B 8 Xl O 手臂下降 5 Yl Y1 O 手爪夹 紧 B 9 X1 1 手爪夹紧 5 Y2 Y1 1 手爪松 开 B l O Xl 2 手爪松开 C Xl 3 工件检测 S B 1 Xl 4 复位按钮 S B 2 X1 5 停止按钮 设备操作简单易学 ， 对员工的技术要求较低。如 果遇到异常情况 ， 只需按下复位按钮 ， 系统即可 回原 图3 P L C控 制系统 硬件接线图 位 。之 后 人 工 将 工 件 取 走 、 或将 问题解决后 ， 系统 可重新启动。如果想变动 系统的动作顺序 ， 例如改 变手臂升降和伸缩 的先后 次序 ， 对程 序重新 编程 即 可加以使用 ， 适应了实际工作需要。 4 结束语 采用P L C 控制的气动机械手用于汽车、 拖拉机制 造厂 中不同工位间零部件运送 ， 给出了气动机械手结 构示意及气动回路 ， 进行了I ／ O端 口地址及 P L C硬件系 统设计。其原理简单 ， 控制方便 ， 可靠性高 ， 对于实际 工作有参考意义。 参考文献 [ 1 】 陶湘厅， 袁锐波， 罗璩． 气动机械手的应用现状及发展前景 『 J 1 ．机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 8 2 2 6 2 2 8 ． 【 2 1 杜玉红， 李修仁． 生产组装单元气动搬运机械手的设计【 J 1 ． 液 压与气动， 2 0 0 6 5 1 6 1 8 ． P n e u ma t i c M a n i p u l a t o r Ba s e d o n PLC Co n t r o l W A NG X i n 。 ． Z H ANG Qi n g - l i a n g 1 ． L N G P r o j e c t T e a m， O i l fi e l d C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g C o ． ， C N O O C E n e r g y T e c h n o l o g y＆S e r v i c e s ， T i a n j i n 3 0 0 4 5 7 ， C h i n a ； 2 ． Me c h a t r o n i c s De p a r t me n t ， Ha n d a n P o l y t e c h n i c C o l l e g e ， Ha n d a n 0 5 6 0 0 5 ， C h i n a 1 Ab s t r a c t T h e s t r u c t u r e ， mo v e me n t d e ma n d o f a p n e u ma t i c ma n i p u l a t o r u s i n g P L C c o n t r o l w a s i n t r o d u c e d ． T h e p n e u ma t i c c i r c u i t a n d i t s wo r k i n g p r i n c i p l e o f p e n u ma t i c ma n i p u l a t o r w e r e p r o v i d e d ． I t s wo r k fl o w wa s a n a l y z e d a n d t h e i n l e t a n d o u t l e t o f P L C c o n t r o l s y s t e m we r e a p - p o r t i o n e d ． T h e r e l a t i v e h a r d w a r e w a s d e s i g n e d ． T h e mo v e m e n t s e q u e n c e a n d w o r k i n g s p e e d c o u l d b e a d j u s t e d a c c o r d i n g t o t h e d e m a n d s o f t h e c l i e n t s ， s u i t i n g f o r t h e wo k i n g e n v i r o n me n t ． Ke y wo r d s P L C； P n e u ma t i c Ma n i p u l a t o r ； C y l i n d e r 上接 第 1 1 0页 2 ． 2设 计 思路 1 单击“ 插入一混合一伸出项” ， 以混合实体的特 征创建零件的基本造型 ， 如 图3 a 。2 拉伸切 口的特 征创建零件的圆孔及方形孔 ； 并且倒 圆角修饰零件 ， 如 图 3 b 。3 用壳工具 、 拔模形成 ， 如图3 c 所示 。4 单 击“ 插入一扫描一 伸出项” 以扫描特征或唇特征作出边 缘 ， 如图3 d 。5 以拉伸切 口的方式完成整个 图形的 设计 ， 如图3 e 。 3 结束语 三维建模的实践操作， 可以刺激大脑捕捉形体特 征的敏感度 ， 激发创新意识 ， 增强空间构思能力 ， 并 以 建模形式连续 、 动态表现思维 ， 如此反复训练 ， 积累了 大量形体 ， 同时也巩固了制图基础， 提高了学习兴趣， 培养了创新思维能力； 同时也将抽象的传统思维时代 引向可触摸 、 动态 、 实时的变革时代 ， 实现 “ 只要想得 到， 就能做得到” 的新思维映像 。 参考文献 【 l 1 林清安． 零件设计应用实例【 M1 ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 09． [ 2 】 丁淑辉． P r o ／ E n g i n e e r Wi l d fi r e 5 ．0 高级设计与实践【 M] ． 北京 清华大学出版社，2 0 1 0 ． [ 3 ] 王文波． P r o ／ E Wi l d fi r e 4 ． 0二次开发实例解析【 M】 ． 北京 清 华大学出版社， 2 0 1 0 ． 【 4 】 周四新． P r o ／ E n g i n e e r Wi l d fi r e 3 ． 0 高级设计【 M】 ． 北京 电子 工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． I n n o v a t i o n Th i n k i n g Gu i d e Ba s e d o n t h e 3 D M o d e l i n g S o f t wa r e XUE Ai - we n ， MA Ke - h a i ， YANG Xi a o - x i n g T a i y u a n 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 ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ， C h i n a Ab s t r a c t U s i n g 3 D mo d e l i n g s o f t w a r e i n t h e c o mp u t e r s i m u l a t e d r e c o n s t r u c t i o n o f s p a t i a l o b j e c t o r s c e n e ， t h e s p a t i a l o b j e c t s o r s c e n e s f e a - t u r e i n f o r ma t i o n v i s u a l i z a t i o n ， t o u c h ， d y n a mi c ， r e a l - t i me c h a n g e ， c h a n g e t h e a b s t r a c t t h i n k i n g i s t h e p e r c e p t u a l ， a c c e s s i b l e ， p r o mo t e t h e t h i n k i n g for m c h a n g e ． Ke y wo r d s t h r e e - d i me n s i o n a l mo d e l i n g ； t h i n k i n g for m； c h a n g e ． 1 1 2