基于PLC的除渣机械手控制系统.pdf

机械研 究与应用 制造 业 信 息 化 基 于 P L C的除渣机械 手控 制 系统 叶红 ， 韩俊平 武汉软件工程职业 学院， 湖北 武汉4 3 0 2 0 5 摘要 以实现铝铸零部件的 自动浇注生产为 目标 ， 研 究开发 了基 于 P L C为技 术的 除渣机械 手控制 系统 。除渣机械 手控制 系统能够和上位机控制 系统进行通信， 从而保证整个 自动浇注生产线在预定的生产流程控制下进行 生产 。 关键词 除渣机械手 ； 控制 系统； 自动浇注 中图分类号 T P 2 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 4 4 1 4 2 0 1 0 0 2一 O l l 5一 O 2 S l a g m a n i pu l a t o r c o nt r o l s y s t e m ba s e d o n PLC Ye Ho n g ，Ha n J u np i n g W u h a n v o c a t i o n a l c o l l e g e o fs o f t w a r e a n d e n g i n e e r i n g，W u h a nH u b e i 4 3 0 2 0 5 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ，a i mi n g a t a u t o ma t i c c a s t i n g p r o d u c t i o n o f a l u mi n u m c ast i n g p a r t s a n d c o mp o n e n t s ，S l a g ma n i p u l a t o r c o n t r o l s y s t e m b ase d o n P L C i s r e s e a r c h e d a n d d e v e l o p e d ．S l a g ma n i p u l a t o r c o n t r o l s y s t e m c a ll c o mmu n i c a t e w i t h P C c o n t r o l s y s t e m a n d c a n e s u ／ e t h e a u t o ma t i c c a s t i n g p r o d u c t i o n l i n e w o r k u n d e r t h e c o n t r o l o f t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s ． Ke y wo r d s s l ag ma n i p ula t o r ；c o n t r o l s y s t e m；a u t o ma t i c c a s t i n g 1 自动浇 注机 自动浇注机生产线是用于生产汽车铝铸零部件 的专用设备 ， 该生产线实现了全 自动化的管理 。设备 由以下七部分组成， 如图 1 所示。 八台浇铸机 位于 转盘的旋转均布 转盘 产品存储器 浇铸机械手 为 浇铸机获取铝液 自动扒渣机械 手 去除废渣 铝池 图 1 生产线布局图 1 生产线转盘 将浇铸机按一定的浇铸周期旋 转到铝池正前方 ， 依靠 浇铸机械手获 取铝液 ， 用 于浇 铸机 的生产工作。 2 浇铸机 将 铝液浇铸到 生产零 部件 的模具 中， 待转盘将该浇铸机旋转到产品储存器位置时， 将 零部件储存到产 品储存器中。 3 浇铸机械手 从铝池中勺取铝液 ， 并将铝液 浇铸 手每台浇铸机中。 4 除渣机械手 用于炉池表 面除废渣 ， 待转盘 完成一次生产周期后 ， 除渣机械手将浮在铝液上方的 氧化膜扒除调。 5 铝池 用于铝液的存放 。 6 保温炉 将原料铝块加热到一定温度将其融 化 ， 并维持铝的液体状态。 7 产品储存器 用于存放浇铸件。 2 除渣机械手 除渣机械手主要 由以下部分 组成 水平 移动机 构 、 垂直升降机构、 支撑框架 以及刮板机构 。除渣机 械手用于炉池表面除渣 ， 可以定时推刮液体金属表面 的氧化物 。在正常运行情况下 ， 每汲取金属液体一定 次数 ， 除渣设备就会进行一次扒渣循环 ⋯。如图2所 示是除渣机械手的三维模型。如 图 3所示标示 了刮 板除渣的路径 。 图2 除渣机械手三维模型 收稿 日期 2 0 1 00 31 2 作者简介 叶红 1 9 6 0 一 ， 女， 湖北武汉人， 讲师， 研究方向 机械设计及理论。 图 3 除渣机械手动作路径 1 l 5 制堵业信息化 机械研究与应用 1 各位置点介绍见图3 位置 1 X方向初始位 置 为保温炉上方等待位置 ； 位置2 方向中点位 置 ； 位置 3 方向终点位置 ； 位置 4 z方 向下 限点位 置 ； 位置 5 z方向中点位置 铝液上方约 3 e m处 。 2 具体的除渣动作流程1 由初始位置出 发 ， 迅速到达 方 向终点位置 ； 3 - 4 刮板迅速下降 ， 当探针传感器接触到铝液表面时， 表明刮板已经下降 到位 ； 4 刮板从右向左慢速行进 ， 进行扒渣； 5 2 刮板除渣完成 ， 向上提起 ； 2 l 回到初始位置 ， 完成 一 次除渣动作。 向自动浇注机发出准备完成信号， 当自动浇注机 发出除渣指令后， 机械手开始动作， 完成除渣动作后， 向自动浇注机发出动作完成信号。 3 控 制系统 总体方案 根据浇注机生产线的具体生产要求分析， 自动除 渣机械手需要实现以下功能。 1 上位机发出除渣命令在上位机 浇注机 生产线控制系统 发出除渣命令信号后， 除渣机械手 立即响应命令信息。 2 完成 自动除渣动作根据 浇注机生产线的 生产效率要求 ， 在规定的时间内完成 自动除渣动作。 3 通知上位机 除渣动作完成 当 自动除渣动 作完成后。 通知上位机除渣动作已经完成， 这样上位 机才能控制生产线继续进行生产。 4 脱机运行功能除渣机械手在出现故障时， 设备必须具备脱离上位机。 5 手动扒渣功能设备在运行调试及维修时， 操作人员须手动运行除渣机械手 J 。 6 安全保护功 能 由于扒渣机械手和浇铸机 械手在运行轨迹上有重合 ， 如果两机械手同时动作则 可能造成重大生产事故， 因此在设计除渣机械手时应 考虑安全保护功能。 4 控 制系统硬件设计 如图 4所示 ， 除渣机械手控制系统选用的是西门 子公司的 s 7 2 0 0 P L C， 该型号 P L C有 l 4路输入、 1 0 路输出端口 】 。为了便于操作人员操作除渣机械 手 ， 设计中将四个功能开关组成的操作面板和控制电 柜分开。操作面板上的开关功能如下。 1 脱 联机开关 单刀单掷开关， 脱机状态 时， 自动扒渣机械手不接受上位机自 动运行命令。连 机状态 时 ， 自动扒 渣机 械手 接受 上位 机 自动运 行 命令。 2 手动／ 自动开关 单刀单掷开关， 手动状态 时， 自动扒渣机械手的上下左右依靠按钮来实现。自 动状态时 ， 自动扒渣机械手的动作 由程序控制 自动 完成。 1 1 6 3 方向左／ 右开关 单刀双掷开关控制 自动 扒渣机械手 方向上的左右移动。 4 z方向上／ 下开关 单刀双掷开关控制 自动 扒渣机械手 z方向上的上下升降。 控制柜是控制系统的核心 ， 内部是电气强电弱电 器件 ， 要求安全可靠。控制柜面板是用来显示控制系 统运行状态和输入控制信息 的操作人员与控制系统 的接 口[ 引。 方 向3 i 程开关传 Z方向2 i 程开关传 z方向 ￡ 面探针传 西 门 子 P LC c P U 2 2 4 S 7 - 2 0 0 耋 上位机控制柜 负责转盘、浇铸机、 奠} _ 4 萎 皇 士 变 频 器 广 ] 爹 鼍 t 勰嚣 L - J 至 t 士 变 频 器 r 1 爹 鼍 控制柜面板指示灯z 1 个电源指示灯白色 1 个自动运行指示灯蓝色 1 个运 行 括 示 灯 缦 色 图4 控制系统总体设计示意图 5 控 制系统软件设计要求 要求具有脱机和联机两种工作方式， 自动和手动 两种控制模式 ， 其要求如下 在脱机工作方式下 ， 自动 浇注机的浇勺不可以来炉中取铝液， 以免发生机械碰 撞。在手动模式下 ， 可实现对机械手的左右、 上下点 动控制操作。在 自动模式下 ， 机械手 自动复位 ， 复位 完成后 ， 开始执行除渣动作 J 。 在联机工作方式下， 只存在 自动工作模式， 此时 机械手 自动复位 ， 复位完成后 ， 向自动浇注机发 出准 备完成信号 ， 当自动浇注机发 出除渣指令后， 机械手 开始动作 ， 完成除渣动作后 ， 向 自动浇注机发 出动作 完成信号。 6 控 制系统 P L C与上位机通信 整个生产线在预定 的生产流程控制下进行工业 生产 ， 该生产线中旋转转盘、 浇铸机、 浇铸机械手是 由 上位机控制系统控制， 为了能按预定的生产流程工 作， 除渣机械手控制系统必须和上位机控制系统通 信， 即能接受上位机下达的自动运行控制命令以及能 通知上位机控制系统 自 动循环工作已经完成。 接受命令 上位机控制系统下达 自动循环命令 后， L 4 、 L 5 两端得电， 继电器 J D l 得电， 其触点 J D I 一 1 、 J D 1 2闭合， 自动循环指示灯兰灯亮 ， 自动扒渣机 械手控制系统 P L C输入联络信号 1入 I 1 ． O N 3 7 口。 下转第 1 1 8页 制值业信息化 机械研究与应用 思路为 采用草图建立图形 一对草图进行约束 一旋转 或拉伸建立模型。建立 的轴承外圈草图如图3所示 ， 轴承内圈草图如图4所示。 图3 轴承外圈草图 图4 轴承内圈草图 3 ． 3 生成实体 三个草图进行旋转后 ， 对三个实体进行合并模型 就基本形成。滚动体的个数采用下列公式计算 mc e o l p i O D 2D 3 ／ 2 5 ／ 2 R 21 1 C E I L是向下取整 函数。将滚动体进行阵列就完 成模型建立。 3 ． 4 建立自定义参数库 进入部件族命令， 依次将 B 、 D l 、 D 2 、 D 3 、 D 4 、 R 1 添加到参数序列 。然后确定进入 E x c e l 表格 ， 在 E x e e l 表格中输入深沟球轴 G B ／ T 2 7 61 9 9 4 的参数就 完成了参数库的建立 。滚动轴承零件库将一些关键 参数输入后形成一个参数化体系。这个体系就是利 用 E x c e l 体现的， 将 U G的模型建立和E x c e l 的数据 处理结合起来了 。 对于参数库 中的内容可 以根据要求进行添加。 在装配中我们就不必重复建立深沟球轴承的模型。 只 要调用零件族 ， 选择代号就可以自动更新模型， 这大 大减少 了模型建立所需 的时间 引。 可 以 在装 建立 要调 图6所示就可 以 自动 更新 模型 ， 这大大减少了建模所图6 滚动轴承调用结果 需 的时间 。 4 结语 三维参数化设计是一种适合通用件设计的一种 方法 ， 笔者给出了使用 U G和 E x c e l 进行设计的思路 ， 对一般的机械零件设计提供 了一种具有参考意义 的 方法 。 参考文献 [ 1 ] 衰蔚， 陈拂晓， 郭俊卿． 二次开发 U G中标准件库的建立[ J ] ． 河南科技大学学报自然科学版。 2 0 0 5 5 4 5 4 7 ． [ 2 ] 范元勋． U G一次开发工具的使用[ J ] ． 机械制造及其自动化， 2 0 0 2 6 7 0 7 2 ． [ 3 ] 吴家洲 ， 吴波 ， 杨叔子． U G软件的二次 开发 [ J ] ． 精 密制造 与 自动化 ， 2 0 0 2 1 1 5 1 6 ． [ 4 ] 邓敬东． U G标准件库开发实例教程[ M】 ． 北京 清华大学出版 社 ． 2 0 0 7 ． 上接第 1 1 6页 应答命令 当除渣机械手完成了自动循环命令 后， 需要通知上位机控制系统。当自动循环动作完成 后需要应答时 ， 除渣机械手控制系统 P L C输出端 口 Q o ． 6 输出信号， 继电器J D 2 得电， 其相应的继电器触 点 J D 2一l 闭合 ， L 6、 L 7两段闭合， 上位机控制系统获 得信息， 知道 自动循环动作完成， 继续后面的生产 控制。 7 结语 介绍 了基于 P L C技术 的除渣机械手控制系统 ， 该系统具有可视化操作界面， 操作简便， 提高 了生产 1 l 8 效率。 参考文献 [ 1 ] 廖常初． P L C基础及应用[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 吴石增． 机电一体化系统的计算机控制技术[ M ] ． 北京 中国电 力 出版社 ． 1 9 9 8 ． [ 3 ] 钟肇新． 可编程控制器原理及应用[ M ] ． 广州 华南理工大学出 版社， 2 0 0 2 ． [ 4 ] 王兆义． 可编程序控制器教程[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 o 5 ． [ 5 ] 王永华． 现代电气及可编程技术[ M] ． 北京 北京航空航天大学 出版社 ， 2 0 0 2 ．