基于PLC的机械手控制系统设计.pdf

务l 訇 化 基于P L C 的机械手控制系统设计 Con t r oI s ys t em des i gn o f m an i pul at or b ased on PLC 关明’ ，周希伦 ，马立静’ ，宋蔚’ GU AN Mi n g ‘ ， Z H OU X i ． 1 u n ， MA L i - j i n g ， S ON G We i ’ 1 ． 中国矿业大学 机电工程学院，徐州 2 2 1 0 0 8 ；2 ． 中国矿业大学 信息与电气工程学院，徐州 2 2 1 0 0 8 摘要本文主要介绍了一种基于P L C 控制的气动机械手的工作原理及系统组成，并介绍了用西门子 7 - 2 0 0 与各元器件的连接。最后简单分析了整个系统的工作流程及模拟实验面板的介绍。 关键词P L C；机械手；控制系统 中囝分类号T P2 7 1 文献标识码B 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 2 0 7 下 一 0 1 2 0 - 0 2 D o i 1 0 ． 3 9 6 I ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 7 下 ． 3 8 0 引言 机械手是能够 按照给 定程序 、轨迹与要 求模 仿人手的部分动作 ，实现 自动抓 取、搬运或操作 的 自动化装置，气动机械手则是 用气动 系统驱动 的机械手。应用机械手的意义在于可 以提高生产 作业的 自动化水平及 产品质量 ，减轻操作者的劳 动强度 ，实现安全生产。尤其在高温、低温 、粉 尘、易燃易爆 、有毒气体及放射性 等恶劣环境 中 代替人进行正常工作 ，意义 更为重大。因此，机 械手在热压 、锻造、机械加工、饮料装箱 自动线 等各种 自动化作业领域 中获得了广泛应用。 1 系统组成及功能介绍 机 械手采用气动传动 ，由精 度较高的气动 元 件组合而成 ，为直 角坐标 式机 械手结构，实现 2 个 自由度，由机身 、水平臂、竖直臂、夹紧手组 成，可 以完成水平臂的伸缩、竖直臂的升降以及 抓取等动 作，可 以方便的通过滑 阀的中位机能调 节合适 的执行 元件的位置 ，完成对 物件的移动 。 机械臂用 2个气缸控制 ，即横 向移动气缸和纵向 移动气缸。其控制 系统采用 目前控 制领域应用 比 较普遍、性能优越 的 P L C，根据需要选用西 门子 公司的 S 7 - 2 0 0型 P L C作为控制系统的核心。 运动路 线升降臂下降抓 取工件升 降臂上升 伸缩臂右移升降臂下降卸 载工件升降臂上升伸缩臂左移 ，完成一 次物料的搬运。 2 控制系统设计 2 ． 1控制系统的基本组成 一 个 完整 的计算机控制 系统应该包括被控 对 象、执行机构、检测装置、模数 D转换器和 数模 D ／ A 转换器、数字计算机系统 包括硬件 和软件 。 2 ．2 电气控制电路的设计 系统开始启动时 ，通过 控制面板设定 要控 制 的气缸的初始位置 ，S 7 2 0 0通过控制面板的输入 来获取相应初始值 ，S 7 2 0 0对控制面板上的输入 量进行响应，然后进行输出并 执行相应控制 。在 本设计 中的，被控对象是气压 控制阀，通过控制 阀的动作再对执行元件 气缸的位置进行控制。 为 了达到控制的准确 ，因此在设计 中采用 了闭环 控制系统，光电编码器 位置传感器 获取位置 量 ，并将获取的模拟值 经过 A／ D转换后 ，再通过 总线送到 S 7 2 0 0的输入 口，进行反馈控制 ，从 而 提高系统的精度。 3 模拟实验面板 图 图 1中的 Yv1 、YV 2 、Y V3 、Y V 4 、Y V5 、H L 分 别 接 主 机 的 输 出 点 Q o ．o 、Q o ． 1 、Q o ． 2 、Q o ． 3 、 Q O ． 4 、Q O ． 5； S Bl 、S B 2分 别 接 主 机 的 输 入 点 1 0 ． 0 、1 0 ． 5； S Ql 、S Q2 、S Q3 、S Q 4分别接主 机的 输入点 1 0 ． 1 、I O ． 2 、I O ． 3 、1 0 ．4 。图 1中的启动 、停 止用动断按钮 来实现 ，限位开关 用钮子开关来模 拟 ，电磁 阀的原位指示灯用发光二极管来模拟。 表1 机械手P L C 的I ／ OJ ．,J a l 分配表 I O ．0 启动 Q o ． 0 下降 1 0 ． 1 下限 QO ． 1 夹 紧 I 】 - 2 上限 Qo ．2 上升 I O - 3 右限 Qo ．3 右移 I O _4 左限 QO ．4 左移 1 0 ‘ 5 停 止 收稿日期2 0 1 1 -1 1 - 2 7 作者简介关明 1 9 8 8 一，湖北荆州人，硕士研究生，研究方向为机械电子应用。 [ 1 2 0 1 第3 4 卷第7 期2 0 1 2 7 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 、 I 匐 出 机械手动作的模拟 YV 1 ● SB1 ● 图1 模拟实验面板图 下降 夹紧 上升 右移 左移 的 “ 0 ”状态加载到 M1 0 ． 1 ，继 电器 Q o ． o断开，这 时机 械 手 停 止 下 降 ，M1 0 ． 1的 “ 1 ”状 态 加 载 到 M1 0 ． 2 ，M2 0 ． 0置 “ 1 ” ，M2 0 ． 0闭合 ，继电器 Q0 ． 1 夹紧阀 接通，夹紧动作得到执行，这时定时器 启动，延时 2秒使工作得到夹紧。 当确认机械手在夹 紧工件后 ，定时器的动合 触点接通，这时移位信号产生 ，使 M1 0 - 3 处于 “ 1 ” 状态，“ 0 ” 状态加载到 M1 0 ． 2 ，继电器 Q O ． 2 上升 阀接通 ，这时 1 0 ． 1 是断开状态，上升动作得到执 行。 由于是使用 S指令 ，线 圈 M2 0 ． 0仍然是原状 态，这时 Q 0 ． 1 依然是接通状态 ，同时机械手继续 夹紧工件。 当机械 手到达上限 位时，上限位开关 1 0 ． 2 处 于 “ 1 ” 状态 接通 ，这时移位信号产生 ，“ 0 ” 状 态加载 到 M1 0 -3 ，Q 0 ． 2线圈断开，这时机械手停 止运动 ，这时移位信号 产生，使 M1 O ．4处于 “ 1 ” 状态 ，1 0 -4断开，继电器 Q0 _3 右移阀 接通，这 时右移动作执行。 审 KM1中 中 中 中 S 7 2 0 0 1 M l 1 0 ． 0 l 1 0 ． 5 1 0 ． 1 1 0 ． 2 I 1 0 ． 3 l 1 0 ．4 I w 十 E E S B1 S B2 Rl R2 R3 R4 图2 P L Cg b 部接线图 4 工作过程分析 当机 械手位于初始位置时 ，上 、左限位开关 均处于 “ 1 ” 状 态 接通 ，移位寄存器数据接通， 让 寄存器 M1 0 ．0处于 “ 1 ” 状 态，这时 Q0 ． 5接通 ， 原位指示灯亮。 按 下 启动 按 钮 S B1时，1 0 ．0处 于 “ 1 ”状 态， 这 时 移 位 信 号 产 生，M1 0 ． 0的 “ 1 ”状 态 加 载 到 M1 0 ． 1 ，继 电器 Q 0 ．0 下降阀 接通 ，下降动作执 行 ，这时因为上限位开关I O ． 2 断开 ， M1 0 ．0 处于 “ 0 ” 状态 断开 ，原位指示灯灭。 当机械手到达下 限位时，下限位开关 1 0 ． 1 处 于 “ 1 ” 状态 接通 ，这时移位信号产生， M1 0 ．0 当机 械手达到 右限位 时，右 限 位开 关 1 0 - 3处于 “ 1 ”状态 接通 ， 这时 移位信号 产生 ，使 M1 0 ． 5处于 “ 1 ”状 态，“ 0 ”状 态 加 载 到 M1 0 ． 4 ， 继电器 Q 0 ． 0再次接通，下降动作得 到执行。 当机 械手 再 次 到达 下 限位 时 ， 1 0 ． 1 接 通 ，这 时移位 信 号产 生，使 M1 0 ． 6处于 “ 1 ”状态 ，“ 0 ” 状态加载 到 M1 0 ． 5 ，同时 Q 0 ． 0线 圈断开 ，下 降动 作停止 ，R e s e t 指令使得 M2 0 ．0 复位 ，同时 Q o ． 1线圈断开，机械手 松开工件 ；这时定时器启动 ，延时 1 ．7秒 ，定时器 的动 合触点接通 ，这时移位信 号产生，使 M1 0 ． 7 处 于 “ 1 ”状态 ，“ 0 ”状 态加 载到 M1 0 ． 6 ，Q 0 ．2再 次接通 ，1 0 ． 1断开 ，机械手又执行上升动作 ，当运 行到上限位时，1 0 ． 2触点接通 ，使 M1 1 ． 0处于 “ 1 ” 状 态 ，“ 0 ”状 态加 载 到 M1 0 ． 7 ，线 圈 Q 0 ．2断开 ， 这时机械手停止上升 ，线圈 Q 0 ． 4接通，1 0 ． 3断开 ， 机械手执行左移运动。 当机械手到达左限位时 ，1 0 ．4触点再次接通 ， 使 Ml 1 ． 1 处 于 “ 1 ”状 态，“ 0 ”状 态加载 到 Ml 1 ．0 ， 同时移位寄存器复位，线圈 Q 0 ． 4断开，这时机械手 回到初始位置，并且因为 1 0 ．2 、1 0 ．4均是接通状态， 【 下转第1 4 2 页】 第3 4 卷第7 期2 o 1 2 - 7 下 [ 1 2 1 】 M ●L ● n ● ● ◆ 季 } ● ● ● ◆ ◆ ● 喜 i ● 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m