基于PLC的气动机械手控制系统设计_范金玲

液压与气动2010年第7期基于PLC的气动机械手控制系统设计

范金玲

Control syste m desi gn of t he pneu m atic man i pulat or based on PLC

FAN Jin-li n g

(苏州工业职业技术学院,江苏苏州 215104)

摘 要:该文论述了一种基于PLC控制的气动机械手的结构功能、控制原理,并介绍了用三菱PLC与各元器件的连接,PLC控制过程和程序设计。

关键词:气动机械手;PLC;控制系统

中图分类号:TH138 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2010)07-0036-03

引言

机械手广泛用于机械制造、冶金、电子和轻工等部门,其执行机构一般由液压、气动或电机来完成,由于气压技术以压缩空气为介质,结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能,工作寿命长,特别是对环境没有污染、易于控制和维护,因此机械手的驱动系统常采用气动技术。机械手系统最核心的部分是执行系统和控制系统,这里我们介绍基于三菱FX系列的PLC来实现对气动机械手的控制。

1 系统结构和功能介绍

如图1所示,机械手的终端是一个气动夹爪,可以实现抓和放的动作,由一个双作用气缸和一个双电控电磁阀来完成控制;气动夹爪安装在一个垂直方向的双作用气缸上,能实现上升和下降动作,方向的控制由一个单电控的电磁阀来完成;垂直方向的气缸又安装在一个水平方向的伸缩气缸上,能实现伸出和缩回动作,水平双作用气缸由一个双电控的电磁阀完成;水平气缸再安装在一个双作用旋转气缸上,能实现左旋和右旋动作,我们希望它能停在活动范围的任意位置,因此选择了一个双电控的三位五通阀来控制。因此机械手的动作由4个电磁阀共7个控制点来实现其旋转、伸缩、上下和抓放的动作,其气动系统原理图见图2。另外,气动机械手的感知部分采用了这样一些信号开关:左右极限点各用1个电感式传感器,伸缩的前后极限点各采用了1个标准型的磁电开关,上下极限点也各采用磁电开关。这样这个机械手系统上就有了6个信号采集输入点。最后机械手再配上2个按钮,分别用于启动和停止。这样本气动机械手的主要输入点有8个(见表1)

。

图1 气动机械手结构

收稿日期:2010-02-22

作者简介:范金玲(1972 ),女,江苏苏州人,讲师,主要从事机电一体化和自动控

制方面的研究工作。

图2 气动系统原理图

本机械手功能是将一边的工件搬到另一边,如将一条生产线的工件搬到另一条生产线,或将一个工作站的工件搬到另一个工作站,工作顺序为:(上电) 复位 (启动) 伸出 下降 抓工件 上升 缩回 右旋 伸出 下降 放工件 上升 缩回 左旋 循环。

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2010年第7期液压与气动

表1 气动机械手PLC I/O表

输入点输出点启动(SB1)X0左旋(YA1)Y0停止(SB2)X1右旋(YA2)Y1左极限(SQ1)X2伸出(YA3)Y2右极限(SQ2)X3缩回(YA4)Y3前极限(SQ3)X4下降(YA5)Y4后极限(SQ4)X5抓(YA6)Y5上极限(SQ5)X6放(YA7)Y6下极限(SQ6)X7

2 PLC控制设计

2.1 PLC I/O表和PLC I/O接线图

机械手系统与PLC的I/O表如表1,与PLC的I/O 连接图如图3所示。

图3 机械手系统与PLC的I/O连接图

2.2 软件设计

机械手动作是:设复位状态为左边、伸缩气缸缩回、气爪放松。因此上电后复位就是需要左旋至左极限、缩回至后极限、放松气爪;按下启动按钮后,伸缩气缸伸出,直至前极限点;下一个动作是机械手下降至下极限点;然后抓工件,此处由于没有传感器,可安排一定的保持时间,如1s;接下来的动作是机械手上升至上极限;然后缩回至后极限;接着机械手右旋至右极限;机械手再伸出至前极限;然后机械手下降至下极限;下一步是将工件放下,完成工件的搬运工作;接下来机械手应返回原始位置,即先上升至上极限,然后缩回至后极限,再左旋至左极限,即原点。至此,气动机械手通过13个动作完成一个工作周期,可返回进行下一个循环。这里,我们注意到机械手都要在缩回后再旋转,这时为了避免悬臂梁过长而造成干涉或者机械的笨重。PLC控制程序的功能图见图4,将此功能图转换为梯形图,就可以成为PLC控制程序,从而实现对本气动机械手的动作控制。

图4 PLC控制程序功能图

梯形图的设计:梯形图的编制方法很多,可以用起保停的方法,即按条件起动然后保持(自锁),下一个状态成立时切断上一个状态;也可以使用[SET]和[RST]来完成;比较典型的是以[STL]为特征的步进梯形图;如果要精简一些,我们也可以用移位指令来完成,如本例可以用[SFTL M50M0K14K1],其中SFTL 是左移位指令,M50是补位的,M0是起始状态继电器,K14表示共14各继电器,即M0~M13,K1表示一位一位左移。部分程序如图5。

图5 部分PLC控制程序

3 结束语

由 可编程序控制器-传感器-气动元件 组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面。电磁阀

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液压与气动2010年第7期

的线圈功率越来越小,而PLC的输出功率在增大,由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC,而阀岛技术的发展,又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。气动技术经历了一个漫长的发展过程,随着气动伺服等先进技术走出实验室,气动技术及气动机械手将迎来崭新的明天。

参考文献:

[1] 孙振强.可编程控制器原理及应用教程[M].北京:清华

大学出版社,2005.

[2] 彭坚.气动机械手PLC控制系统设计[J].电工技术,

2004,(6).

500KN恒力压力机电液伺服控制系统设计

焦建平,白 杰

The electro-hydrauli c servo control syste m desi gn of

500kN constant force press

JI A O Jian-p i n g,BA I Jie

(北京机械工业自动化研究所,北京 100120)

摘 要:恒力压力机是具有试验机性能的生产设备,其传动全部采用液压传动,双泵液压源,大泵实现快速,小泵慢速。利用伺服比例阀实现了慢速调节中加载力、位移或其速率的恒定。控制系统以小型PLC 和触摸屏为控制核心,自编的PI D程序充分发挥了伺服比例阀和PLC性能,控制系统达到了设计要求。

关键词:压力机;电液伺服;可编程序控制器;控制系统

中图分类号:TH137 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2010)07-0038-02

1 引言

恒力压力机是为某特殊产品开发的专用设备,要求具有普通压力机操作方便性、可靠性,同时具备试验机的性能。要求是加载力、位移及其速率可控、可测,既可保持加载力、位移恒定(恒值方式),也可保持加载力、位移的速率恒定(恒速率方式)。加载力精度要达到1级压力试验机水平。

2 液压系统原理

液压原理如图1所示,液压缸为 160柱塞缸,快速上升时由液压源2的大泵供油,小泵卸载,在恒值或恒速率调节阶段小泵供油,大泵卸载。调节阶段的加载阀为额定流量5L/m i n的伺服比例阀13,其根据偏差控制进入液压缸的流量,实现恒值或恒速率输出。回程时换向阀9的电磁铁YV3通电,打开液控单向阀10,液压缸靠自重快速下行。

在工作空间调整上,本压力机与试验机不同,试验机是通过电机、减速器、丝杆等一套机械装置来实现上压盘定位,其结构复杂。本压力机上横梁即为上压盘,液压缸全行程,利用大泵实现液压缸快速上行定位,

机

图1 液压系统原理

收稿日期:2010-05-04

作者简介:焦建平(1965 ),男,黑龙江齐齐哈尔人,高级工程师,主要从事液压传动与控制工作。

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