机械手电气控制系统的设计

机械手电气控制系统的设计

作者：贾莉丽

来源：《数字技术与应用》2013年第04期

摘要：随着工业自动化的迅猛发展，工业机器人的一个重要分支，即机械手控制系统已在自动化企业中占有重要地位，故介绍一种基于PLC的机械手电气控制系统，详尽的论述它的硬件结构及软件实现方法。

关键词：机械手 PLC 变频器

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0195-02

机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。在现代工业生产中，效率和安全越来越受到企业重视，尤其在流水作业中，由于常换工位或特定环境作业等诸多原因，各种机械手开始代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，并成为企业提高效率，保证安全生产的重要手段，广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。目前，常见的工业机械手电气控制系统主要由电源，可编程控制器，变频器，电机，等组成。

1 系统结构和功能介绍

1.1 该系统技术性能

1.2 系统结构

机械手系统主要由单杆气缸一只，双杆气缸一只，气动手爪一只，电感传感器一只，磁性开关五只，行程开关两只，步进电机一只，步进驱动器一只，单控电磁阀两只，双控电磁阀一只，主要完成将工件从上料台搬运到输送带上。

电气控制系统：交流电机正反转控制电路；交流电机调速控制电路；步进电机控制电路；传感器检测电路。

气动系统：

气动执行元件：单杆气缸、薄星气缸、气动手爪、导杆气缸、双导杆气缸、旋转气缸。

气缸：气缸的正确运动使物料到达相应的位置，只要交换进出气的方向就能改变气缸的伸出（缩回）运动，气缸两侧的磁性开关可以识别气缸是否已经运动到位。

气动控制元件：电磁阀，用来控制气缸单向运动，实现气缸的伸出、缩回运动。单向电磁阀与双相电磁阀的区别在双向电磁阀初始位置是任意的，可以控制两个位置，而单向电磁阀初始位置是固定的，只能控制一个方向。

气动手爪：气动手爪夹紧由单向电磁阀控制，当电控气阀得电，手爪夹紧，当电控气阀断电后，手爪张开。

系统中，开关电源24V/6A一只，急停按钮一只，复位按钮黄、绿、红各一只，自锁按钮黄、绿、红各一只，转换开关两只，蜂鸣器一只，24V指示灯黄、绿、红各两只。PLC选择三菱FX2N-48MR（继电器输出），内置数字量I/O（24路数字量输入、24路继电器输出）。变频器使用FR-E700，三相输入，功率：0.75KW，具备电流控制保护、跳闸（停止）保护、防止过电流失控保护、防止过电压失控保护等功能。

1.3 工作过程

通常情况下，机械手在生产线上的任务是将工件从A处搬运到B处，主要动作为：

PLC送电后，首先控制装置返回初始位置：机械手的手爪上升到上限位，然后手臂缩回到缩回限位，然后向左旋转到左限位。

物料检测光电传感器检测到物料后，机械手手臂伸出，手爪下降抓物，然后手爪提升，到达上限位后手臂缩回，到达缩回限位后向右旋转到右限位，手臂伸出，到达伸出限位后手爪下降，到达下降限位将物料放下，然后回到原位。

如果机械手在手爪下降过程中，在5s内不能到达下限位，则手爪停止下降，然后上升到上限位停止运行，同时开始报警（红灯闪烁，同时蜂鸣器鸣叫）。等按下故障复位按钮后，停止报警，机械手继续刚才的工作过程。

急停：出现紧急状况时，按下急停按钮，装置立即停在当前状态（保持当前装置），同时绿灯闪烁。等急停按钮复位后，绿灯常亮，装置继续运行。

发生突然断电的意外时，应保持各处在断电瞬间的状态。

恢复供电，绿灯按2次/秒的方式闪亮。机械手返回原位等待搬运物料。恢复供电10s后绿灯重新长亮。

3 设计中发现的问题

如果机械手在搬运物料时，没有夹紧物料，在运送过程中脱落，需要报警，这个应该用什么思路做呢。

这个报警可以这样判断：机械手在传送带位置松开手爪，延时一段时间（比如1s），然后判断传送带入料口的检测开关是否有信号，若没有信号，则报警。

如果在工作状态下转换，则设备在原来状态下继续运行，如果在一定时间内没转换，设备停止工作，同时报警，设备不能再启动，除非恢复转换开关，或者断电之后重新上电。

这种情况下，工作状态的判断不要直接用X点，而是转到M点，这样就可以在允许的情况下将X点的状态赋值给M点，不允许的情况下就不赋值。这样就可以通过判断X点和M点状态是否一致来判断是否进行了状态转换，判断出来后置位一个M点，作为报警的标志，进行相应的处理就可以了。

参考文献

[1]岂兴眀主编.PLC与变频器快速入门与实践.人民邮电出版社.

[2]许孟烈主编.PLC技术基础与编程实训.科学出版社.

[3]天煌教仪.