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镗床专用机械手PLC控制系统设计秦展田3桂林航天工业高等专科学校广西桂林541004摘要论文介绍了用FX系列可编程控制器设计的油缸专用深孔镗床上、下料机械手的电气控制系统,包括硬件设计、软件设计两个方面。关键词PLC机械手电气系统中图分类号TG53可编程控制器简称PLC是以微处理器为基础,综合了继电器控制技术、计算机控制技术和自动化技术而开发的新一代工业控制器,可靠性高、易于使用和维护,广泛应用于各种生产过程控制领域。图1机械手操作面板油缸专用深孔镗床上、下料机械手是油缸自动生产线上的专用机械手,其要完成卸料和装料动作,并且要与镗床、料架协调。机械手由液压缸驱动。通过限位开关、压力继电器采集信号,再由PLC控制液压系统的电磁换向阀,来控制机械手的动作。1系统的硬件设计机械手的操作控制面板如图1所示。油泵电机的启/停及外部负载电源的通/断由总启动按钮和急停按钮控制,手动调整或自动运行两种操作方式由转换开关SA1选择。选择自动方式时,按下启动按钮,机械手自动运行一个周期后停下选择手动方式时,用转换开关SA2选择相应运动形式,由启动正向/停止反向按钮分别控制其两个方向的运动。机械手电气系统采用限位开关SQ1~SQ8作为位置检测信号,从而实现准确定位。为了保证抓取工件时,手指达到足够的夹紧力后才可运动,在夹紧油缸的液压回路中安装一压力继电器SQ9,作为压力检测信号。要保证机械手能准确地从料架上取到工件,须有一料架位置正确检测开关SQ10和有无工件检测开关SQ11。系统的输出信号分别接各油缸的电磁换向阀电磁铁及原点指示灯。表1I/O设备名称及相应功能名称功能名称功能名称功能SB1启动按钮SQ10料架位置检测开关YA2手指松开SB2停止按钮SQ11有工件检测开关YA3手腕左移SQ1大臂上摆限位开关SA11手动YA4手腕右移SQ2大臂下摆限位开关SA12自动YA5小臂伸出SQ3小臂上摆限位开关SA21大臂上/下摆动YA6小臂缩回212005年第3期总第39期桂林航天工业高等专科学校学报JOURNALOFGUILINCOLLEGEOFAEROSPACETECHNOLOGY机电技术应用3秦展田,1975~,男,广西临桂县人,桂林航天工业高等专科学校机械系教师,天津大学机械学院在读硕士研究生,讲师。名称功能名称功能名称功能SQ4小臂下摆限位开关SA22小臂上/下摆动YA7小臂上摆SQ5小臂伸出限位开关SA23小臂伸/缩运动YA8小臂下摆SQ6小臂缩回限位开关SA24手腕左/右横移YA9大臂上摆SQ7手腕左移限位开关SA25手指夹紧/松开YA10大臂下摆SQ8手腕右移限位开关SA26料架转位YA11料架转位SQ9压力继电器YA1手指夹紧HL原点指示由于机械手为纯开关量逻辑控制,所需I/O点数为21/12,各I/O设备名称及相应功能如表所示。系统的PLC选用三菱公司生产的FXON40MR,系统硬件接线图如图2所示。为了保护PLC输出继电器,在电磁铁的两端各并联一阻容吸收电路,防止在感性负载断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC输出点及内部电源的冲击。图2PLC硬件接线图2系统的软件设计2.1总程序结构机械手有手动和自动两种工作方式,由万能转换开关SA1选择。在手动操作方式下,各种动作都是用按钮控制来实现,其控制程序可单独设计,与自动工作方式控制程序相对独立。因此总程序设计成两段独立的部分自动操作程序和手动操作程序。其结构框图如图3所示。当选择手动操作方式时,输入点X015接通,其常闭触点断开,执行手动程序,并且X016常闭触点闭合,则跳过自动程序段。若选择自动操作方式,则跳过手动程序,执行自动程序段。图3总程序结构框图2.2手动操作程序设计手动操作主要用于检修调整,通过按钮对机械手的每一步动作进行单独控制。例如,当选择小臂伸/缩运动时,按下启动按钮,小臂伸出按下停止按钮,小臂缩回。其它动作以此类推。这样,其控制较简单,可按照一般继电器控制系统的逻辑设计法来设计。为了安全起见,程序中设置了联锁保护。例如,只有大臂竖立时小臂才能上/下摆动,因此小臂上/下摆动用大臂上限条件作为联锁保护。还有小臂处于上限位时,才允许大臂上/下摆动小臂伸出时料架不能转位。另外,由于大、小臂和手腕、手指的运动都采用双线圈三位电磁阀控制,两个线圈不能同时通电,因此在其电路中设置互锁环节。2.3自动操作程序设计在正常运行时,机械手处于自动操作方式。深312005年第3期总第39期桂林航天工业高等专科学校学报JOURNALOFGUILINCOLLEGEOFAEROSPACETECHNOLOGY秦展田/文孔镗床在加工零件时,机械手大臂竖立、小臂伸出并处于水平、手腕横移向右、手指松开,即处于原始位置,原点指示灯亮。加工完毕后,按一下启动按钮SB1,机械手动作顺序为原始位置大臂竖立、小臂水平且缩回、手腕横移向右、手指松开→手指夹紧抓住卡盘上的工件→手腕横移向左从卡盘上卸下工件→小臂上摆→大臂下摆→手指松开将工件放在料架上→小臂缩回→料架转位→小臂伸出→手指夹紧抓住待加工的工件→大臂上摆从料架上取走工件→小臂下摆→手腕横移向右把工件装到卡盘上→手指松开原位。机械手完成一个自动循环后处于原始位置,然后深孔镗床开始加工。待加工完毕,再按启动按钮,机械手又重复上述动作。这是一个典型的按顺序动作的步进控制系统,可用PLC的步进指令编程。3结束语用可编程控制器设计的机械手电气控制系统,线路简单,系统的可靠性高,功能强,整个系统运行稳定、精确。同时还可根据需要对其进行功能扩展,如与自动化机床联合控制,可组建自动化生产线。参考文献1王兆义小型可编程控制器实用技术M北京机械工业出版社,19972刘治平等编著机床电气自动控制M天津天津大学机电控制教研室,19933秦展田PLC应用中节省输入点的设计方法J桂林航天工业高等专科学校学报,200244董继成用PLC控制生产线自动机械手J中国仪器仪表,20042责任编辑李卫华412005年第3期总第39期桂林航天工业高等专科学校学报JOURNALOFGUILINCOLLEGEOFAEROSPACETECHNOLOGY秦展田/文
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