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基于 PLC 机器人 本体 设计 论文 DWG 图纸 外文 翻译 文献 综述 开题 报告

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第 2 5卷 第 4期 2 0 0 3年 l 2月 南 昌大 学 学报 ( 工 科版 ) J o u r n a l o f Na n c h a n g Un i v e r s i t y ( E n g i n e e r i n g & Te c h n o l o g y ) VO1 25 NO 4 De c 2 003 文章 编 号 ： 1 0 0 6 0 4 5 6 ( 2 0 0 3 ) 0 40 0 1 4 0 3 P L C在爬行式焊接机器人中的应用 刘伟 力， 刘 国平， 张华， 欧光锋 ( 南 昌大 学 机 电工 程 学院 ， 江 西 南 昌 3 3 0 0 2 9 ) 摘 要 ： 针 对爬 行 式智 能弧 焊 机器 人 的控制 ， 提 出了 一 种 由 P L C作 为主 控 制 器 的 控 制方 法 提 出了 P L C作 为 控 制 器在 焊 接过 程 中 的优 势 ， 对 系统 的硬 件组 成 作 了简要 的 介 绍 ， 分 析 了 系统 的工 作 过 程 详 细 阐述 了 P L C的选 型 、 各 种信 号 的确 定 及 I O分配 、 接 口的接 线 和 P I C的编 程 实 验证 明该 系统 工 作稳 定 ， 跟 踪精 度可 达到 1 mm， 满 足 了 焊 接 质量 的要 求 关键 词 ： P L C； 人机 界 面 ； 爬行 机 器人 中 图法 分类 号 ： T P 2 4 2 6 文 献 标识 码 ： A 1 引言 对 于机器 人 的控 制 ， 大部 分采 用的是 通用 的计 算 机和单 片机系统 ， 通 用 计算 机 和单 片机 控制 系统 对工作 环 境要 求 高 ， 可 靠性 不是 很 强 ， 且其 编程 复 杂， 必 须具有一 定 的专 业知 识， 对操 作 人员 要求 高 ， 推广性 差 P L C是 一 种工 业 专 用计 算 机 ， 输 入 量 可 以直接 为按钮或 触点开关量 ， 输 出 口带 载能力较强 ， 可直接驱 动 电磁 阀或 继 电器 ， 扩 展后 还 可以驱 动 各 种 电机 因此 ， 系统连 线 简单 ， 省去众 多 的触 点控 制 环节 同时 ， 它还 具有 通 用性 强 ( 系列化 、 模块 化、 软 件编程 ) 、 可靠 性 高 、 环境 适 应性 好等 优 点 在 P L C 梯形 图 中使用 的顺 序控 法 是一 种先 进 的设 计方 法， 它易学 易懂 ， 具有很 好的通 用性 和规范性 ， 使用它 可 以 节 约 大 量 的 系 统 开 发 时 间 ， 提 高 开 发 的 效 率 【 1 J 2系统 简 介 及 工 作 过 程 分析 2 1 系 统 简介 系统主要 由爬行 机构 ( 轮 履复 合式 小 车) 、 十 字 滑块及其控制 系统 、 焊接 机构 ( 包 括焊接 电源 、 送 丝 送气设备 、 焊枪 、 摆 动机构 及 其控 制 器 ) 、 P L C 、 小 车 驱动 电路 ( 包括 交 流 伺 服 电机 、 电机 驱 动 器 、 光 码 盘 【 2 ) 、 人机界面 ( 可编程触 摸 式显 示器 和 各种指 示 灯 及操作 按钮) 、 电流变送器 等组成 ， 如图 1所示 十字滑 块跟 踪 系统 是一 个独 立 的系统 ， 它能实 现 各种焊缝 的识别并在 一定的范 围内可以进行焊缝 的跟踪 ， 但它 左右 方 向上 的 移动 范 围为 6 0 mm， 跟 踪范 围窄 ， 焊接的 自动化 程度 也是不够高 的 为了提 高它的跟踪范 围， 可以 把它 安装 到能 够进 行 爬壁 的 爬行机构上 由于它提供 了一些对外 的接 口， 通过接 口， P L C可 以获 取它 的 一些 有 用 的 信 息， 根 据 十 字 滑块 的状态来驱动 爬行 机构 配 合它 的运 动， 十 字滑 块 进行精确跟踪 ， 爬行机构进行粗 跟踪 ， 最终达到焊 缝 的 精 确 跟 踪 2 2工作过程分析 控制 系统 需要 完成 的工作 分为 两个 部分 ： 手 动 过程和 自动过 程， 系统 的工作流程 图如图 2所示 可 电流变送 器 悍 倭 吧 j f 编 r _ 1 光 电 编 码 器 程 l ， l 序 = j 电 机 驱 动 器 l 电 机 一I 爬 行 机 构 寅 焊 电 工 控 一 l 枪 弧 件 制 l 十 字滑 块控 制系 统 l l 器 I l l -卜 字滑块卜 T L 激 光图像 传感 系统 图 1 爬行 式智 能弧 焊 机器 人 系统 收 稿 日期 ： 2 0 0 30 5 0 9 基 金 项 目 ： 国家 自然 科学 基 金 资助项 目( 5 0 0 7 5 0 3 7 ) ； 国家 高新 技 犬研 究发 展计 划 ( 8 6 3 计 划 ) 项 目( 2 0 0 1 AA 4 2 2 2 2 0 ) 作者简介 ； 刘伟力， 男， 1 9 7 8年生， 硕士研究生 维普资讯 第 4期 刘伟 力 等 ： P L C在爬行 式 焊接 机器 人 中 的应用 系统启动 I 转换到自 动跟踪焊接 一 手调 小 车 进行 跟踪 焊接 控制 焊 枪基 本对 准焊 缝 设 置 各种参 数 Y 十 字滑 块寻 找焊 缝 图 2系 统 工 作 流 程 图 2 2 1 手 动 过 程 完 成 的 任 务 当系 统处 于手 动状 态时 ， 操 作者 可以通 过具有 4个 控制 方 向 的摇柄 来 控制 小车 的运 动 ， 它 的两 轮 速度 可通过人机 界面 ( 可编 程 显示器 ) 来 设定 ， 经 过 小车的调整使焊 枪 基 本上对 上焊 缝 ， 为下步 的 自动 跟 踪打好基础 ， 同时在 这个 状 态 中还可 以 对焊接 的 各 种 参 数 和 工 艺 进 行 设 置 2 2 2 自动 过 程 完 成 的任 务 当系统处在 自动状态时 ， 操作者可 以通过 启动、 停止来 控制焊接过 程， 系统 自动状态一 旦启动， 就 必 须 自动完成 焊缝 的轨 迹 跟踪 、 焊 接及 焊接 过 程的 监 视 ， 同 时 还 要 处 理 系 统 出 错 的 问题 3 PL C控 制 电 路 的设 计 3 1 P L C选 型 由于 P L C既 要处理各种逻 辑开 关量 ， 又有 模拟 量 的输入输 出， 并 且 P L C还 能 与 上位 机进 行 通信 ， 在 系统 中的点数 也 不是 很 多， 因此 在这 采 用 了 日本 OMR ON公 司 的 C QMI H 系 列 C QMI H 是 一种 紧 凑的模块 化的支持通 信功能和其 他先进功能的高速 可编程序控制 器， 它 可 以在 1 6 2 5 6点之 间进 行扩 展 I O 口， 具有 灵活 的系统 配置 和 串行通 信协 议 功 能， 并且 C P U具有 内插板 的用户 安装 插件 板， 网络 通信 、 宽范 围的监视和设 置方法 ， 更高 的速度和更 大 的容量 的 加 强 这 些 特 性 使 它 具有 更 强 的控 制 能 力 【 3 在 这 作 了 如 下 配 置 ， 如 表 1所 示 3 2输 人和输 出点的分配 根据 系统 的需 要 ， 本系 统 扩 展 了 1块输 入和 1 块输 出模 块， 同时在 系统 中还 有 4路 模拟 量 的输 入 和 2路输 出 ， 主要输入点分 配如下 ： 0 0 0 0 0 自动 的 启动 按 键 0 0 0 0 7报警 确认 按键 0 0 0 0 1 自动的停止按键 0 0 0 1 0滑块右控位开关 0 0 0 0 2手 动 自动 的 切 换 0 0 0 1 1 滑 块 左 控 位 开 关 0 0 0 0 3小 车 向前 运 动 按 键 0 0 0 1 2滑块 中位 开关 0 0 0 0 4小 车 向 后运 动 按 键 0 0 0 1 4系统 出错报警 0 0 0 0 5小 车 向 左 运 动 按 键 0 0 1 0 1 焊 缝找到 0 0 0 0 6小车向右运动按键 0 0 1 0 4滑 块 向右 运 动 0 0 1 0 5滑 块 向左 运 动 2 3 2 检测 电流值 ( 模拟量 ) 2 3 3 左轮速度反 馈 电压值 ( 模拟量 ) 2 3 4 右轮速度反 馈 电压值 ( 模拟量 ) 系统 主要输 出点分配 如下 ： 1 0 0 0 0找 到 焊 缝 指 示 灯 1 0 0 0 1 启 动 指 示 灯 1 0 0 0 3 起 弧 指 示 灯 1 0 0 0 4中 位 指 示 灯 1 0 0 0 5 报警指示灯 1 0 0 1 2开始送丝信号 1 0 0 0 6 1 0 0 1 1 P L C 对 滑 块 控 制 系统 的 启 动 、 停止 、 错误确认等 控制信号 2 3 6小 车左 电机转 速控制 电压 输出( 模 拟量) 2 3 7 小 车右 电机 转速控制 电压输出( 模 拟量) 3 3 P L C控制 系统 I O接 口电路 P L C在 系统 中主 要是 协 调 各 个 子 系 统 能按 照 ： 晖接 工艺的要求进行工 作 因此 ， 它既 要完成各种逻 辑控制 ， 同时还要 进行 系统 的监 控， 整个 P L C控制 器的 I o接 口电路 示意 图如 图 3所示 系统 一共 用 了 2 2个 数字 量输入 口、 1 4个 数字 量 输 出 口、 3个 模 拟量 输入 口、 2个 模 拟量 输 出 口和 1个 串行通 信 口 R S 2 3 2口 各 种开关 、 按钮 和 指示 灯都 是 由 2 4 V 直 流电源供 电的 ； 电流 变 送器 检 测到 4 2 0 mA 的 电 流 ， 通过模 拟量 输 入 口进 入 P L C； 左 右 轮 的速 度 检 测是从 电机驱 动 器提 供 的接 口中提 取 出 一5 +5 V 电压值 ， 然 后通 过 模 拟量 输 入 口进 入 到 P L C， 进 行运 算后在可编 程序 显示 器 中显 示 出来 ； 左 右 电机 的控制 电压 由 P L C模拟量输 出 口提供 ， 控 制 电压值 为 一5 +5 V； P L C与可编 程序 显示器 的通 信 采用 的是 RS一2 3 2串行通 信方式 ， 驱 动程 序 由可编 程 序 显 示 器 提 供 维普资讯 南 昌大 学学 报 ( 工 科版 ) 2 0 0 3生 表 l C QM1 H型 P L C的配 置 o 一 _0 一 各 各 数 一 种 _ _ 0 o 一 宝 种 按 墼 嚣 一 指 不 钮 -0 a 一 告 一 灯 和 0 0 一 午 勘 一 控 开 制 关 0 o 一 人 输 控 口 一 出 制 _b 一 输 C 0M 入 _ _ o 6 一 2 4 VD _0 o 一 _ _ b o 一 C oM l 十字滑 块 _ 卜 C 0 M2 |控制系统 2 4 V D 一送丝机构 控制系统I 模 f 电 流 检 测 拟 左 轮 控 制 电 压 拟 输 右轮控 制 电压 左轮速度检测E 量 出 输 口 右轮速度检测 人 口 可编程序 R$2 32 l显示器 图 3 PLC的 I 0 口 接 线 不 意 图 4 P L C控制 系统 的编程 由于 人机 界 面 主 体 部 分采 用 的 是可 编 程 显 示 器 ， 它能够 处理各 种数 据 之 间的 转换 和进 行数 据 的 基 本运算 ， 因此数 据 的各 种制 式 的转 换和 运算 都在 可编程 显示器 中完成 ， 这样 就减轻 了 P I C的编程 任 务 在该 系统 中 P L C程序 分 为两 大 部分 ： 手 动调 整 和 自动跟 踪焊接 手 动 子程 序 负责调 整 爬行 机器 人 的初 始位置 自动子程 序流程框 图如图 4所示， 包括 控制 策略的 实现 、 焊 机的开 启以及焊接工艺 的实现， 这其 中还要处理 系统 出错 的问题 C QMI H 型 P LC的 C P U 自带 了一个 外设 端 口 和一个 RS一2 3 2端 口， 所 以对于它的编程 ，既可 以 回 图 4自动 子程 序 流程 框 图 用手握编程 器也可 以用 软件 来 编程 与计 算机 的连 接 既可以用外设端 口， 也 可以通 过 RS一2 3 2串行端 口 由于手握编程 器 只支 持 助记符 形 式而 不 支持 梯 形 图， 因此 它一般用在小 型、 微小型 程序的编制过 程 中 ， 程 序 的语 句较 少 在 这里 采用 了 OMRON 公 司 开发 的 一个 应 用 软 件 C X P r o g r a mme r 3 C X P r o g r a mme r Ve r s i o n 2 1编 程 软 件 是 基 于 Wi n d o ws 9 5 9 8或 W i n d o ws NT 的 用 于 对 Omr o n C S 1系 列 P LC 、 C V 系列 P L C以及 C系列 P L C配置 和编程 的 标 准 软 件 包， 是 一 个 支持 P LC设 备 和 地 址 信 息 、 OMRO N P L C和这些 P L C支持 的 网络 设备 进行 通 信的方便工具 通过这个 软件， 用户可 以进行 系统的 配 置和程序的编写 、 调试 ， 在线诊 断 P L C硬件 状态 ， 控制 P LC的运行 状态和 I O通道 的状态等 4 ( 下 转 第 5 0页 ) 维普资讯 -5 0 南 昌大 学 学报 ( 工 科 版 ) 2 0 0 3焦 1 3 何开胜 ， 戴济群 超 长水泥土桩地 基的安全 监测 J 大坝观测与土工测试 ， 2 0 0 0 ， 2 4 ( 5 ) ： 5 4 1 4 何 开胜 水 泥土 搅 拌桩 设计 计 算方 法 探 讨 J 岩 土 工 程 学 报 ， 2 0 0 2 ， 2 5 ( 1 1 ) 1 5 秦 建 庆 ， 叶观 宝 水 泥 土桩 复 合 地 基 优 化 设 计 的 参 数 确定 J 地 下工 程 与 隧道 ， 1 9 9 9 ， ( 1 ) ： 1 5 1 6 秦 建 庆 ， 陈建 峰 水 泥 土桩 复合 地 基 变 形 控 制 中 的若 干 问题 探讨 J 岩 土工 程 技 术 ， 1 9 9 9 ， ( 2 ) 1 7 连 长江 ， 周 振 国 ， 张 孝 华 水 泥 土 搅 拌 桩 的优 化 设 计 J 住 宅科 技 。 1 9 9 8 ， ( 1 2 ) 1 8 宰金 珉 复 合 桩基 沉 降计 算 最终 应力 法 及 其 应 用 J 土 木工 程学 报 ， 2 0 0 2 ， 3 5 ( 2 ) 1 9 杨宝 玉， 宋永 强 水 泥 土搅 拌 桩 复 合 地 基 处 理 技 术 的 工程 应用 J 建筑 结构 ， 1 9 9 9 ， ( 5 ) 2 0 叶书 麟 地基 处理 工 程 实例 应用 手 册 M 北 京 ： 中 国 建筑 工业 出版社 ， 1 9 9 8 S t u dy of I nd o o r s I m i t a t i ng Expe r i m e n t o f Ce m e nt S oi l M i xi n g Pi l e s G J u n QI N Ya nh u a ( S c h o o l o fEn v i r o n me n t a l a n d Ar c h i t e c t u r a l E n g i n e e r i n g ， t h e S o u t h e n I n s t i t u t i o n o f M e t a l l u r g y， Ga n z h o u J i a n g x i 3 4 1 0 0 0 ， Ch i n a) Abs t r ac t ： By i ndo or s i mi t a t i ng e x pe r i me nt o f c e me nt s o i l de e p mi xi n g pi l e s ， t he a ut h or o f t hi s a r t i c l e i nf e r s t he r e l a t i o ns hi p be t we e n c e m e nts oi l s t e n gt h，s t a yi ng p o w e r ， l a y o r s t r e n gt h a nd e f f e c t i ve pi l e l e ngt h Al t h o ug h t he i ndo or s e xp e r i m e nt mod e l c a n t i m i t a t e t he s t a t e of de s t r o3 i n g i n t e s t i n g g r o und c ompl e t e l y， i t i s f e a s i b l e i n q u a l i t a t i ve a na l y s i s o f t he wor ki ng m e c ha ni s m o f c e m e nt s o i l mi x i ng pi l e s Be c a u s e t he m o de l i s e a s y t o o pe r a t e， t i m e s a vi ng， p o we r s a vi n g， i t c a n be u s e d wi d e l y i n t he f u t u r e W ha t s mor e ， t he r e s u l t o f mod e l e x pe r i me nt i s i n a gr e e me nt wi t h t ha t o f t e s t i n g gr o u ndS o i t i s u s e f u l t o t he de s i gn o f c e m e nt s oi l m i x i ng p i l e i n r e a l e n g i n e e r i n g p r o i e c t Ke y W o r ds： c e m e nt s oi l pi l e； c omp os i t e f o und a t i on； e f f e c t i v e pi l e l e ngt h； i m i t a t i n g e xpe r i m e nt ( 上 接 第 l 6页) 5 结束语 实验表 明 ， 该 系统能够进行 焊缝 的精确 跟踪 ， 跟 踪精度为 1 mm， 达 到焊接 工艺 和焊 接质 量 的要 求 同时系统具 有较 好 的稳 定性 和 可 靠性 ， 抗干 扰 能 力 也 比较 强， 对焊 接 自动化 和 机器 人 的控 制具 有 一定 的借 鉴作用 参考文献 1 皮壮行，等可编程序控制器的系统设计与应用实例 M 北京 ： 机械 工业 出版 社 ， 2 0 0 0 陈茂 华 ， 等 履带 式弧 焊 机器 人 轨迹 跟 踪控 制 系统 的 研 究 D 南 昌： 南 昌大 学 ， 2 0 0 2 OMR ON S YS MA C C QHI H 系列 可 编 程 序 控 制 操 作 手 册 ( Ca t No ： 0 MPZ D1 0 0 1 0 1 A) Z OMR ON S YS MA C CQ MI H 系列 可 编 程 序 控 制 器 编 程 手册 ( C a t No ： W3 6 4一El 一2 ) 【 Z Appl i c a t i on o f PLC i n Cl a wi n g W e l di ng Ro bo t LI U W e i l i ， LI U Gu o p i n g ， Z HANG Hu a ， 0U Gu a n gf e n g ( 5 Z D 厂M P f h a” i c a l n ” d El 盯t r i c a l En g i n e e r i n g， Na n c ha n g Un i v e r s i t y， Na n c h a n g 3 3 0 0 2 9 Ch i n a) Ab