一种工业机械手的PLC控制

1、一种工业机械手的PLC控制摘要: 文章在对一种执行机构由电动机和液压缸组成的工业机械手的结构进行分析的基础上，将PLC应用于其控制系统，完成了系统的硬件设计和软件设计。根据该机械手的工作特点，采用步进顺序控制方式，使程序简化，便于调试。将PC与PLC组成分布式控制系统，进行联网通信，工作人员可在上位机上编程、监测设备运行情况，实时地对现场参数进行修改、调整，使系统工作于最佳状态。关键词: 机械手 PLC控制 步进顺控 状态转移图PLC Control of a Industry ManipulatorAbstract: This paper introduces the designing a

2、nd system hardware and software of a control system of a industry manipulator based on PLC, whose executive mechanism is made up of electric motor and hydraulic cylinder. According to the work characteristic of this manipulator, stepping sequence control is adopted so as to simplify program. Worker

3、can program, monitor equipment state, and modify site parameter by top-computer in distributed control system made up of PC and PLC, so that the system can keep optimal property. Keywords:manipulator PLC control stepping sequence control state shift chart0 引言机械手在自动化车间中用来运送物料,从事焊接、喷漆、装配等工艺操作，可将操作工人从繁

4、重、单调、重复的体力劳动中解放出来。特别是在高温、危险、有害的作业环境（放射性、有毒气体、粉尘、易燃、易爆、强噪声等）中，可用机械手代替人的部分操作。目前，机械手已广泛应用于铸造、锻造、冲压、切削加工、喷漆、装配等各种工艺过程中。本文介绍一种执行机构由电动机和液压缸组成，采用PLC控制的机械手控制系统的设计。1 机械手结构及动作本机械手用于生产线上工件的自动搬运，其结构如图1所示。由A、B两个液压缸完成工件的夹紧和提升的动作。A缸通过一个单电两位四通电磁换向阀控制工件的夹紧、放松，B缸通过一个双电两位四通电磁换向阀控制机械手的升降；由小车实现机械手的移动。该小车用两台电动机驱动，一台是高速，一

5、台是慢速。当小车前进时以慢快慢的形式行进，返回时以慢快慢的形式后退。当工件从输送带输送到机械手的下方时，工件碰压行程开关SQ1，B缸活塞杆伸出，带动机械手下降，下降至终点碰压行程开关SQ3，与机械手夹钳相联的A缸活塞杆收进，机械手将工件夹紧；当工件夹紧到位时，行程开关SQ5动作，B缸的活塞杆收进，把工件提升；当工件提升至最高位置时碰压行程开关SQ4，启动小车向右慢速行走；当小车碰压行程开关SQ7时，转为快速行走；接近终点时，小车碰压行程开关SQ8，转为慢速行走；行至右边终点碰压行程开关SQ9，小车停止前进；停留5秒后，B缸活塞杆再次外伸，机械手下降至终点，A缸活塞杆外伸，带动夹钳松开，将工件放

6、下；然后，机械手上升，小车以慢快慢的运动形式沿原路返回，恢复到图中所示的原点位置。2 系统硬件设计包括主电路和控制电路的设计。主电路中有二台电动机，即慢速电机和快速电机，分别拖动小车慢行和快行。其控制如下：慢速电动机M1由接触器KM1、KM2分别控制其正转和反转；快速电动机M2由接触器KM3、KM4分别控制其正转和反转。控制电路设计主要是PLC输入、输出接线图的设计，按照机械手控制和工艺流程的要求，科学地选择控制方案，确定PLC型号和传感器，合理地分配输入、输出点，得到图2所示的PLC输入、输出接线图。图2 PLC IO接线示意图图中，设置9个行程开关SQ1SQ9用于检测工件、小车、机械手的位

7、置以及机械手夹钳的夹紧、放松状态，并对系统实施控制。其中SQ1为工件是否到位检测开关；SQ2为小车原位检测开关；SQ3、SQ4分别为机械手下降、上升是否到位检测开关；SQ5、SQ6分别为机械手夹紧、放松检测开关；SQ7、SQ8分别为小车运动速度转换开关；SQ9为小车运动停止开关。为了便于生产加工和维修、调整，设置了工作方式选择开关SA。当开关置于“自动”位时，从工件通过输送带输送到机械手下方开始，到机械手将工件搬运到指定位置卸下，并返回原位等待下一个工件到来，全部自动进行；置于“手动”位时，通过按钮SB1SB7对机械手的升降，夹钳的放松、夹紧，小车的进退和运动速度等各动作流程进行点动控制。 其

8、中SB1、SB2分别为下降、上升按钮；SB3为夹钳放松按钮；SB4、SB5分别为小车慢进、慢退按钮；SB6、SB7分别为小车快进、快退按钮。当机械手在工作中途因停电或自动控制系统发生故障时，可点动复位。接触器KM1KM4的线圈接到PLC输出端，控制小车的进退和运动速度；电磁线圈YA1YA3控制机械手的放松及升降运动。设置了指示灯HL1HL8，用以指示机械手的升降、夹钳的松紧、小车的进退及运动快慢等工作状态。3 系统软件设计设备有“自动/手动”二种工作方式，其控制程序可分为自动控制程序和手动控制程序二个模块。各模块程序分开编写，结构清晰，便于调试和修改。分析可知，在“自动”工作方式下，本机械手的

9、运动是以开关量作为转移信号，按所设计的工艺流程一步一步地进行工作，其控制过程为顺序循环控制，可选择STL步进顺序控制方式。即采用步进顺控指令对其编程，可使程序简化，提高编程效率，为程序的调试、试运行带来许多方便。当机械手完成一个工件的搬移、小车返回原位，夹钳处于放松状态时，就为下一个工件的搬移作好了准备。当通过输送带输送来的工件到位时，SQ1动作，发出启动指令，进入新一轮循环。YA1是单电两位四通电磁阀的电磁线圈，为了安全，设计要求它在失电时机械手仍处于夹紧状态，得电才张开机械手。所以，开机时用SET指令，将Y004置1，YA1便带电，机械手是张开的。系统的自动控制状态转移图如图3所示，根据状

10、态转移图，很容易得到梯形图程序，由于篇幅所限，在此不再赘述。图3 自动控制状态转移图手动控制程序用于实现机械手升降、夹钳放松、小车进退和运动快慢的点动控制和状态指示。当机械手工作中途停电或系统发生故障时，可使机械手手动复位。其梯形图程序如图4所示。图4 手动控制程序4 PC与PLC的联网通信在自动生产线上，各种用途的机械手和生产机械组成一个自动工作系统，用上位计算机（PC）与生产现场的PLC组成分布式控制系统，进行实时的交互通信。工作人员可根据生产现场的需要，在不中断生产的情况下，在上位机上实时地对现场参数进行修改、调整，使系统工作于最佳状态。还可在上位机上编程、监测设备运行情况、进行故障诊断

11、、显示，对系统进行管理和调度，使设备潜力得到充分发挥。图5是PC与一个机械手PLC控制系统的连接示意图。在生产线上，可采用1：n上位链接通信方式，用一台计算机管理多台设备。在上位计算机与PLC之间加一个RS232C/RS485的转换器，用于链接计算机的RS232C串行口和PLC的RS485通信适配器，可增大通信距离。PC小车慢速电机、快速电机正反转控制、机械手升降、夹钳夹紧、放松控制、机械手工作状态指示等输出控制自动手动、工件到位检测、小车原位检测、机械手升降限位检测、夹紧/放松检测、小车运动快慢控制、机械手手动控制等开关量输入信号 RS232C / RS485 PLCMITSUBISHI FX2N48MR图5 PC与PLC通信连接示意图5 结束语本文创新点是：针对本机械手执行机构由电动机和液压缸组成及顺序工作特点，系统采用PLC控制，运用步进顺控编程，简化程序，且便于调试。通过PLC本身通信接口，与上位计算机联网，构成分布式控制系统，实时地对现场参数进行监测、修改、调整，使系统工作于最佳状态。相对其它控制方式，具有很高的可靠性、较好的性价比、较强的可操作性和实用性，提高了生产效率，在实际应用中运行良好。参考文献1 孟凡军、樊亚