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第 3期 总第 1 6 6期 2 0 1 1年 6 月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGl NEERI NG ＆ AUT0MATI ON No ． 3 J un ． 文 章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 3 0 1 4 9 - 0 2 基于 P L C的柔性 生产 线送料机械手控制 系统设 计 胡 云 堂 九江学院 机械与材料工程学院 ，江西 九江3 3 2 0 0 5 摘 要介绍 了秉 性生产 线送 料机械手的液压系统 、P L C控制 系统的设计 ，以及控制界 面齄授屏 的界面设计 与 仿真。实践 证明设计合理 、性能可靠，达到 了预期的 目的。 关 键词 柔性生产线 ；机 械手 ；控制系统 ；送料 中 圈 分 类 号 T HI 6 5 ． 1 T P 2 4 1 文 献标 识码 A 1 柔性生产 线 的送料 机械 手 机械 手一般 由执 行 系统 、驱 动 系统 、控 制系统 和 人 工智 能系统组 成 ，主要 完成 移动 、转 动 、抓取等 动 作 。其 中控制 系统 是机械 手 的核心 指挥 系统 ，它通 过 控 制驱 动系统 ，让执 行器 等结 构部 件按 照规定 的要 求 进 行工 作 ，并 检测其 动作 正 确与 否 ，从 而J 颐利完成 各 种动作 。 送 料机械 手一 般应用 在 自动生 产线 上 ，在特定 的 工作场 合来完 成 传送 零 部 件 、材 料 或者 产 品 的工作 ， 可 以把 材料 或者 产品从 一条 生产线 转送 到另 一条 生产 线，把待加工或者待处理的材料从待加工处输送到加 工机床 的特定 位 置 ，也 可 以把材料 从一 个加 工工 作 台 移送到 另一个 加 工工作 台 。图 1为机械 手基 体 的运 动 示意 图。该机 械 手采用 圆柱 坐标 型式 ，具有 5个 自由 度 ，能 实现抓 手 的抓取 和放 松 、手 臂 的伸 缩 、立柱 的 升降和旋转及基座的移动等独立运动。其 中基座的移 动可将 零件或 产 品从 一 条生 产线 取 出送 到有 一定 距离 的另一条生产线 ，增 加 了机械手 的有 效运动 范围。 2送 料机械 手控 制 系统 设计 该 送料 机械 手控制 系统 主要包 括 液压 系统控 制 回 路及其 相应 的 P L C控 制 系统 。另 外 ，结 合 当前 控 制 领域 的最 新发展 情况 ，采 用触摸 屏作 为控制 界 面 ，使 机械 手 的操 作更 加简单 和直 观 。 2 ． 1 液 压 系统 控 制 回路 设 计 考虑到实际使用情况，结合液压传动系统具有输 出力 大 、重 量轻 、惯性 小 、调速 方便 以及易 于控 制等 收稿 日期 2 0 1 1 0 l l 1 ；修回 日期 2 0 1 1 ． 0 2 2 1 作者简介 胡云堂 1 9 7 1 一 ， 男 ， 江西宁都人 ， 讲师 ， 硕士。 特点，因此 ，该机械手采用液压系统控制。送料机械 手 液压 系统控 制原 理如 图 2所 示 。该 系 统能实 现立 柱 升降、手臂伸缩、抓手抓取 、立柱旋转及基座移动等 运 动 ，采用 调速 阀控制 相应 的运 动速度 ，具 有运 动速 度 稳定 且不受 负 载影 响的优 点 。 1一抓 手 抓 取 ；2一子臂 伸 缩 ；3一立 柱 升 降 ； 4一立柱旋转 ；5一基座移动 图 l 机 械 手 基 体 的运 动 示 意 图 2 ． 2 送 料机 械手 P L C控 制 系统设 计 根 据送 料 机 械 手 的 工 作 要 求 和运 动 循 环 工 作 过 程 ，选 用三 菱 F X 系 列 中 的 F X ， 一6 4 MRE S ／ U L P L C作 为控 制 系 统 的 控 制 器 。该 型 号 P L C集 成 的数 字量输 入／ 输 出 为 3 2 ／ 3 2 ，内 置 R A M 存 储 器 8 0 0 0 步 。图 3为 P L C控制 系统 的外 部 I ／ O连 接 图。 2 ． 3 触 模 屏 控 制 界 面 的 设 计 三 菱公 司 为了方 便 用 户进 行 触 摸 屏 的 画 面设 计 ， 开发 了 自 己 的 画 面 设 计 工 具 软 件 G T D e s i g n e r 2 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 5 0 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 1年 第 3期 应用该 软件 ，我们 开发 了送料机 械手 控制 系统 控制 界 面 ，见 图 4 。设计 时为 了验证 系统 界 面 的正 确性 与 可 行 性 ，应用三 菱公 司的 G O T触 摸 屏 的界 面 仿 真 软件 G T S i mu l a t o r 2 ，对 控 制 系统 的 各 个 界 面 进 行 仿 真 模 拟 。结果显示 ，所设计 的送 料机械 手控制 系统 界面达 到了预期 的效 果 。 立柱升降缸 手臂伸缩缸 机械抓手缸 立柱旋转缸 基层移动缸 图 2 送 料 机 械 手 液压 系 统 控 制原 理 图 图 3 P L C控 制 系统 的 外 部 I ／ O连 接 图 手动运行操作运行方式 回原点运行操作方式 单步运行方式 单周期运行方式 连续循环运行方式 回原点启动按钮 启动按钮 停止按钮 立柱升降缸上限位开关 立柱升降缸下限位开关 手臂伸缩缸左限位开关 手臂伸缩缸右限位开关 机械抓手缸左限位开关 机械抓手缸右限位开关 立柱旋转缸逆时针限位开关 立拄旋转缸簸时针限位开关 基座移动缸移回限 位开关 基座移动缸移出限位开关 立柱下降 立柱上升 手臂伸出 手臂缩回 抓手夹紧 抓手放松 立柱顺转 立柱逆转 基座移出 基座移回 下转 第 1 5 2页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 5 2 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 1 年第 3期 一 台水泵 排水 ，当水 位达 到上 限时陆 续启 动多 台水 泵 排水 ，低限时陆续停泵 ，实现了水泵 自动开停控制。 5 控 制 程 序将 水 泵 启 停 次 数 及 运 行 时 间 和停 车时间等参数 自动记录并累计 ，根据这些运行参数按 照一定 顺序 自动启 、停 水泵 ，使 各水 泵 的使用率 分 布 均匀 。 同时将 故障泵 自动退 出轮换 工作 ，其余 各泵继 续按一定顺序 自动轮换 ，达到了有故障早发现、早处 理 ，以免影 响矿井安 全 生产 。 6 当系统设备 出现故 障时，通过上位监控画 面及时向工作人员提供声光报警 ，以便及 时采取措 施 。 3 ． 2 半 自动控制 功能 根据实 际需要 可 以切换 到半 自动控制 方式 。在此 方式下 ，操 作人员 可 以在 上位操 作员 站手 动启停水 泵 及 相关 设备 。 3 ． 3就 地控制 功能 当各设备工作方式切换到就地位置时，可以人工 就地控 制设备 的启停 ，该功 能可用 于设备 的检修 。 3 ． 4保 护 功 能 1 超温保 护当水泵 、电机轴承及定子温度 超过警 戒值时 ，可提供 超限报警 。 2 电机保 护 通 过 监 测 电 机 电流 和 电 压 、水 仓水 位 等参数进行 电机保 护。 3 电动阀门保护检测 电动阀门的故障信号， 并参 与水泵 的联锁控 制。 4 经 济效益 与社会效 益 安装 该 系 统 后 ，每 天 每 班 可 减 少 水 泵 房 司机 2 人 ，每工 按 1 0 0元计 算 ，每 年 可节 约用 工 资金 3 6 5 2 X 3 x 1 0 02 1 ． 9万 元 。 系统保 护齐全 ，运行安全 可靠 ，减少 了事 故的发 生 ，同时降 低 了 水 泵 工 的劳 动 强 度 ，改 善 了工 作 条 件，使水泵工的工作由重体力劳动向轻体力、脑力劳 动转 变 。 Ap p l i c a t i o n a n d Re s e a r c h o n M a i n Dr a i n a g e Pu mp Au t o m a t i c Co nt r o l S y s t e m i n Un d e r g r o u n d Co a l M i n e ZHAO Li q i S h a n x i J i n c h e n g C o a t Mi n i n g G r o u p ， J i n e h e n g 0 4 8 0 0 6 ，C h in a Abs t r a c t Th e c o a l mi n e ma i n d r a i n a g e pu mp a u t oma t i c c o nt r o l s y s t e m c a n c o n t r o l t he pu mp s t o s t a r t a nd s t o p a u t o ma t i c a l l y i n t i me by d e i c e rin g t h e wa t e r l e v e l a n d wa t e r s t o r a g e pa r a me t e r s ，a n d ma k e t h e p u mp s b e s c h e d u l e d p r o p e r l y ． Th e a p p l i c a t i o n o f t h e s y s t e m i n t h e ma i n d r a i n a g e p u mp s t a t i o n h a s r e a l i z e d t h e a u t o ma t i c c o n t r o l o f mi n e d r a i n a g e p u mp s ，a n d r e a c h e d t h e a i m o f r e d u c i n g ma n p o w e r a n d r a i s i n g t h e e ffic i e n cy an d e v e n I 1 0 一ma n c o n t r o 1 ． Ke y wor d sma i n d r a i n a g e p u mp；a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m ；a pp l i c a t i o n a nd r e s e a r c h l⋯l⋯⋯⋯，⋯I l，l 2 1 Pm’．1 ，，，， ，mm，，， ，， m’，，， ， ， ，lm， ’m，ll， ’m’mm’m．1l --，， ，，，l l 上 接第 1 5 0页 3结束 语 图 4送料 机械 手控 制系统界面圈 送料机 械手属 于 工控 领 域 中 的小 型机 械 手 ， 本文 介绍 了送 料 机 械手 的 液压 系 统 和 P L C控 制系 统 以及 控制界 面触摸 屏 的界面设 计 与仿 真 。该机 械手 具有 5 个 自由度 ， 功能更加完善， 结构更加合理， 控制更加灵 活 、 方便 ， 在柔性 生产线 上将会有 很大 的发展 空间 和广 阔的应 用前景 。 参考 文献 [ 1 ] 曾实现 ， 薛蕊 ， F X 2 N系列 P L C实现机械 手的设计 [ J ] ． 工 程技 术， 2 0 0 9 1 4 5 4 6 ． [ 2 ] 刘瑞 ．触 摸屏 技术 及 其性 能分 析 [ J ] ． 装备 制 造技术 ， 2 0 1 0 2 6 9 7 6 ． [ 3 ] 王世红， 徐世许 ， 张传林 ．送料 机定长送料的伺服控制系 统设计 [ J ] ． 机械工程与 自动化 ， 2 0 1 0 1 1 5 2 1 5 3 ． De s i g n o f Fe e d i n g M a n i p u l a t o r Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n P LC f o r Fl e x i b l e Pr o d u c t i o n Li n e HU Yun- t an g S c h o o l o f M e c h a n i c a l ＆Ma t e r i a ls E n g i n e e r i n g ．J i u j i a n g U n i v e r s i t y ． J i u j i a n g 3 3 2 0 0 5 ．C h i n a Abs t r a c t Th i s p a pe r a c c o mp l i s h e d t h e de s i g n a n d s i m u l a t i o n o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m ，PLC c o nt r o l s y s t e m ，t o u c h i n g s c r e e n c o nt r o l i nt e r f a c e o f a f e e d i ng ma n i p u l a t o r f o r fle x i b l e p r o d u c t i o n l i n e．P r a c t i c e S H O WS t h a t t h e de s i g n i s r e a s o n a b l e，t h e p e r f o r ma n c e i s r e l i a b l e ， a n d t h e d e s i r e d r e s ul t i s r e a c h e d． Ke y wo r ds fle x i bl e p r o d uc t i on l i n e；ma ni p ul a t o r；c o nt r o l s y s t e m；f e e di n g 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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