基于PLC控制的多功能机械手综合实验室的建设与研究.pdf

自动化 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 3 ． 0 7 ． 0 0 6 基于P L C 控制的多功能机械手综合实验室的建设与研究 魏 志丽 ，刘慎 炎 1 ． 广东松山职业技术学院， 广东韶关 5 1 2 1 2 6 ；2 ． 广东省大宝山矿业有限公司，广东韶关 5 1 2 1 2 6 摘要为适应现代工业对人才培养的需 求 ，综合 应用 的实验室 在高职类 院校T科专业 中得到大力推广。基于 P L C 控制 的多功能 机械手实验室 除能满足气动 、电动机 械手和工业机器人 的教学需求外 ，更将 现代工业 中P L C技术 、传感器技 术 、总线通信技 术、 触摸屏技术等融人到教学中，不仅为培养具有综合运用工业 自动化技术的人才提供了良好的平台，同时也为同类综合实验 室的建设提供 了借鉴作用。 关键词机械手；P L C ；高等职业院校；综合实验室 中图分类号 G 4 8 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 3 0 70 0 2 40 3 Th e Co n s t r u c t i o n a n d Re s e a r c h o f t h e Co mp r e h e n s i v e La b o r a t o r y o f M a n i p u l a t o r Co n t r o l l e d b y PLC W EI Zh i l i ’ ．LI U S h e n y a n 1 ． G u a n g d o n g S o n g s h a n P o l y t e c h n i c Co l l e g e ，S h a o g u a n 5 1 2 1 2 6，C h i n a ；2 ． Gu a n g d o n g D a b a o s h a n Mi n i n g Co ． ，L t d， S h a o g u a n 5 1 2 1 2 6 ，C h i n a Abs t r a c t I n o r d e r t o me e t t h e d e ma n d f o r t a l e n t s i n mo d e r n i n d u s t r y， c o mp r e h e n s i v e l a b o r a t o r y i s wi d e l y c o n s t r u c t e d i n e n g i n e e r i n g s p e c i a l t y o f Hi g h e r Vo c a t i o n a l Co l l e g e s ． Th e c o mp r e h e ns i v e l a b o r a t o ry o f ma n i pu l a t o r c o n t r o l l e d b y P L C c a n n o t o n l y me e t t h e t e a c h i n g n e e d s o f p n e u ma t i c ， e l e c t r i c ma n i p u l a t o r a n d i n d u s t r i a l r o b o t ， b ut a l s o a d d t h e mo d e r n i n d u s t r i a l PL C t e c h n o l o g y， s e n s o r t e c h n o l o gy ， c o mmu n i c a t i o n t e c h n o l o gy ， t o u c h s c r e e n t e c h n o l o g y i n t o t e a c h i n g， p r o v i d e s a g o o d p l a t f o r m for p e r s o n ne l t r a i n i n g o f c o mp r e h e n s i v e u s e o f i n d u s t r i a l a u t o ma t i o n t e c h n o l o g y ， a t t h e s a me t i me a l s o g i v e s t h e r e f e r e n c e for t h e s i mi l a r c o n s t r u c t i o n o f t h e c o mp r e h e n s i v e l a b o r a t o ry ． Ke y wo r ds ma n i p u l a t o r ； P LC； h i g h e r v o c a t i o n a l c o l l e g e s ； c o mp r e h e n s i v e l a b o r a t o ry 0引言 机械手是一种典 型的机电一体化装置 ，随着 机械手在冶金 、电子 、机械加工 等现代化工业生 产 中的广泛应用 ，基于各类机械手 的教学也 同时 在高等职业 院校相关专业 中开展起来 ，单一 的实 验功能不能满足现代工业对人才培养的需求 ，因 此 ，建设多功能机械手综合实验室 ，满足多专 业 、多课程需求的实验室成为一种解决方案。 为提高学生的动手能力和综合运用知识 的能 力，通过对现代工业企业对工业 自动化技术人才 的需求调研 ，大胆创新改革 ，建立了三位 一体 、 六大功能的多功能机械手综合实验室。该实验室 平 台的建成 ，不仅增加了工业 自动化专业与机械 手相关的实验 、实训课 程 ，同时也 为教师提供 了 收稿 日期 2 0 1 3 0 42 9 教学科研的平 台，使教师的学术和科研水平得到 了提高。 1 多功能机械手实验室建设方案 多 功能机 械手 实验室 主要研究 对象 为机械 手 ，包括气 动机械手 、电动 机械手 和工业机 器 人 。因此 ，本着先进 、可靠 、系统和可扩展性的 原则 ，设计 了多功能机械手实验 系统 ，投入到实 验室中使用。 1 ． 1 多功能机械手实验室的特点 1 三位一体 实现集教学 、科研和技能大赛 j 三 位一体 的功 能。 2 六大功能 具有机械和电气安装 、P L C技术 、传感器 应 魏志丽 等基于P L C 控制的多功能机械手综合实验室的建设与研究 用技术、总线通信技术、触摸屏技术 、机械手应 用技术的六大功能的综合实验室。在原有教学模 式下，各门课程的教学实验在各 自设备上独立进 行，没有整体效果 ，该实验室的投人使用，使学 生得到了各知识点在企业综合运用的训练。 3 十个机械手站 ，多变教学模式 多功能机械手实验系统 由能彼此独立 ，又互 相联系 的十个从站组成 ，每个从 站均配备一个西 门子 2 0 0 P I C 和 E M 2 7 7 通信模块 ，主站作为控制 中心 ，配备 了西 门子 3 0 0 P L C，通 过 P r o f i b u s D P 总线与各从站进行通信连接。系统总线连接图如 图 1 所示 。 一 类 主站 2 4 号站使用气动机械手将需装配的零件 1 搬运至 5 号站料 台上 ，通过 5 号站工业机器人将零 件 1 搬运并装配至传送带传送过来的底座上 ，装 配完成后通知主站控制传送带继续前行至7 号站 装配位置停止 ； 3 6 号站配备了震动盘和小传送带 ，通过 振动盘的震动 ，将零件2 送至小传送带，小传送 带将零件 2 送至终端 ，气动机械手将装配零件 2 搬 运至7 号站料台上 ，通过7 号站工业机器人的搬运 装配至底座上，并通知主站控制传送带继续前行 至9 号站装配位置停止； 4 8 号站 的零件 3 通过气动机械手被送至9 从站 5 从站7 图 1 系统总线连接图 1 ． 2多功能机械手实验系统的工作流程 多功能机械手实验系统共十一个站，一个控 制主站 ，两个站为工业机器人站 ，两个 电动机械 手站和六个气动机械手站 。其 中气动机械手站至 少配备 1 2 个气动机械手 ，同时每个站都单独配 备可编程控制器以及各类传感器，完成工件装配 的工作流程。系统实现对工件的装配流程如图2 所示 。 1 装配底座在 3 号站通过气动机械手被搬 运至传送带 ，通过传感器的检测 ，通知主站控制 传送带运行 ，传送带通过伺服电机精确控制，传 送至5 号站装配位置停止 ； l小 ⑤ ④ 传 送 带 小 ③ 小 ① 图2系统装配流程 号站，9 号站的横梁气动机械手将 零件 3 送至传送带待装配的底座上 后 ，通知主站控制传送带前行 ，至 1 1 号站的装配位置停止 ； 5 l 0 号站的零件 4 通过三维 步进电动机械手从料架搬运至 l 1 号 站 的小传 送带上 ，并通过 l 1 号 站 的气动横梁机械手搬运至皮带装 配位置上进行装配 ，完成后通过 1 2 号站 的气动 、电动混合机械手搬运 至立体料仓。 1 。 3多功能机械手实验室的功能 1 机械和电气安装 在实际企业生产过程中 ，不仅要求工程技术 人员能够对相关的设备进行调试和维护，还要求 技术人员能够对机械和电气部分进行安装 。多功 能机械手实验系统涉及轴承连接、带传动、齿轮 传动、气动传动等机械传动装置，按提供的物料 清单和装配图，正确使用装配工具和量具进行机 械安装 。除机械安装外 ，参考系统的主电路和控 制 电路的电气原理 图，按照电气安装规范 ，使用 正确的电工工具 ，进行安装 ，提高了学生的动手 能力和未来企业适应能力 。 2 传感器技术 在高职高专课程建设 中，传感器技术作为 一 门独立 的课程有专用的实验室 ，但是各类型 的传感器实验都是独立完成 的，无综合应用实 验 ，而且基本和应用环境脱节，应用环境仅限 于文字描述 。多功能机械手实验系统集中了光 自动化 电、霍尔 、电容和电感等各种类型的传感器 ， 使学生不仅掌握传感器的工作原理 ，而且扩展 了对传感器的特性参数 、选型 、安装使用 、调 试等方面的知识 。 3 P L C 控制技术 P L C作 为现代工业 自动化的 三大支柱 之一 ， 是整个系统的 “ 大脑” ，即指挥中心 ，控制着整个 系统的运行 。P L C控制技术也作为高职工业 自动 化专业学生必须掌握的技能之一。多功能机械手 实验系统使用一个西门子 3 0 0 P L C 作为主站控制 器 ，八个西 门子 2 0 0 P L C从站，适应模块化教学 的 需求 ，既可以实现单站 的P L C编程控制 ，也可实 现通信联网功能 ，使 系统在主站控制之下协调运 行 。 4 总线通信技术 多功能机械手实验系统使用西门子现场总线 P r o fi b u s D P构成通信网络。P r o fi b u s D P网络主要 用于 自动控制系统和设备及分散的 I ／ O之问的通信 网络 ，具 有开放 性好 、扩展性强 、速度 快等特 点 ，因此系统使用具有 D P口的西 门子 3 0 0 P L C作 为主站 ，八个西 门子 2 0 0 P L C从 站通过 E M2 7 7 连 接 到 主站 D P口，通过 E M2 7 7上 的旋钮 设 置站 号 ；工业机器人从 站选用 带有 P r o fi b u s 适配器 的 A B B工业机器人 ，与主站实现 P r o fi b u s D P通信 。 通过综合实训 ，使学生掌握现代工业生产 中的现 场总线工业网络 的构建和应用。 5 触摸屏技术 触摸屏技术是一种新型的人机交互方式 ，缩 短 了人 和控制器之 间的距离 ，在工业生产中得到 了广泛的应用。无论触摸屏类型如何 ，其监控组 态基本归结为如画面切换 、控制按钮制作 、变量 输入和显示 、报警记 录和过程值归档等操作 ，通 过多功能机械手实验系统中配置的触摸屏 ，实现 对系统的监控，使学生掌握触摸屏在工业应用中 的技能 。 6 机械手应用技术 机械手毋庸置疑是一种工业 自动化生产 中能 够替代人完成重复性的、危险的和长时间的工作 的电子机械装置，对节约生产成本 、提高工作效 率 、降低劳动强度具有十分重要 的意义 ，因此有 其广泛的应用和 良好的前景 ，因此掌握机械手应 用技术是现代工业对高职工业 自动化专 质的基本要求 。 多功能机械手实验系统配备了三种 的机械手 气动机械手 、电动机械手和 人 。各类气动机械手均配备 了摆动 、旋 等气缸 ，能实现升降 、旋转 、吸／ 放 、 缩等各种动作 ；电动机械手 为三 自由唐 由P L C控制高速脉冲输出 ，由步进 电机 业机器人 为六 自由度关节机器人 ，能 码垛和弧焊等各种工业应用。多功能机 系统集各种类型的机械手于一体，是一 械手综合训练的理想设备。 2 结束语 多功能机械手实验系统为模块化设 个站拆开 ，就 可 以进行单独 的控制 ，i 工业机器人、传感器技术等课程设置单 验 。多功能机械手实验系统集机械和眭 P L C 技术 、传感器应用技术、总线通信 摸屏技术 、机械手应用技术于一身 ，是 的进行机 电一体化综合实训的设备 ，因 合实训是其应尽 的使命 。同时各项高端 在多功能机械手实验系统 中的应用 ，使 种技能大赛赛前培训的不可多得 的优选 为同类综合实验室的建设提供了借鉴作户 参考文献 [ 1 ]刘炳良，刘月花． 机电一体化 系统综合实 构建与实现 [ J ]． 信息系统工程，2 0 1 0 1 第一作者简介魏志丽，女，1 9 7 8 年生，吉林 士 ，讲师 。研究领域 机电控制。已发表论文 { f 编