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学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 电磁 阀分别控制两个带弹簧复位 的单作用气 缸来驱 动 夹持机构 的机械手 ，其气动原理 图如图2 所示 ，工作过 程用一个继 电器控制 电磁 阀l 与2 的线圈的同时接通与 断开，当两个 电磁 阀线圈断开时 ，l 、2 口导通 ，3 口堵 塞，气体经l 、2 15 1 流入两个气缸 内，压缩活塞，并带动 机械手将坩埚夹紧；而当电磁阀线圈接通时，2 、3 口导 通 ，1 口堵塞，气缸 内的弹簧复位 ，将气体挤 出气缸 ， 气体沿2 、3 口排 出，机械手松开坩埚。本文 中采用常开 式电磁阀能保证 电磁 阀线圈掉电时，坩埚仍处于夹紧状 态，这样 当电源意外中断时，只要气源充足 ，坩埚就掉 不下来 ，减少不必要的损失。 打散机构气动驱动系统 是由一个 两位 五通单 电控 的电磁 阀控制一个双作用气缸推动打散机构上 的锥形锤 上下做往复运动，实现烧结矿块的打散，其气动原理图 如图3 所示，工作过程电磁 阀线圈通电，1 、4 口，2 、 3 口导通，5 口堵塞，1 口是气源 口，气体经1 、4 口流入 气缸l 室，推动活塞 向下运动 ，气缸2 室的气体经挤压通 过2 、3 口排出，实现锥形锤击打矿块的功 能；线圈掉 电 时，1 、2 口，4 、5 口导通 ，3 口堵塞，气体经1 、2 口流 入气缸2 室 ，顶动活塞 向上运动 ，气缸 l 室的气体经4 、 5口排 出，将锥形锤拉起 回初始位置。3 口和5口是排气 孔 ，应加装消音器 ，降低噪音。 夹持气缸1 夹持气缸2 图2 夹持机构气动原理 图 图3 打散机构气动原理 气缸 形锤 3 控制系统 3 _ 1 系统硬件设计 P L C 是控 制系统的核心 ，在选型 时应根 据具体 的 控 制要求 以及所需输入输出点的数量、输出方式、存 储 器容量等来确定，选 择一款满足要求的高性价 比的 P L C。在该系统 中，由于要用P L C 发送脉冲 来控 制步 进 电机 ，须采用 晶体管输 出方 式的P L C。本 设计采用 D E L T A公司型号为D V P 4 0 E H 0 0 T 3 的可编程控制器 ，其 具有2 4 个输入 ，1 6 个输出，且输 出口中有6 个为2 0 0 k H z 高速脉冲输 出口，有2 个1 0 k H z 脉冲输 出 口，满足设计 要求。在步进 电机选型时，要根据负载 的转矩、转动惯 量 、机械运动的分辨率等来选择合适的步进电机。本文 选用Ha md e r b u r g 公司的两相混合式步进 电机 和配套驱 动器 ，其中一个为Y 移动机构的单输 出轴2 3 0 3 H S 3 0 D 8 步进 电机和驱动器AS D5 4 5 R，两个控制z 移动机构 、 z 、 移动机构的双输出3 4 0 4 HS 4 0 Ul 4 ． 2 步进 电机 和配套 驱动AS D8 8 0 R，一个翻转机 构 的单输 出轴 步进 电机 3 4 0 4 H S 4 0 U 1 4 和驱动A S D 8 8 0 R 。步进驱动器的直流供电 电源由驱动器的输入电压和电机的相电流来选定，电源 的输出电压可选择驱动器输入 电压的典型值 ，而输出电 流应当是配套 电机额定 电流 的1 ． 6 倍 ，因此采用输 出功 率为1 5 0 W ，输出电压为2 4 V 的开关电源给AS D 5 4 5 R 驱 动供电，用输 出功率为l O 0 0 W，输 出电压为4 8 V的开关 电源给AS D8 8 0 R驱动器供 电。触摸屏选用DE L T A的8 寸 高彩宽屏D O P ． B 0 8 S 5 1 5 ，工作过程可在屏上动态显示 。 系统组成框图如图4 所示，供电电路图如图5 所示，步进 电机控制系统 电路 图如 图6 所示。 L N 图4 系统组成框图 K M K M 2 4 V D C R 4 8 V D C R R R 图5 供电电路图 第3 7 卷第1 1 期2 0 1 5 - 1 1 下 [ O 5 l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图6 步进电机控制 系统 电路 图 3 ． 2 系统软件设计 程序设计是控制系统设计 的关键 ，而程 序的优 劣 会直接影响到各个机构的稳定性、运动性能以及人为操 作 的便利。本系统中控制程序设计为三个环节复位程 序 、手动模式操作程序和 自动模式操作程序。其中手动 操作和 自动运行是通过旋转开关进行切换 。程序设计框 图如 图7 所示 。 0 V 24 V 图7 程序 设计框 图 3 ． 2 。 1 复位 按下复位按钮 ，各个步进 电机驱动对应的运动机构 到达设置的原点信号位，在复位过程中，机械手始终保 持夹紧状态，打散机构的气缸在拉起位 。当各机构回归 原点后，触摸屏上的原点信号灯亮 。 3 ．2 ． 2 自动模式 自动模式下 ，当光 电开关1 检测到坩埚到位后 ，传 送带停止运动 ，z ’ 轴将打散机构从原点处下降到到位开 关处，P L C 控制 电磁 阀推动锥形锤，将烧结块打散，接 着拉起锥形锤 ，将打散机构上升到原点位 置。传送 带 带动坩埚移动 ，当光 电开关2 检测到坩埚到位后停止移 动 ，P L C 控制电磁阀l 和2 将机械手松开，准备抱坩埚， 然后z 轴带动Y轴、夹持机构和翻转机构从原 点处下降 到到位 开关处，左右气缸推动夹手夹紧坩埚 。z 轴运动 提 升坩 埚到原点处 ，然后Y轴移动将坩埚带到料 斗上 方 ，由翻转机构的电机驱动使坩埚翻转1 8 0 。，将烧结 块倒下。接着翻转机构将坩埚回转到位，Y 轴运动蓟传 送 带上方，z 轴下降到位，气缸松 开，坩埚放 回到传送 带 上 。 3 _ 2 ． 3 手动模式 手动模式下 ，可以单独操作各机构运动，便于调试 与维修设备。 手动模 式要 切换 到 自动模 式前 必须要进 行复位 操 作 ，如果没有进行复位就直接切换到 自 动模式下，程序 会判断原点是否有信号，如果有就说 明当前位置 已达复 位条件 ， 自动模式开启，如果没有则装置不动作 。P LC 的U O 端子接线如图8 所示 。 f 1 _ J z 暑 殳 受 受 吴 窦 吴 曼 P L C D V P 4 O E H O O T 3 Y0 Y1 Y2 Y3 C0 Y4 Y5 Y6 Y7 C1 Y1 0 Y11 Y1 2 Y1 3C2 Y1 4 Y1 5Y1 6Y1 7C4 萎土室i耋土萎i f 塞i 譬 薹土 f 匿 靶 、- 啦 【 9 6 】 第3 7 卷第1 1 期2 0 1 5 1 1 下 图8 P L C的I ／ O端子接线 【 下转第1 0 3 页】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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