基于PLC的气动安装搬运机械手设计.pdf

工 业 基于P L C的气动安装搬运机械手设计 罗庚 兴 ．欧 阳锡 畅 1 ． 广 东松 山职 业技 术学院电气 系， 广 东韶关 5 1 2 1 2 6 ；2 ． 广东韶 关钢铁集 团有限公 司， 广 东韶 关 5 1 2 1 2 3 搬运机械手 的设计 。阐述了安装搬运机械手的结构和工作原理 ，以 P L C为核心 ，进行 了气动控制 回路 栅电 和软件设计 。通过在模块化生产系统中应用 ．实现 了工件 的平稳搬运和准确安装等功能 气动控制 回路 电气控 制系统 中图分类号 T P 2 4 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 0 0 7 0 0 3 3 0 3 1 引言 气 动机 械手作 为机 械手的一种 ．具有结构 简单 、重量 轻 、动作迅速 、工作可靠 、节能和环保等优点 而被广泛应 用。本文介绍一种用于模块化生 产系统 Mo d u l a r P r o d u e 。 t i o n S y s t e m，简称 M P S 上 的气动 安装 搬运 机械 手装 置 ， 该装置融合 了机 电一体化 、电气 自动化等专业所 涉及 的机 械传 动技术 、位 置检测技 术 、气 动技术 、P L C控 制技 术 、 通信技术等知识 ．且 由于操作 的对 象和信息输入输 出的元 件都是实际生产 中采用的 ．所 以非 常适 合作 为专业综合实 践和专业课程综合实训平台 ，培养学生 的专业知识综合应 用能力和创新能力 2安装搬运机械手 的结构和工作原理 安装搬运机械手是 MP S装置第 3站 的主体设备 ，主要 功能是 。将加工站加工好的工件 l 搬运 到安 装工作位 ，然 后发出安装请求指令 。待安装站将工件 2安 装到工件 l中 后 ，再将组装好 的成 品搬运到分类站分类位。 安装 搬运 机械 手 的结构 示 意如 图 l 所 示 ．主要 由夹 钳 、升降气缸 、左右气缸 、磁性 开关 、电磁 阀、气源 处理 组件 、支架等组 成。 夹钳用于实现工件的夹 紧和放 松。升降气缸使机 械手 升 降，实现提升和放下工件 的动作 。左右气缸配合旋 转齿 轮实现机械手旋转和停 留。机械手 可在加工站取料位 、安 装工作位和分类站分类位 3个位置 之间旋转停 留。停 留位 置 由左右气缸上 的磁性开关共同检测判断。 3气动控制 回路设计 安装搬运机械手 的气动控 制回路如 图 2所示 。气动系 收稿 13期 2 0 1 0 ～ O l 一 2 6 1 ． 夹 钳2 ． 升 降气 缸3 ． 安装 工作 位4 ． 加 工站 取料 位 5 ． 支架6 ． 左气缸7 ． 右气缸8 ． 分类站分类 位 图 I 安装搬运站结构图 统 由气源 、气 动三联 件 0 Z 、电磁 阀 、节 流阀 和各 种气缸 组成 。气源工作压力 最小 6 b a r ，最大 8 b a r 。左右气缸 的 换 向阀采用二位五通双 电控 电磁 阀 ，升降气缸和夹 紧气缸 的 换 向 阀采 用 二 位 五 通 单 电控 电磁 阀 。 电磁 阀 均选 用 A I R T A C公 司型号为 4 V1 1 0 一 M5的产 品。气 缸选用 S MC公 司的产品 ，左右气缸选 C D U 2 0 5 0 D型号 ，升 降气缸 3 A选 C D M2 B 1 0 3 0型号 ，夹 紧气 缸 4 A选 MH Z 2 一 I O DI E型号 。 为了使各执行元件运动平稳 。各气缸 2个 气 口装有单 向节 流 阀 ，型号选 择为 S MC公 司的 A R J 1 0 2 0 F M5 。升降气缸 [二] Ⅱ 控 制 位置检测开关 选用 S MC公 司的 D C 7 3产 品，左 右气缸位 置检测开关选用 S MC公司 的 D A 9 3产品 ．夹 钳上不用位 置检测开关。 共 l 2个开关量输入信号 输 出信号有 电磁阀控制信号 4 个 ，与加工站 、安装站和分类 站的联络信号 4个 ，共 8个 开关量输 出信号 。输入输 出信 号的具体作用和地址分配如 左气缸 l A 右气缸2 A 升降气缸3 A 灾它 ll 气缸● A SI I S 2 2 SI 2 S 2 3 SI 3 S2 图 2 安装搬运机械手气动控制 回路 4电气控制 系统设计 4 ． 1电气 元件布 置与 P L C的 I ／ 0接 口分配 安装搬运 机械 手的检测 和执 行电气元件布置示 意如图 3所示 。当 1 V 2和 2 V 2得电时 ，左缸 和右缸 活塞均伸 出 ， 控制机械手左转到加T站取料位上方 ；当 1 V 2和 2 V l得电 时 ．左缸 活塞伸 出而有缸活 塞缩 回 ，控制机械手旋转到安 ，s ii 日 目 w 日 w 日 图 3 安装搬运机械手 电气元件 布置示意 图 装工作位上方 当 1 V 1和 2 V 1 得 电时，左缸和右缸活塞均 缩 回．控制机械 手右转到分类站分类位上方 。 根据控 制要求并 结合 图 3分析 ，P L C的输入信 号有 起停控 制信号 3个 ，位置检测信 号 6个 ，联络信 号 3个 ， 表 l 所示。通讯继 电器和 电磁阀的线圈 均 为 D C 2 4 V 。 选 用 三 菱 F X 2 N一 4 8 MR 型 P L C 。2 4点 直流输入 ，2 4点继 电器 型输 出 ，并 向外 提 供 2 4 V 直流 电源 ， 完全可以满 足控制要求。 安装机械手接受的联络信号有 加 工站工件 1到位 ．发 出的取料请求信号 3 C 4 安装站将 工件 2安装 到工件 1中 后 ，发出的安装完毕信号 5 C 4 ；分类站 分类 位准 备好 ，发 出 的放 料请 求信 号 6C4。 安装机械手发出的联络信号有 安 装 机械手 从加工 站取料 位取走 工件 1 ， 向加工 站发送 的取料 完毕信号 4 C 3 ；安 装 机械手将工件 1放好在安 装平台上 ． 向安装 站 发送 的安 装请 求 信号 4 C 5 A 安装机械手将安装好的成 品从安装平台 取走后 ．向安装站发送 的搬取结束信号 4 C 5 B ，用于安装站复位 ；安装机械手将成品放到分类 站的 分类位后 ．向分类站发送 的放料完毕信号 4 C 6 。 因为安装搬运 机械 手的通讯输 出信号与加 lT站 、安装 站 、分类 站的通讯 接收信号均分属两个不 同的电路 ，故通 讯信号通过中间继电器来实现隔离。继 电器 K 1 处理取料完 毕信号 ．继电器 K 2用来处理放料完毕信号 ，继电器 K 3用 来处理安装请求信号 ，继 电器 K 4用来处理搬取结束信号。 表 l 安装搬运机械手 P L c的 I ／ 0地 址分配表 4 ． 2 P L C控制 程序 1 控制 功能要求 安装搬运机械手控制系统分 为单站控 制 、联络控制和 停止控制三种控制功能 。 工 业 单站控制。初始时机械手支架位 于左边 、手臂位 于上 端 、钳 爪松开 。按下 单站启动 按钮 S B 1 。机械 手将工件 1 从加工站搬运到安装工作 台，延时一段 时间后 ，再将工 件 1搬运到分类站 。然后 机械手返 回原 位 ，完成 一次工作循 环。如果没有停止信号 ，安装搬运机械 手按 照以上过程循 环进行工作。注意 ．要将安装工作 台 、分类 站放料 台的工 件及时拿走 ，否则容易损坏机械 。 联络控制 。当加工站 工件 1准备好后 ，按下联 络按钮 S B 2 ，安装搬运机械 手将工件 l搬运 到安 装工作 台 ，等 待 安装站将工件 2安装到工件 1中后 ．安装搬运机械手再将 组装好的成品搬运到分类站 ，然 后机械手返 回原位 。完成 一 次工作循环 。如果没有停止信 号 ．安装搬运机械手按 照 以上过程循环进行工作 。安装搬运站 、加工站 、安装 站和 分类站之 间应该有 良好的互锁 控制 ，即加工站 没准备好 ， 安装搬运站机械 手不能去取工 件 1 工件 1 没 有在安装工 作台放置好 ，安装站不能工作 ；安装 未结 束 ，安装搬运站 不能去取成品 ；分类站 没准备好 ，成品不能下放。 停止控制 。任何时候按下停 止按钮 S B 3 ，控制 系统在 完成 当前工作 周期结束后 自动停止工作。 2工 艺 流程 按照上述控制要求 ，安装搬 运机械手 的工艺 流程如图 M8 0 0 2 S 0 初始步 MO M 1 S 1 0 机械手复位 圆T X IO X 4 s2 0 机 械 手 原 点 I 21 M l 机械手下降I ] 2 2抓料延时 T 2 3机械手 卜升 Xl 0 S 2 4机械手右转／ 发4 C 3 2 6放料延时 二工 2 7 机械予 l 丁 } Xl 0 二] 圳们 竺 竺 三 竺lI 二正 ． 竺 兰 I I- 9 “1 s 3机械予 I ‘ I __ __- 。。 __- __ __ __ ___ __ __ ___ -_ __ __ ___ __ _一 卞 x 1 0 苏 二 l二 兰 兰 竺 竺 竺 I 土 竺 ⋯ 竺 竺 三 二 竺I 回X 7 s3 5 放 料 延 时 l 二]亘二 s 3 6 机 械 币 上 升 l 二二巨 X4 X6 图 4 安装搬运 机械手控制顺序功能图 4所示 。用 MO记忆联络起动信 号 ，用 M1 记忆单站起动信 号 ，MO和 M1 之 间有互锁 ；按下停 止按钮 S B 3 ，断 开 M 0 和 M1 。P L C上电后 ，系统进人初 始步 S 0 。不论是 单站工 作方式 MI得电 ，还 是联络工 作方式 MO得电 ，首 先均执 行机 械手 复位操 作 。机械手 复位 操作 时 ．完成 夹钳松 开 4 V断电 一 手臂 上升 3 V 断电 一 手臂左 转 1 V 2和 2 V 2得 电 ，安装机械 手左转 到加工站 取料位 上方 ，此 时 上 限位开关 3 S 2 Xl O 、左缸 右限位开关 1 S 2 X 4 、右缸 左 限位 开关 2 S 2 X 6 均接通 ，表示 复位完成 ，机械手进 人原点 等待步 2 0 。若是单站 工作 方式 ，机 械手延时进入 下降步 2 1 。若是联络工作方式，机械手等待取料请求信 号 3 C 4 X1 2 到来后 ，进入下降步 2 1 。此后 机械手完成 抓料 S 2 2 一 上升 S 2 3 一 右转 S 2 4 一 下降 S 2 5 一 放料 S 2 6 一上 升 S 2 7 一 安装延 时 S 2 8 下 降 S 2 9 一 抓料 S 3 0 一 上升 S 3 l 一 右 转 S 3 2 一 下 降等 待 S 3 3 一 下 降 S 3 4 一 放 料 S 3 5 一 上 升 S 3 6 一左转 S 3 7 一 原位 S 0等一系列动作。 单站和联络工作方式 的区别在于转换 条件的不同和特 定 步需要发送联 络信号 。转换方 式上 在 2 0步 的转 换 ， 联 络工 作方 式需 等 待取 料请 求 信号 X1 2 在 2 8步 的转 换 ，联 络工 作方式需等待安 装完毕信号 X1 3 ；在 3 3步的 转换 。联 络工作方式需 等待放料请求信号 X1 4 。发送联 络 信 号方 面 2 4步时 ，需 发 送取 料 完毕 信 号 4 C 3 Y 0 ； 2 8步 时 ，需 发 送安 装请求 信 号 4 C 5 A Y 1 ； 3 2步 时 ， 需发送搬取结束 信号 4 C 5 B Y 2 ； 3 7步时 ，需 发送放料 完毕信 号 4 C 6 Y 3 。 5结束语 利用 P L C对安装机械手实现 了自动控制 ．很好地实现 了安装搬运 的取料 、放料 、安装和联络等功 能。控制系统 在 国产 Y L 一 1 0 1型 MP S实训装置上运行 ，经实践检验 ．设 备动作顺畅 、性能稳定 、可靠性高。 参考文献 [ 1 ]黄伟玲．基 于 P L C的气动搬运 机械手设 计 [ J ]．煤矿机械 ， 2 0 0 9 ，3 0 1 0 2 O 一 2 2 ． [ 2 ]张铁轶 ，何 国金 ．黄振峰．基 于 P L C控 制的混合型 气动机械 手的设计与 实现 [ J ]．液压与气动 ，2 0 0 8 9 6 8 ． [ 3 ]MI T S UB I S H I公 司．F X 2 N 系列微 型 可蝙程 控 制 器使 用手 册 [ Z ]． [ 4 ]吴明亮 ，蔡 夕忠．可编 程控 制器 实训教程[ M]． 北京 化学 工业 出版 社 ．2 0 05 ． [ 5 ]刘增辉．模块化生产加工 系统应 用技术 [ M]．北京 电子工 业 出版 社 ．2 0 05 ． [ 6 ]姜佩 东．液 压 与气动技 术[ M]．北京 高等教 育 出版社 ， 2 O 0 2 ． 第一作者简介 罗庚兴 ，男 ，1 9 7 2年生 ，湖南郴州人 ，硕士 ，副 教授 。研究领域 P L C控制及 自动化 、高等职业技术教育 。 编辑 吴智恒J