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1、镗床专用机械手PLC 控制系统设计秦展田*( 桂林航天工业高等专科学校广西桂林541004)摘要论文介绍了用FX 系列可编程控制器设计的油缸专用深孔 镗床上、下料 机械手 的电气 控制系 统, 包 括硬件 设计、 软件设计两个方面。关键词PLC; 机械手 ; 电气系统中图分类号 :T G53可编程控制器 (简称 PLC) 是以微处理器为基础 ,综合了继电器控制技术、计算机控制技术和自动化技术而开发的新一代工业控制器, 可靠性高、易于使用和维护, 广泛应用于 各种生产过程控制领域 。图 1机械手操作面板油缸专用深孔镗床上、 下料机械手是油缸自动生产线上的专用机械手, 其要完成卸料和装料动作, 并
2、且要与镗床、 料架协调。机械手由液压缸驱动。通过限 位开 关、压力 继电 器采 集信 号, 再由PLC 控制液压系统的电磁换向阀, 来控制机械手的动作。1系统的硬件设计机械手的操作控制面板如图1 所示。油泵电机的启 / 停及外部负载电源的通/ 断由总启动按钮和急停按钮控制, 手动调整或自动运行两种操作方式由转换开关( SA1) 选择。选择自动方式时, 按下启动按钮 , 机械手自动运行一个周期后停下;选择手动方式时, 用转换开关( SA2) 选择相应运动形式 , 由启动 ( 正向 ) /停止 ( 反向 ) 按钮分别控制其两个方向的运动。机械手电气系统采用限位开关 ( SQ1 SQ8)作为位置检测
3、信号, 从而实现准确定位。为了保证抓取工件时 , 手指达到足够的夹紧力后才可运动,在 夹 紧 油 缸 的 液 压 回 路 中 安 装 一压 力 继 电 器( SQ9), 作为压力检测信号。要保证机械手能准确地从料架上取到工件,须有一料架位置正确检测开关 ( SQ10) 和有无工件检测开关( SQ11) 。系统的输出信号分别接各油缸的电磁换向阀电磁铁及原点指示灯。表 1I/ O 设备名称及相应功能名称功能名称功能名称功能SB1启动按钮SQ10料架位置检测开关Y A2手指松开SB2停止按钮SQ11有工件检测开关Y A3手腕左移SQ1大臂上摆限位开关SA1-1手动Y A4手腕右移SQ2大臂下摆限位开
4、关SA1-2自动Y A5小臂伸出SQ3小臂上摆限位开关SA2-1大臂上 / 下摆动Y A6小臂缩回122005 年第 3 期(总第 39 期)桂林航天工业高等专科学校学报JOUR NAL OF GUIL IN COLL EGE OF AEROSPACE TECH NOLOGY机电技术应用*秦展田 , ( 1975 ) ,男, 广西临桂县人 , 桂林航天工业高等专科学校机械系教 师, 天津大 学机械学 院在读 硕士研 究生,讲师。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，
5、共 3 页 - - - - - - - - - 名称功能名称功能名称功能SQ4小臂下摆限位开关SA2-2小臂上 / 下摆动Y A7小臂上摆SQ5小臂伸出限位开关SA2-3小臂伸 / 缩运动Y A8小臂下摆SQ6小臂缩回限位开关SA2-4手腕左 / 右横移Y A9大臂上摆SQ7手腕左移限位开关SA2-5手指夹紧 / 松开YA 10大臂下摆SQ8手腕右移限位开关SA2-6料架转位YA 11料架转位SQ9压力继电器YA 1手指夹紧H L原点指示由于机 械手为纯开关量逻辑控制 , 所需 I/ O点数为 21/ 12, 各 I/ O 设备名称及相应功能如表所示。系统的PLC 选用 三菱 公 司生 产 的
6、 FXON40MR, 系统 硬件 接线图 如图 2 所示。为了保护PLC 输出继电器, 在电磁铁的两端各并联一阻容吸收电路 , 防止在感性负载断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC 输出点及内部电源的冲击。图 2PLC 硬件接线图2系统的软件设计2. 1总程序结构机械手有手动和自动两种工作方式, 由万能转换开关 SA1 选择。在手动操作方式下, 各种动作都是用按钮控制来实现, 其控制程序可单独设计,与自动工作方式控制程序相对独立。因此总程序设计成两段独立的部分:自动操作程序和手动操作程序。其结构框图如图3 所示。当选择手动操作方式时 , 输入点 X015 接通, 其常闭触点断开,执行手动
7、程序 , 并且 X016 常闭触点闭合, 则跳过自动程序段。若选择自动操作方式, 则跳过手动程序,执行自动程序段。图 3总程序结构框图2. 2 手动操作程序设计手动操作主要用于检修调整, 通过按钮对机械手的每一步动作进行单独控制。例如, 当选择小臂伸 / 缩运动时 , 按下启动按钮, 小臂伸出 ;按下停止按钮 , 小臂缩回。其它动作以此类推。这样, 其控制较简单 , 可按照一般继电器控制系统的逻辑设计法来设计。为了安全起见, 程 序中设置了联锁保 护。例如 , 只有大臂竖立时小臂才能上/ 下摆动 ,因此小臂上 / 下摆动用大臂上限条件作为联锁保护。还有小臂处于上限位时, 才允许大臂上 / 下摆
8、动 ;小臂伸出时料架不能转位。另外,由于大、小臂和手腕、 手指的运动都采用双线圈三位电磁阀控制, 两个线圈不能同时通电 , 因此在其电路中设置互锁环节。2. 3自动操作程序设计在正常运行时 , 机械手处于自动操作方式。深132005 年第 3 期( 总第 39 期 )桂林航天工业高等专科学校学报JOU RNAL OF GUILI N COLL EGE OF AEROSPACE TECH NOLO GY秦展田 / 文名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 -
9、 - - - - - - - - 孔镗床在加工零件时, 机械手大臂竖立、 小臂伸出并处于水平、手腕横移向右、 手指松开 , 即处于原始位置 , 原点指示灯亮。加工完毕后, 按一下启动按钮 SB1,机械手动作顺序为: 原始位置 ( 大臂竖立、小臂水平且缩回、 手腕横移向右、 手指松开 ) 手指夹紧 ( 抓住卡盘上的工件)手腕横移向左( 从卡盘上卸下工件 ) 小 臂上摆大臂下摆手指松开(将工件放在料架上) 小臂缩回料架转位小臂伸出手指夹紧(抓住待加工的工件) 大臂上摆(从料架上取走工件)小臂下摆手腕横移向右(把工件装到卡盘上) 手指松开 ( 原位 ) 。机械手完成一个自动循环后处于原始位置, 然后
10、深孔镗床开始加工。待加工完毕, 再按启动按钮, 机械手又重复上述动作。这是一个典型的按顺序动作的步进控制系统, 可用 PLC 的步进指令编程。3结束语用可编程控制器设计的机械手电气控制系统,线路简单 , 系统的可靠性高, 功能强 , 整个系统运行稳定、精确。同时还可根据需要对其进行功能扩展 , 如与自动化机床联合控制, 可组建自动化生产线。参考文献1王兆义小型可编程控制器实用技术 M北京 : 机械工业出版社,19972刘治平等编著机床电气自动控制 M 天津天津大学机电控制教研室, 19933秦展田PLC 应用中节省输入点的设计方法 J桂林航天工业高等专科学校学报, 2002( 4)4董继成用 PLC 控制生产线自动机械手 J中国仪器仪表 , 2004( 2)( 责任编辑李卫华 )142005 年第 3 期( 总第 39 期 )桂林航天工业高等专科学校学报JOU RNAL OF GUILI N COLL EGE OF AEROSPACE TECH NOLO GY秦展田 / 文名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -