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1、2 0 0 7 年第9 期液压与气动5 7自动供料机械手的P L C 控制系统设计赵美宁，王佳P L CC o n t r o lS y s t e mD e s i g no fA u t o m a t i cF e e d e rMa n i p u l a t o rZ t l A OM e i n i n g，W A N GJ i a(西安工业大学，陕西西安7 1 0 0 3 2)摘要：该文对自动供料机械手的整体结构、工作原理、气压传动系统、驱动装置和控制系统进行了分析和设计。在自动供料机械手控制系统设计中，根据机械手的工作流程，选用s 7 2 0 0P L C 作为控制核心，制定了
2、可编程序控制器的控制方案。通过以上各部分的工作，得出了经济型、实用化、高可靠性自动供料机械手的设 十方案，对其他类型的自动控制系统的设计也有一定的借鉴价值。关键词：自动供料机械手；可编程控制器(P L C)；控制系统中图分类号：T H l 3 7 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 0 4 8 5 8(2 0 0 7)0 9 0 0 5 7，0 41 前言某集团有限公司加工弹药引信壳体，其传统的加工工艺是通过车床车出外锥面再车内孔，其缺点是不能充分的利用原材料，且加工费时。随着加工技术的不断完善，目前弹药引信壳体加工改为通过温挤压机来实现的，但从中频感应加热炉加热出来的1 0 0 0。C 棒
3、料需要送到温挤压机工作台的模具中挤压，高温棒料不利于工人手工操作，本文就此需求设计出了一种耐高温自动供料机械手，来提高工作效率。2 工作原理本机械手用于将中频感应加热炉加热的坯料自动送入到温挤压成型机中的成型工位，同时控制温挤压成型机的成型动作、中频感应炉的出料时间。(1)中频感应加热炉负责坯料工件的加热，当前端的坯料在中频感应加热设备显示坯料已加热至所需温度，则向机械手控制系统发出可以出料的信号，同时需要此系统检测到热压成型机中的前道热压成型已完成并出料，机械手控制装置根据中频感应加热设备出料情况，控制机械手伸出，准备接料。(2)当中频感应加热炉出料时，坯料呈水平方向，机械手控制系统控制机械
4、手手指将料夹持，然后控制底座旋转9 0。，到指定位置后，机械手控制系统收到位置信号后再将坯料送至热压成型机前，同时，夹持坯料的机械手手指旋转9 0。使坯料呈垂直方向，整个手臂下降至合适的高度。(3)机械手控制系统控制手臂伸至热压成型机成型工位，并控制机械手手指将料松开，完成送料。并延反方向返回。(4)机械手控制系统控制装置收到机械手到位并撤除的信号后，发出指令到热压成型机，热压成型机开始成型。此系统控制装置继续接受中频感应加热炉坯料加热到达温度的信号，并准备开始下一循环的工作。(5)当后端的液压成型机出现故障，机械手控制系统发出信号，停止感应加热炉出料和机械手的动作，发出故障报警信号。本设计中
5、设计的机械手如图1 所示，它共有5 个自由度。即底座回转、左右移动、卜下移动、工件回转、手指抓握。图1 机械手外型示意图3 机械系统设计由于本机械手所夹持的工件质量不大，所需臂力收稿日期：2 0 0 7。0 4 2 7作者简介：赵美宁(1 9 6 4 一)，女，陕西西安人，副教授，一直从事机械设计与科研工作。万方数据5 8液压与气动2 0 0 7 年第9 期较小，且气压传动方式具有使用、维修方便、安全、可靠、成本低、寿命长等特点，冈此本机械手全部采用气压传动方式。3 1 手部结构设计本机械手从中频感应加热炉中抓取工件时，工件为水平放置，而送至温挤压成型机模具腔中时，需要工件为垂直放置，凶此需设
6、有夹紧动作和回转动作才可满足工作的要求。(1)夹紧动作的实现本机械手采用夹持式手部，且由于所要夹持的坯料为圆形零件且直径变化范同较大，故采用S M C 的平行开闭型气动手爪，其型号为：M H Z 2 4 0 D。由可编程控制器控制电磁阀动作，从而控制手爪的张闭。为了使本机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，用以各种尺寸不同的坯料。(2)回转动作的实现机械手回转运动采用S M C 的标准回转式气缸C D R B I B W 5 0 9 0 D，使工件由水平位置旋转9 0。至垂直位置。3 2 躯干结构设计躯干由底座和手臂两大部分组成。底座是支撑机械手全部重量并能带动手臂旋转的机构
7、。本机械手的所有气动元件都将采用标准化的气动元件。底座采用旋转气缸驱动。这里选用最新型的齿轮齿条式摆动马达，由两个带齿条的活塞驱动一个齿轮，其输出扭矩比普通摆动马达大一倍。查参考文献，选择双作用薄型齿轮齿条式摆动气缸。当工作压力在O 5M P a 时，输出扭矩为5 3N I T I，缓冲方式为气缓冲，允许动能O 4 0J，摆动角度9 0。，可调角度范围5。，摆速可调范围0 2 1 0s 9 0。最小使用气压0 1 5M P a，最大使用气压1 0M P a。而且气缸重复定位精度0 1。，满足设计要求。手臂是机械手的主要部分，它是支撑手爪、工件并使它们运动的机构。本设计中手臂由横轴和竖轴组成，可
8、完成伸缩、升降的运动。可选标准气缸，完成伸缩运动和升降运动。4 驱动系统设计机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。本机械手采用气动方式来实现工件的水平运动、垂直运动、旋转运动和摆动。气动原理如图2 所示。(1)水平、垂直运动部分压力空气经过电磁阀V 2l 或V 2 2 进入x 轴运动气缸，当需要实现手指向前图2 机械手气动系统原理囤伸出运动时，电磁阀V 2 1 打开空气进入气缸的无杆腔，气缸伸出；同理当要实现收缩运动时，电磁阀V 2 2 打开，空气进入伸缩气缸的有杆腔，气缸缩回。、电磁阀V 31 和电磁阀V 3 2 控制机械手的上下垂直运动，当电磁阀V 3 1(v 3 2)打开时，压力
9、空气进入气缸的无杆腔(有杆腔)，气缸实现上(下)运动。(2)旋转运动部分压力空气经过电磁阀V 5 1 或V 5 2 阀进入R 轴运动气缸，当需要底座从O。转到9 妒时，电磁阀V 5 1 控制气体进人回转气缸0 叫则，气缸旋转带动底座旋转，实现机械手0。9 0 啪旋转动作；当需要底座从9 0 0 一0。旋转时电磁阀控制气体进入汽缸9 0 0 度侧，R 轴运动气缸实现旋转到俨，带动底座旋转，完成机械手的9 0 0 0 0 动作。同理，电磁阀(v 4)控制压力气体进入z 轴旋转气缸的o o 或9 0。侧，旋转气缸的旋转带动工件的0。或9 0。的旋转。(3)夹紧、松开运动部分压力空气经过电磁阀v l
10、进入H 轴运动气缸，当需要实现手指夹紧工件时，电磁阀v 1 打开空气进人气缸的无杆腔，气缸夹紧；同理当要实现松开工件时，电磁阀V1 闭合，空气进人气缸的有杆腔，气缸松开工件。5 控制系统设计根据机械手的工作要求和工作原理，选用P L C 作为控制系统的控制器，确定I 0 点数，并对控制系统硬件进行设计，同时对P I C 控制系统进行软件编程。5 1 控制流程机械手工作流程如图3 所示。52 控制系统P L C 选型与I 0 点确定(1)P L C 的选择可编程控制器(P L C)按输入输出点数以及C P U 功能分为大、中小3 种类型，按其结构又可分为整体式和模块式P L C。P L C 的种
11、类很多，s 7 2 0 0 是近年来推出的高性能小型可编程控制器，有灵活多变的系统配置，还有许多特殊功能模块可以选用，各 万方数据2 0 0 7 年第9 期液压与气动5 9臂收l 到整臂x 向收归云疗向旋转水下4 L 方向旋转9 0气爪松t R 耵向9 0。到忙底座R 方向旋转l十手臂r 限下臂F 降t 伸出到位整臂伸出+垂直到倚z 方向旋转车垂直l固3 机械手控制流程图种单独的模块之问可进行广泛组合以用于扩展，功能强大，使用方便。其中s 7 2 0 0 系列i ，的C P U 2 2 4 的型号，其P L C 集成的数字量输入输出为1 4 人l o 出，用户存储器容量8 K 字节。有模拟量输
12、九输出模块、高速i t数器模块、位置控制模块、数据输入输出模块、通信模块等，可以实现模拟量控制、位置控制和联网功能。(2)I 0 点确定该机械手r J，系统需要数字量输入1 8 点，数字量输出1 2 点，一个温度模拟量。故机械手控制系统选用的是s 7 2 0 0 系列中的C P U 2 2 4 的型号，加上一个数字量模块E M 2 2 3 就可以满足要求，而且还有一定的裕量。P L C I O 分配如表1 所示。5 3 机械手程序设计本机械手的程序设计采用编程方法中最常用的梯形图法。应用编程软件S T E P 7 M i c r o W I N 3 2 编程。梯形图和继电器控制电路相似，它们都
13、是由常开触点、常闭触点及继电器接线按照一定的动作规律连接而成的。在P L C 的控制下，可实现单步，自动等多种T 作方式。单步操作：利用按钮对机械手每一动作单独进行控制，町实现“上升”、“下降”、“伸”、“收回”、“夹紧、“放松”、“回转”、“摆动”等点动操作；周期操作：按下“起动”按钮后，机械手从原点位置开始连续不断的执行搬运工件的各步。动运行：按下起动按钮，机械于从原点开始，按工序自动循环工作，直到按下停止按钮，机械手在完成一个周期的工作后，退回原点，自动停机。下面是 j 动方式的具体程序(梯形图表示)：6 结束语由于P L C 有着极大的灵活性，易于模块化，当机械手T 艺流程改变时，只对
14、I O 点的接线稍作修改，或L O 继电器重新分配，程序中作简单修改，补充扩展即可。机械手的速度也可以根据给定的要求进行设置。用P L C表1U O 地址分配一览表模块号地址号功能说明C P U 一2 2 4I o O急停按钮1 0 I备用J()2流量开关I o3压力开关1 04夹紧到位1 05松开到位I O6整手臂收|亘】到位1 07X 方向伸出限位1 10整手臂伸出限位1 1 l手臂下降限位I l2手臂上升限位1 1 3手臂放料限位1 1 4 R方向旋转限位1 1 5 L方向旋转限位Q oo机械手急停动作Q O1气爪夹持放松Q o2手臂沿x 向伸出Q o3手臂沿x 向收回Q O4手臂上升Q
15、 05手臂下降Q O6底座R L 向旋转Q O 7气爪沿z 向旋转至垂直Q 1o气爪沿z 向旋转至水平E M 2 2 31 2 0Z 方向垂直限位1 2l Z方向水平限位1 2 2坯料正常1 2 3中额电炉出料Q 20中频电炉启动Q 21中频电炉急停Q 22中频电炉停止网络1：启动机械手沿x 方向伸山接料M 40M 1 03 i 22M 0】H H H l _(S j网络2：当机械手伸山到位时等待山制，出科到位后，机械手夹紧圩料M 051 23Q 0 lL 1 H H s)网络3：爽紧丌关投信号时，机械手上州Q 0 11 0 4Q O4H HL(P 卜一c S)隔络4：上升U 位后，机械手牧H
16、Q 041 12M 02H H 卜一s)Q O4-R)网络5：收回到位后。机械手祥 z 方向旋转至垂直M O21 06Q 07H H 一s)f M 02q 砌型鬻磊 万方数据液压与气动2 0 0 7 年第9 期转炉活动烟罩液压系统改造江昆雄，梅明友，周峰i m p r o v i n go ft h eH y d r a u h cS y s t e mf o rM o v a b l eC h i m n e yo fC o n v e r t e rJ I A N GK u n-x i o n g，M E IM i n g-y o u，Z H O UF e n g(韶关钢铁集团公司第三炼钢
17、厂，广东韶羌5 1 2 1 2 3)摘要：针对1 号、2 号转炉活动烟罩有自动下滑的现象，对其产生下滑的原因进行分析，发现改变液控单向阀在液压锁紧回路中的安装位置是解决转炉活动烟罩自动下滑的有效办法。关键词：液控单向阀；同步马达；背压中图分类号：T H l 3 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 0 4 8 5 8(2 0 0 7)0 9 0 0 6 0 0 21 前言韶钢l 号、2 号转炉分别于2 0 0 3 年6 月、3 月投产，投产初期，其活动烟罩在冶炼过程中会出现整体自动下滑的现象。这将会严重影响转炉炼钢正常的工艺过程。如活动烟罩自动下滑太快，其势必造成严重的工艺设备事故。因此解决活
18、动烟罩自动下滑的故障是必要的。2 活动烟罩产生自动下滑的原因2 1 液压系统中的锁紧回路设计不合理及第一次改网络6：当机械手转动列z 方向垂直限位后，整个手忖仲出Q O71 2 0M 0 3H H h s l|O o 7q R)网络7：牿个手臂伸出后，机械手落FM 031 10Q 05H H 卜一s)f M 03q R)网络8：机械手落下到位后Q 051 1 1Q o6H H 卜一s)1 0 05q R)网络9：底座R 方向旋转9 0。底座R 方向旋转9 0。到位后机械手松丁|=坯料Q O 6i I4Q o 1卜_|H 卜一s)M 11U 础网络1 0：松升到位后，整个手臂“X 方M 收回沿z
19、 方向旋转至水平沿L 方向旋转9 0。，二方向同蚓进行，复位进时选用的液压元件不匹配原活动烟罩液压系统原理图如图1 a 所示。要确保活动烟罩的4 个液压缸不下滑的锁紧元件就是4 3 处的液控单向阀。每当活动烟罩上升停止后，活动收稿日期：2 0 0 7 0 2 0 2作者简介：江昆雄(1 9 7 2 一)，男，湖南宜章人，助理工程师，主要从事液压气动润滑系统的维护管理工作。控制的机械手将更具灵活性、可靠性、降低成本，提高效率，有着很好的经济效益。参考文献：1 汪志锋可编程序控制器原理与应用f M 西安：西安电子科技大学出版社，2 0 0 4 2 张桂香机电类专业毕业设计指南 M 北京：机械工业出
20、版社，2 0 0 5 3 邦玉华典型机械(电)产品构造 M 北京：科学出版社，2 0 0 4 4 S M C(中国)有限公司现代实用气动技术 M 北京：机械工业出版社2 0 0 34D6JJ删向m二二卜M _ 万方数据自动供料机械手的PLC控制系统设计自动供料机械手的PLC控制系统设计作者：赵美宁，王佳，ZHAO Mei-ning，WANG Jia作者单位：西安工业大学,陕西,西安,710032刊名：液压与气动英文刊名：CHINESE HYDRAULICS&PNEUMATICS年，卷(期)：2007，(9)被引用次数：3次 参考文献(4条)参考文献(4条)1.汪志锋 可编程序控制器原理与应用 20042.张桂香 机电类专业毕业设计指南 20053.郑玉华 典型机械(电)产品构造 20044.SMC(中国)有限公司 现代实用气动技术 2003 引证文献(3条)引证文献(3条)1.杨红.任洪娥 PLC在剩余物收集控制系统中的应用期刊论文-林业机械与木工设备 2009(6)2.杨后川.杨萍.陈勇.张学明 基于FX2N PLC控制的实验用气动机械手设计期刊论文-液压与气动 2009(2)3.杨后川.冯春晓.陈勇 实验用气动机械手的PLC控制设计期刊论文-机电产品开发与创新 2009(1)本文链接：http:/