基于PLC的自动化生产线三自由度机械手控制系统设计

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基于 P L C的自动化生产线三自由度机械手控制系统设计

基于 P L C的自动化生产线三自由度机械手控制系统设计 Co n t r o l S y s t e m o f 3 -d o f Me c h a n i c a l Ar m o f Au t o ma t i c P r o du c t i o n L i n e Ba s e d o n P L C

师亚娟 (陕西工业职业技术学院电气工程学院,陕西成阳 7 1 2 0 0 0 ) 刘欣 (兰州理工大学电信学院,甘肃兰州 7 3 0 0 5 0 ) 摘要

以自动化生产线实验设备中的机械手工作站为教学对象,分析了三自由度机械手工作过程,讨论了 P L C控制系统和气动控制系统的设计。介绍了移位指令在三自由度机械手控制程序中的创新应用。实验结果表明,该机械手能在其回转半径空间内实现对工件的抓取、放置,且性能稳定,工作可靠,很好的提高了实践教学效果。 关键词:三自由度机械手,可编程控制器,气动控制系统,移位指令 Ab s t r a c t

T a k e n 3 - d o f m e c h a n i c a l a r m a s a r e s e a r c h o b j e c t w h i c h u s e d i n t h e a u t O m a t e d p r o d u c t i o n l i n e t e s t e q u i p me n t, a n a - l y z e d t h e wo r k i n g p r o c e s s o f t h e 3 - d o f me c h a n i c a l a r m a n d di s c u s s e s t h e d e s i g n o f P L C c o n t r o l s y s t e m a n d a i r— a c t u a t e d c o n t r o l s y s t e m. T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e c r e a t i v e a p p l i c a t i o n o f s h i t f i n s t r u c t i o n i n t h e c o n t r o l p r o g r a m. E x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h at t h i s 3-d of mec ha n i c al ar m ca n

f i n i s h gr a bbi ng an d pl a ci n g wor k pi e c e wi t h i n t h e r adi us of g yr a t i on s pa ce . i t i s s t a bl e a nd r el i ab l e an d i m pr ov e d t h e pr a c t i c e t e ac hi ng e f ec t . Ke y wo r d s: 3一do f me ch a ni ca l a r m. PL C, a i r—a c t u a t ed c on t r o l s y s t e m, s hi t f i n s t r u c t i on

机械手系统最核心的部分是执行系统和控制系统,由于气动技术是以压缩空气为介质,以气源为动力的能源传递技术,在机械手的执行系统中常采用气动技术。本文介绍基于 S 7— 2 0 0 P L C来实现对自动化生产线实验教学设备中三自由度机械手的控制系统设计,该设计能让学生更好的接触实际工作中的整机设备,能够系统的培养电气设备的设计、组装、调试和维护等职业素养,并有效的训练了学生 P L C程序设计的能力。 1三自由度机械手臂的结构如图 1所示为自动化生产

的控制方式为电磁控制或手动控制。各执行机构的逻辑控制功能是通过 P L C控制实现的。其气动控制回路原理如图 2所示。 A B D

线实验设备中所用到的三自由 度机械手臂,具有可伸缩、升降、旋转的特点,能够灵活的完 成工件的夹取、放置动作。三自 由度机械手臂主要由:气动手抓、直线防转气缸、活塞杆限位 气动二联件

图 2三自由度机械手气动控制回路

图 2中, A为摆动气缸气动控制回路: 1 B 1和 1 B 2为电感

型直线气缸、双活塞气缸、叶片式摆动气缸组成。 图1 三自由度机械手结构示意图 气动手抓用于夹取工件的执行机构,在气动手爪上安装磁感应接近开关实现其张开的限位检测;活塞杆限位型直线气缸, 它的活塞杆呈六边形,能有效避免直线圆柱形气缸活塞的周向 转动,直线防转气缸垂直安装在双活塞杆气缸的气缸杆前端,用

式接近开关, 1 Y1和 1

Y 2均失电,电磁阀处于中位工作,摆动气缸停止摆动; 1 Y 1得电, 1 Y 2失电,电磁阀切换到左位工作,摆动气缸左摆; 1 Y 1失电, 1 Y 2得电,电磁阀切换到右位工作,摆动气缸右摆。 B为双活塞杆气缸气动控制回路: 2 B1、 2 B 2为磁感应式 接近开关, 2 Y1得电, 2 Y 2失电,电磁阀处于左位工作,双活塞杆

气缸处于缩回状态; 2 Y 2得电, 2 Y1失电,电磁阀处于右位工作, 双活塞杆气缸处于伸出状态。 C为气动手抓控制回路: 3 B1为磁

于实现气动手爪垂直方向的升降运动;双活塞杆气缸是拥有两个 压力腔和两个活塞杆的双联气缸,用于实现水平方向上的伸出、 缩回动作;叶片式的摆动气缸,用于实现气动机械手的左右转动, 其转动角度为 0 o~ 1 8 0。,转动模块的安装支架上分别安装有两个阻尼器,用于缓冲转动模块的冲击和限制摆动范围。

感应式接近开关, 3 Y1得电, 3 Y 2失电,电磁阀处于左位工作,气 爪处于松开状态; 3 Y 2得电, 3 Y 1失电,电磁阀处于右位工作,气爪处于夹紧状态。D为直线防转气缸气动控制回路: 4 B1、 4 B 2

为磁感应式接近开关, 4 Y1得电,电磁阀切换到左位工作,直线防转气缸气缸伸出(下降)状态; 4 Y1失电,电磁阀自动切换右位 工作,直线防转气缸缩回 (上升)状态。 3三自由度机械手臂的结构的 P L C控制系统设计 3 . 1 P L C选型及地址规划

机械手的动作均由气压驱动,机械手臂的伸出、缩回、提升、 下降、旋转等动作的转换是在电磁换向阀和限位开关的控制下 进行的,而电磁换向阀和限位开关的动作则是根据 P L c程序运行结果来确定的。 2三自由度机械手臂的结构气动系统设计三自由度机械手的执行机构是气动控制系统,其方向控制阀

根据三自由度机械手的动作要求,系统需要 2个电感式传 感器和 5个磁感应接近开关用于限位, 7个电磁阀用于驱动气

缸动作,此外整个系统需要设置启动、复位、清零等工作按钮以

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