基于PLC的气动机械手控制系统设计

·100·内燃机与配件基于PLC的气动机械手控制系统设计南博（三门峡职业技术学院，三门峡472000）随着智能化技术的发展，越来越先进。本文基于PLC摘要院气动机械手是工业领域重要的设备，气动机械手控制系统越来越完善、控制原理设计启动机械手控制系统，详细地阐述了PLC气动机械手控制系统的设计结构、程序等，并且同系统测试检验基于PLC气动机械手控制系统的性能。关键词院PLC气动机械手；控制系统；程序调试0引言其具有气动机械手是我国工业领域常用的设备之一，动作迅速、可靠、结构简单以及使用寿命长的特点，尤其是气动机械手借助气压传动的方式实现了机械手应用范畴气动机械手智能化的扩大。随着我国计算机技术的发展，控制技术越来越先进，例如我国机械制造业流水线生产技术的发展要求机械手要实现智能化操作。PLC是实现气动因此本文结合传统气动机机械手智能化操作控制的核心，械手控制所存在的问题，设计基于PLC的气动机械手控制系统，以此提高系统运行的可靠性。1气动机械手控制结构根据机械机械手是现代工业领域的重要设备之一，电动以及手动，而气动手的动力来源其主要分为气动、机械手是目前我国工业领域所普遍采用的类型。随着工业生产对机械手性能要求的不断提高，要求机械手不仅要进一步完善功能，例如要实现上下、左右以及伸缩等方面的功能，而且还要不断提高自动化技术水平。基于PLC技术的发展，本文设计的气动机械手依赖于自动化其结构主要包括传感器、定位开关以及控制技术，气缸、控制系统步进电机等等元器件。对于气动机械手而言，是机械手的核心，主要采取的标准化模块设计，由气动单装置和PLC控制系统构成：淤气动控制元件主要有，向阀、先导式电磁阀以及单向节流阀构成；于气动执行其元件就是将压缩的空气压力能转化为机械能的装置，要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院南博（1985-），男，陕西渭南人，毕业于西安建筑科技硕士研究生，助教，大学机电工程学院，研究方向为控制工程。包括气缸和气马达。本文设计的气动机械手控制系统主要是借助2个直具体任务就是线运动与1个旋转运动实现对物品的搬运，将生产线上的工件按照预先设计的程序搬运到不同的分支流水线上。因此根据其结构控制功能可以分为以下几个功能模块：淤手动操作功能模块。手工操作功能是气动机械手控制系统的基本功能，其主要是在气动机械手出现故障或者断电回位时应用；本文设计的气动机械手控制于半自动操作功能模块。然后机械手依次系统要求机械从原点位置按起动作按钮，实现预定的机械运输路线，此过程是要利用PLC编程顺序功能实现；盂全自动操作功能模块。全自动操作功能是PLC在去工作流程与半自动操机械手控制系统应用的主要体现，作功能基本相同。2基于PLC的气动机械手控制系统设计2.1气动机械手总体设计PLC属于数字运算操作的电子装置，PLC在启动机械手控制系统中的应用有效地解决了传统控制系统所存在的内接线复杂、可靠性低以及灵活性差的问题。基于PLC的气动机械手控制系统主要通过特定的算法实现对物理从而达到智量的输入与输出，以此获得相应的数据信息，能化控制系统的目的。利用PLC设计的气动机械手控制输入处理、执行程系统的设计主要经过系列的工作过程：序以及输出处理。而决定控制系统运行效率的关键是上这对双吸泵的设计、改造而达到提高双吸泵性能的目的，提供了理论支撑，并且有一定的实用价值。于经CFD技术验证，以相似换算为基础的设计方法，在一定范围内，可以保证实型泵效率达到或超过模型泵的选取的相似系数等效率，这需要依据实型泵的性能范围、参数综合确定。参考文献院[1]关醒凡.现代泵理论与设计[M].北京：宇航出版社，2011.[2]张克危.流体机械原理[M].北京：机械工业出版社，2000.[3]王福军.计算流体动力学分析———CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.效率高，振动、一年多的实际运转考验，该产品运行平稳，噪声等外特性均符合相关标准要求，轴承温升仅20益左获得了用户的右，综合性能参数完全满足用户使用要求，好评。5结语本文所述设计方试验结果及用户使用反馈意见表明，法，对高转速、重载荷的石油化工流程泵有一定的指导意义，并且得出以下几点结论：淤通过双吸泵叶轮和压水室的最佳匹配，可以改造泵进的性能，通过定量的求解，可以预测设计泵的性能参数，InternalCombustionEngine&Parts述三个流程完成的时间。本文设计的气动机械手控制系压力统（见图1）主要由触摸屏、PLC、电磁阀、磁性开关、变送器、指示灯、报警器等元器件组成。基于PLC的气动机械手控制系统采取的是主站加从站的分布控制模式，便目的就是为了实现对各个控制系统功能的分布控制，于通信数据的传输，避免某功能出现故障而导致整个系统处于瘫痪。2.2PLC控制系统的硬件设计2.2.1PLC选型基于PLC的气动机械手控制系统主要是依赖于气缸图2机械手控制面板图动作实现，而对于气缸动作是否到位主要是使用磁性限位见图3。部接线图，开关进行判断，气动机械手的每个气缸内都有伸出和缩回两个动作需要检测，因此在设计上需要在气缸上安装2个限位开关，本次设计的机械手一共由6条气缸，因此需要停止等开关，气动机械手一共12个输入点，再加上启动、两台机械手都需要占用PLC的16个输入点。在输出端，输出的有臂伸/缩、臂降/升、臂左旋/右旋信号，以及连接吸盘气路通、断的信号，原位、自动信号指示灯等，一共占用PLC的18个输出点。对于PLC的选型主要需要考虑以下因素：I/O点数；PLC质量；余量接口。综合对比PLC市场产品满足上述要求的PLC产品更加倾向于三菱FX系列的FX2N-48MR。2.2.2机械手控制面板控制和PLC外部电气接线图设计淤机械手控制面板控制。根据控制要求等条件设计出的控制面板如图2所示，单周、手动、循环共用一个手动开关，实现功能切换，在操作前须先选择工作方式。于PLC外部电气接线图设计.根据对机械手功能以及控制系统的特性分析，根据PLC控制元素和控制方式的图3PLC外部电气接线图结合I/O点数分配，分析，设计出整个控制系统的PLC外·101·上位机WinCCPLC（主站）触摸屏MPI触摸屏MPI机械手单元触摸屏MPIPLC（从站）PLC（从站）PLC（从站）磁性开关按钮指示灯电磁阀压力变送器报警器图1基于PLC的机械手孔子系统设计方案·102·内燃机与配件2.3PLC控制系统程序设计算法主要是用来描述解决问题的思路，在PLC程序设计中常用的算法分析方法比较多，例如分治法、贪婪法、回溯法以及递推法等。由于基于PLC的气动机械手控制系统采取的模块化功能设计方案，因此根据对控制系统功能的分析，控制系统主要分为：初始化程序、回原位程序以及自动程序。2.3.1初始化程序设计初始化程序主要是对定时器和状态继电器等元件复位，以此为后续的程序执行准备。气动机械手控制系统采取的是PLC自身具备的M8002提供初始化启动脉冲。2.3.2回原位程序设计在机械手运行的过程中，尤其是在封头冲压生产过程中，设备的启动都需要在同一初始位置开始，这样才能保证机械手按照预定的程序进行，所以当出现设备故障时必须要保证设备在下一次启动前回到初始位置。初始位置的状态为：机械手的吸盘处于真空状态，而且气缸的状态处于原始状态，例如水平气缸处于缩回限位、升降气缸处于上升限位状态，推动转轴转动的气缸也处于水平缩回限位的状态，也即是机械手整体处于左转限位的状态。2.3.3自动程序设计自动程序主要包括：淤自动模式顺序功能图（SFC）序设计。SFC这样对于保证气动机械手控制系统的稳定性具有主要是按照一定的先后顺序执行的控制过程程。极为关键的作用。具体的程序设计为：当自动控制系统在确认机械手处于初始位置后，控制系统就会自动切入到自动运行模式，机械手运行系统在接收到控制系统发送的操作指令后，会按照预定的程序动作进行周期性的动作，并且不断重复，直到操作人员按下停止按钮后，系统停止工作，返回初始位置。于机械手自动运行程序是按照预定的程序进行动作的，自动程序梯形图。例如当机械手系统启动后，在满足原位条件后，系统就会进入到自动工作模式，而当不能满足原位条件后，系统就会进入到停止程序。在自动程序梯形图的设计中，设计了与冲床联动的程序，也就是当机械手将货物移至到模具中心后，PLC就会给冲床系统发送指令，冲床则开始进入工作状态，在完成相应的工作后，当机械手将货物移至到预定的区域后，货物达到一定的数量后，系统就会发出警示，需要将货物移至仓库，为此机械手就会自动转入到自动程序的梯形图程序。2.4PLC通讯实现PLC通信系统是PLC控制系统实现的关键部分，由于的关键就是要设计高效率的数字信息传递系统。与计算机均属于数字设备的范畴，因此实现通讯系统由于数据通讯的方式包括串行和并行，而并行的数据通信能够实现在同一时间进行接收与发送信息，其通讯速度比较快，但是其成本比较高。而串行通信虽然传输速度相对比较慢，但是其通信线路设计比较简单，因此其在PLC控制系统中较为常见。图4并行通信与串行通信运行图由于本次通信系统采取的是S7-200,因此对于通信驱动程序选择“STIMATICS7原200”，这样可以保证系统的稳定性。传输速率固定为9600bit/s。通讯系统的结构设计为计算机作为上位机，PLC作为下位机，PLC根据上位机发出的指令做出相应的响应操作。3控制系统测试根据PLC气动机械手控制系统的性能、结构等按照规定的方式进行安装好后，对其控制系统进行调试实验。首先把编写好的控制程序通过RS-232接口写入到PLC中，接上各部分的电源，把PLC设置到“RUN”状态。按下启动按钮，由于机械手没有处于初始位置（三个气缸都处于缩回的状态，吸盘真空破坏状态），所以此时只有电源灯亮，而原位灯没有亮。按下回原位按钮，机械手执行回原位程序回到原位，此时的原位灯亮起。通过测试基于PLC的气动机械手在自动化控制系统的操作下，机械手会按照PLC预定的程序执行工作程序，以此实现对货物的自动化搬运工作；当操作人员操作停止按钮后，机械手就会停止系统预定的程序，进而提供运行。由此可见，该机械手设计的结构比较合理，气动驱动系统的稳定性能够达到预定的目的，实现了对系统的自动化控制。由于机械手运动依赖于气缸的驱动，随着在PLC的驱动下实现了气动机械手控制系统的智能化，但是对于机械手运动精度的影响主要取决于气缸运动的精度，由于气缸运动轨迹难以测量，因此选择对比气缸设计轨迹与实测轨迹的方式验证机械手气缸的运动精度。通过实际测量得出以下结果：伸缩气缸的测量值域设定值之间的平均误差为0.58mm0.68mm运动误差原理的分析，当气缸误差小于、回转气缸的误差平均值为、气降气缸测量值与设定值之间的平均误差为0.54mm1mm。基于对气缸时则表明设计有效，而本次试验结果显示经过多次的气缸测量值与设定值的对比，其平均值都小于1mm，因此表明基于PLC的气动机械手具有较高的定位精度。参考文献究[D].[1]华南理工大学，李文.基于院PLC控制的封头冲压上下料气动机械设计与研吉林农业科技学院学报，[2]苏金文.基于PLC2017.2017的气动机械手控制系统设计与研究（[J].中的应用[3]王小娟，徽电子信息职业技术学院学报，[4]郭志冬[J].组合机床与自动化加工技术，胡兵.PLC和触摸屏在多自由度气动机械手系统09）..基于PLC的气动机械手模拟控制系统设计2016（03）.技术，[5]2018（04）.[J].安2014胡飞（.PLC10）.气动机械手控制系统的设计与发展[J].山东工业