基于PLC的操作手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、    基于plc的操作手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    摘 要：在現(xiàn)代化的工業(yè)控制中，通過伺服電機(jī)控制的操作手的運(yùn)用越來越普及，為了能讓教學(xué)更好的與實(shí)際銜接，設(shè)計(jì)了一種教學(xué)用的操作手系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)以伺服電機(jī)控制為基礎(chǔ)，以plc為控制核心、傳感器為檢測元件、氣動設(shè)備為驅(qū)動力，通過編程可以實(shí)現(xiàn)對操作手的精確控制進(jìn)而完成工件的搬運(yùn)。該系統(tǒng)可以用于獨(dú)立學(xué)科實(shí)驗(yàn)，也可用于綜合性的課程設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：伺服電機(jī);plc;氣動技術(shù)前言操作手和機(jī)械手類似，都是是模仿人手的部分動作，按照給定動作、軌跡實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)的自動化控制裝置。隨著機(jī)械手的應(yīng)用不斷普及，在精度、穩(wěn)定性、安全性更高的

2、要求下，通過plc控制伺服電機(jī)的操作手，在自動化工業(yè)的生產(chǎn)加工方面應(yīng)用越來越廣泛。一、操作手系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)主要針對具有一定專業(yè)知識之后的專業(yè)課學(xué)習(xí)，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中有氣動機(jī)械爪手、雙桿氣缸、旋轉(zhuǎn)臺、單桿氣缸、磁性開關(guān)、穩(wěn)壓電源、伺服電動機(jī)、plc各模塊、按鈕板、i/o轉(zhuǎn)換端子、電氣網(wǎng)孔板、各種電磁閥組成，可以完成將工件從傳輸線搬運(yùn)到加工檢測單元待料區(qū)工位，待加工檢測完成后再搬運(yùn)至傳送線。氣動機(jī)械手：雙向電磁閥控制，抓緊到位時，磁性傳感器檢測到位并把信號輸入plc，完成抓緊工件的動作。雙導(dǎo)桿氣缸：雙向電磁閥控制，一個信號控制手臂的伸出，一個信號控制手臂縮回?；剞D(zhuǎn)臺：采用伺服電機(jī)和蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)控制

3、，運(yùn)行穩(wěn)定。單桿氣缸：單向電磁閥控制，電磁閥得電，氣缸桿伸出，失電之后，氣缸桿縮回。磁性傳感器：檢測氣缸的伸縮到位情況。氣缸伸縮到位之后，磁性傳感器把檢測到的信號傳到plc的輸入端。（磁性開關(guān)的藍(lán)線接電源負(fù)極，棕線接plc的輸入端口）。開關(guān)電源：為系統(tǒng)提供電源。i/o轉(zhuǎn)接端子：把plc的輸入輸出端口轉(zhuǎn)接到各個傳感器和按鈕的接線端。控制按鈕板：控制整個系統(tǒng)的啟動、調(diào)試、停止、復(fù)位、單機(jī)、聯(lián)機(jī)等。安裝支架：用來安裝各個氣缸和傳感器。電氣網(wǎng)孔板：用來安裝plc各個模塊、斷路器、繼電器、穩(wěn)壓電源、i/o轉(zhuǎn)換端子、擴(kuò)展端子等。二、硬件的設(shè)計(jì)操作手主要完成工件的搬運(yùn)功能，系統(tǒng)開始工作后，操作手手臂伸出，檢

4、測到位后，下降，檢測到位之后執(zhí)行夾緊，然后抬起縮回，到位之后伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，然后手臂伸出，下降，松開。完成物料的搬運(yùn)過程，每一個動作的前提都是前一個動作到位檢測之后才能執(zhí)行。其中i1.0到i1.5接控制面板上的點(diǎn)動開關(guān)和選擇開關(guān)，實(shí)現(xiàn)整個單元的控制;i0.0到i0.6分別接的是操作手各部位的磁性開關(guān)和限位開關(guān)，用來檢測氣缸伸縮和電機(jī)旋轉(zhuǎn)到位情況;q0.2到q0.6分別接電磁閥，通過控制電磁閥得電失電進(jìn)而控制氣缸伸縮加緊松開;q1.0、q1.1分別接的控制開關(guān)上的指示燈，起提示操作的作用。i/o分配如表1，外部接線如圖1.磁性開關(guān)主要檢測氣缸伸縮的到位情況，有兩條線，棕色的接plc的輸入端口，藍(lán)色

5、的接電源0v，當(dāng)檢測到氣缸的伸縮到位后，給plc一個輸入信號。如圖2所示。限位開關(guān)有兩條接線，棕色的接plc的輸入端，藍(lán)色接電源0v，當(dāng)操作手或刀具庫旋轉(zhuǎn)到位后，觸動開關(guān)閉合，給plc一個輸入信號。如圖3所示。伺服電機(jī)在操作手單元中，控制機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度和方向主要由編寫的程序?qū)崿F(xiàn)，其與plc的接線有兩端，一端用來控制電機(jī)的方向，一端輸出控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機(jī)與plc接線如圖4所示。脈沖由q0.0輸入，方向通過q0.1控制。伺服單元主要由觸摸屏、rs485接口、電池、接線端子、接線端子、模擬控制器等組成，這里選取alpha 5 smart系列伺服，并對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。1、電子齒輪比的設(shè)

6、定通過正脈沖/反脈沖控制，pa1-03設(shè)置初值為1;通過脈沖數(shù)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度，所以設(shè)為電子齒輪比有效，pa1-05設(shè)置初值為0;設(shè)置如表2所示。伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)1次為4000脈沖時，pa1_05=4000直接連接5mm的滾珠絲桿，每1脈沖的機(jī)械系統(tǒng)移動量為0.001mm的情況（18bit）由（5/262144）×（pa1_06/ pa1_07）=1/1000可得知pa1_05=0pa1_06=32768pa1_07=6252、配合plc主機(jī)，把驅(qū)動器設(shè)置為脈沖加方向控制模式，1000個輸入脈沖電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，通過伺服電機(jī)控制。驅(qū)動設(shè)置如表3所示。氣動元件是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，執(zhí)行的動作都是

7、根據(jù)plc的邏輯控制實(shí)現(xiàn)的。氣缸使用單電控5/2通電磁閥或雙電控5/2通電磁閥進(jìn)行控制。電磁閥線圈接在plc對應(yīng)的輸出上，通過控制電磁閥線圈的通電與失電，以此控制氣缸的伸和縮。氣動控制回路接線如圖5所示，氣源通過水分濾氣器、壓力煲、手滑閥等通過氣管連接到電磁閥得氣源進(jìn)口，再通過電磁閥得氣動接頭連接到各個氣缸上面。1y1、1y2、2y1、2y2、都是是控制氣缸的電磁閥，它們分別接入plc相應(yīng)的輸出口，由plc控制得電與否。每個氣缸的前后極限位置分別安裝檢測伸縮到位的磁性傳感器。各單元的供氣由各單元的過濾減壓閥供給，額定的使用氣壓為600kpa，一般調(diào)至0.5mpa即可正常使用。三、小結(jié)設(shè)計(jì)了操作手的硬件結(jié)構(gòu)，plc與傳感器，伺服電機(jī)燈的外部接線，包括伺服電機(jī)的選型及參數(shù)的設(shè)置一個完整的操作手系統(tǒng)，使用時可以通過單純的編程練習(xí)，使操作手按規(guī)定的要求實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)動作;也可讓學(xué)生拆裝