一種基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫毅 李哲宇 康文凱 李龍 張铻

摘 要

在密閉箱室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)時(shí)，有時(shí)需要對(duì)大質(zhì)量或有害物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。在對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程進(jìn)行充分功能分析后，提出了一種基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。針對(duì)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了控制系統(tǒng)硬件與軟件的綜合設(shè)計(jì)，系統(tǒng)以PLC作為控制和通訊核心，在觸摸屏上操作進(jìn)行控制。機(jī)械手在步進(jìn)電機(jī)的控制下完成沿X軸、Y軸、Z軸方向的運(yùn)動(dòng)，在氣缸的控制下完成抓取和放松運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效減少有害物質(zhì)對(duì)操作人員的傷害，并使轉(zhuǎn)用過(guò)程更加高效安全。

關(guān)鍵詞

密封箱式;機(jī)械手;PLC;控制系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)： TG155.92 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.034

Abstract

When conducting experiments or production in closed chamber，sometimes it is necessary to transports large or harmful substances.After fully functional analysis of the transshipment process，a design scheme of manipulator control system based on PLC is proposed.According to the design scheme， the hardware and software of the control system are designed synthetically. The system takes PLC as the control and communication core，and operates on the touch screen.Under the control of the stepping motor，the manipulator moves along the x-axis，Y-axis and z-axis，and under the control of the cylinder，the manipulator grabs and relaxes.The application of the system can effectively reduce the harm of toxic substances to operators，and make the transfer process more efficient and safe.

Key Words

Sealed box;Manipulator;PLC;Control system

0 引言

密封箱式在科研和生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。通常在密封箱式中進(jìn)行對(duì)小質(zhì)量部件的操作，此時(shí)操作人員只需手工即可完成操作。但有時(shí)需要在密封箱式中進(jìn)行對(duì)含有有害物質(zhì)或質(zhì)量較大的部件的轉(zhuǎn)運(yùn)。此時(shí)如果使用純?nèi)斯げ僮?，存在效率低、風(fēng)險(xiǎn)高的缺點(diǎn)。采用機(jī)械手則具有效率高、安全性高的優(yōu)點(diǎn)。

PLC是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置[1]。本文以PLC為控制、通訊核心，觸摸屏、按鈕開(kāi)關(guān)、傳感器為輸入單元，電機(jī)模組、氣動(dòng)模組為執(zhí)行單元實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。該自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的轉(zhuǎn)運(yùn)功能。

1 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

1.1 功能分析

本研究設(shè)計(jì)的機(jī)械手控制系統(tǒng)，包含控制系統(tǒng)的基本功能和專(zhuān)用功能?；竟δ馨ǎ洪_(kāi)關(guān)、急停、初始化、運(yùn)行指示、通電指示、故障指示;專(zhuān)用功能包括：抓取和轉(zhuǎn)運(yùn)功能。

1）基本功能

開(kāi)關(guān)：按下開(kāi)關(guān)按鈕，設(shè)備通電，通電指示燈顯示紅色。

急停：按下急停按鈕，設(shè)備停止所有動(dòng)作，故障指示燈顯示黃色。

初始化：按下初始化按鈕，電機(jī)模組回原點(diǎn)，氣動(dòng)模組回原點(diǎn)。

2）轉(zhuǎn)運(yùn)功能

轉(zhuǎn)運(yùn)功能：通過(guò)機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)對(duì)被操作部件的轉(zhuǎn)運(yùn)。

抓取功能：通過(guò)機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)對(duì)被操作部件的抓取。

1.2 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

如圖1，整個(gè)機(jī)械手由X向模組、Y向模組、Z向模組及夾持機(jī)構(gòu)組成。整體安裝于密封箱室內(nèi)。機(jī)械手沿X、Y、Z方向的運(yùn)動(dòng)，分別由X向步進(jìn)電機(jī)模組、Y向步進(jìn)電機(jī)模組、Z向步進(jìn)電機(jī)模組實(shí)現(xiàn)[2-3]。到達(dá)指定位置后，可通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)操作物的抓取和放置。夾持機(jī)構(gòu)由電磁閥控制氣缸的伸縮完成夾持與放置。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

機(jī)械手控制系統(tǒng)以PLC為控制、通訊核心，按鈕開(kāi)關(guān)、傳感器連接到PLC輸入接口，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電磁閥、狀態(tài)指示燈連接到PLC輸出端口。觸摸屏通過(guò)RS232接口實(shí)現(xiàn)與PLC的通信，本控制系統(tǒng)通過(guò)觸摸屏控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)硬件控制框圖如圖2所示[4]。

采用臺(tái)達(dá)DVP60ES2系列PLC作為控制核心，I/O端口分配如表1所示。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 觸摸屏程序設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)由初始化界面、操作界面及速度調(diào)整界面組成。機(jī)械手操作界面由操作按鈕，狀態(tài)指示燈及頁(yè)面轉(zhuǎn)換按鈕組成[5]。圖3為機(jī)械手操作界面，最上方為控制機(jī)械手分別沿X軸、Y軸、Z軸連續(xù)運(yùn)動(dòng)的按鈕，沿X軸、Y軸、Z軸運(yùn)動(dòng)的速度可以通過(guò)速度調(diào)整界面進(jìn)行調(diào)節(jié)。左下方為，機(jī)械手沿X軸、Y軸、Z軸點(diǎn)動(dòng)調(diào)整的按鈕，通過(guò)6個(gè)方向的按鈕，可控制機(jī)械手沿六個(gè)方向進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)。中間為裝夾裝置控制按鈕和狀態(tài)指示燈。通過(guò)抓緊和放松按鈕可以控制機(jī)械手的抓緊和放松。狀態(tài)指示燈顯示機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)。右下方為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手回零、初始化、停止及切換到設(shè)置界面的按鈕。

3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

3.2.1 PLC程序流程圖（見(jiàn)圖5）

3.2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用臺(tái)達(dá)WPLSof軟件編寫(xiě)程序。沿X軸左工進(jìn)程序如圖6，沿X軸左點(diǎn)動(dòng)如圖7，裝夾程序如圖8。

4 結(jié)論

機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)在密封箱室的操作，設(shè)計(jì)了一種輔助轉(zhuǎn)運(yùn)的機(jī)械手控制系統(tǒng)。在對(duì)機(jī)械手功能分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了機(jī)械手控制系統(tǒng)。該機(jī)械手控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手沿X軸、Y軸、Z軸方向的工進(jìn)和點(diǎn)動(dòng)，并能夠?qū)みM(jìn)速度進(jìn)行調(diào)整，并實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的抓緊和放松功能。機(jī)械手控制系統(tǒng)以PLC為控制和通訊核心，以觸摸屏為控制終端對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。該系統(tǒng)投入實(shí)際生產(chǎn)中，能夠在一定程度上改善工作環(huán)境，提高工作效率，降低操作危險(xiǎn)系數(shù)。

參考文獻(xiàn)

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