基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

呂劍珩 劉黎

摘要：本設(shè)計(jì)通過對機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制原理分析，進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并對控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試以滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手;控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)

1引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動化技術(shù)越來越高，對一線工人的操作技能提出了越來越高的要求。由于一些工作環(huán)境和工作性質(zhì)對操作工人的安全造成威脅，會不可避免地對人體造成傷害，因此，對于一些往復(fù)的工作由機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動完成顯得尤為重要。

2控制原理

機(jī)械手控制系統(tǒng)主要由傳感器、按鈕、觸摸屏、伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)、氣動裝置等組成。按鈕和傳感器的外部信號通過輸入單元輸入PLC，然后通過觸摸屏發(fā)送動作信號，由機(jī)械手進(jìn)行動作。動作信號由輸出單元輸出到X、Y、Z軸的驅(qū)動器或電磁閥，驅(qū)動X、Y、Z軸的伺服電機(jī)或啟動系統(tǒng)，最后驅(qū)動機(jī)械手做出相應(yīng)動作。

3硬件設(shè)計(jì)

3.1PLC的選型

本設(shè)計(jì)選擇西門子S7-200 Smart PLC作為機(jī)械手的控制系統(tǒng)。

3.2行程開關(guān)的選型

本設(shè)計(jì)中采用直動式行程開關(guān)檢測機(jī)械手動作是否到位，當(dāng)運(yùn)動到指定位置時(shí)，碰到行程開關(guān)，終結(jié)上一個(gè)動作，準(zhǔn)備執(zhí)行下一個(gè)動作。

3.3傳感器的選型

本設(shè)計(jì)選擇PR18-8N電感式傳感器識別工件的金屬和非金屬的裝置。選擇光纖傳感器識別物料黑和白，便于PLC控制系統(tǒng)的簡單化，控制系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)。

3.4伺服驅(qū)動器的選型

本設(shè)計(jì)選用神威氣動有限公司生產(chǎn)的SMCAC型號伺服電機(jī)驅(qū)動器為此次設(shè)計(jì)的氣動驅(qū)動器。

3.5伺服電機(jī)的選型

本設(shè)計(jì)選擇了華新國產(chǎn)C01-43B0型電機(jī)。

3.6電磁閥的選型

由于本設(shè)計(jì)選擇的伺服驅(qū)動為氣動驅(qū)動器，因此根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇型號為WLE12-4V210-06-A的兩位五通電磁閥。

4程序設(shè)計(jì)

4.1主程序設(shè)計(jì)

手動操作由SB4常開開關(guān)控制，單循環(huán)自動操作由SB5常開開關(guān)控制，連續(xù)自動操作由SB6常開開關(guān)控制。任何一個(gè)按鈕打開，都會跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的手動操作、自動操作子程序。

4.1.1手動操作程序設(shè)計(jì)

經(jīng)過主程序，按下SB4的按鈕，程序跳轉(zhuǎn)到手動操作程序。在手動運(yùn)行方式下，機(jī)械手處于上限位開關(guān)SQ1上，常開觸點(diǎn)SB2，按下啟動按鈕SB1，經(jīng)過左行電磁閥和右限位開關(guān)SQ4，右行電磁閥輸出，機(jī)械手右行，機(jī)械手右行到右限位開關(guān)SQ4，右限位開關(guān)SQ4斷開，右行結(jié)束，斷開啟動按鈕SB1，按下停止按鈕SB3。通過OFF開關(guān)常閉右電磁閥和OFF開關(guān)左限位開關(guān)SQ3，左行電磁閥輸出，機(jī)械手左行，左行至左限位開關(guān)SQ3，左限位開關(guān)SQ3斷開，左行結(jié)束，按下按鈕SB3斷開開關(guān)。常閉關(guān)斷開關(guān)，右行電磁閥和左行電磁閥組成一個(gè)塊。手動操作左/右行程序，如圖1所示。

4.1.2自動操作程序設(shè)計(jì)

經(jīng)過主程序，按下單周期自動操作SB5按鈕，跳轉(zhuǎn)到自動操作子程序，SB5接通使得M0.0置0。自動操作開始，如圖2所示。

5系統(tǒng)運(yùn)行測試

系統(tǒng)的試運(yùn)行分為手動和自動兩種方式。在硬件上調(diào)試PLC需要一個(gè)電源和西門子S7-200 Smart PLC，連接后，通電。在軟件中找到CPU，然后閃爍指示燈，連接沒有問題，然后單擊確定。然后單擊下載、比較，最后單擊運(yùn)行。結(jié)果表明，系統(tǒng)在兩種模式下運(yùn)行穩(wěn)定。

6總結(jié)

本系統(tǒng)采用西門子S7-200 Smart PLC控制機(jī)械手的運(yùn)動，精確地完成伺服電機(jī)驅(qū)動器和氣動系統(tǒng)的操作，使機(jī)械手能夠按照最先設(shè)計(jì)好的程序運(yùn)動，完成對生產(chǎn)線上工件的抓取。

參考文獻(xiàn)

[1]樂偉偉，沈曉冬.基于PLC氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)技術(shù)，2017： 41，8.

[2]晁黎明.基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械與電子，2019，93-95.

[3]黃剛，唐敏.磁性傳感器的應(yīng)用于技術(shù)動向[J].傳感器世界，2019，5-6.

[4]李家書.氣動技術(shù)的應(yīng)用[J].液壓氣動與密封，2019，6-7.

[5]于群，孫方成，石宏.基于PLC的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2017：60-65.

[6]朱彬.基于PLC的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].數(shù)字通信世界，2017 （05）：266-267.

[7]崔堅(jiān).西門子S7可編程控制器—STEP7編程指南[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019：1～90.