PLC在物料分拣机械手控制中的应用_万理想

2007年　4月

28No.4煤　矿　机　械　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.

Apr.2007

CoalMineMachinery　

PLC在物料分拣机械手控制中的应用

万理想,丁保华,徐　军,滕孝来,胡　明(中国矿业大学机电学院,江苏徐州221008)

摘要:主要介绍了物料分拣机械手的结构和工作原理。该系统把气压系统与步进电机相结合。其中控制部分,阐述了PLC的I O口的分配,以及利用PLC对机械手的控制、对步进电机的定

位控制。机械手在PLC的控制下能达到预定的动作以及在任意位置停止。

关键词:可编程控制器(PLC);机械手;气动系统;步进电机控制

中图分类号:TP332.3　文献标志码:A　文章编号:1003-0794(2007)04-0192-03

ApplicationofPLCinSortingManipulatorControl

WANLi-xiang,DINGBao-hua,XUJun,TENGXiao-lai,HUMing(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008,China)

Abstract:Mainlyintroducessortingmanipulatorofconfigurationandoperationalprinciplearemainlyintro-duced.Thissystemcombinespneumaticssystemandstepmotor.InthecontrolpartofthissystemintroducesI Oassignment,controllingmanipulatorandlocatingcontrolofstepmotorthatarecontrolledbyPLC.Manipula-torwhichcanmakeareservationandwantonpositionstoppedthatiscontrolbyPLC.Keywords:PLC;manipulator;pneumaticssystem;controlstepmotor0　前言

随着工业的高速发展,机械手在工业生产中已经得到了广泛的应用,它可以搬运货物、分拣物品等,节省了大量的人力。气动由于结构简单、污染很管和产生逻辑兼容输出的数字集成电路组成。集成电路包括一个特殊电路,用来在一个长等待周期之后校正首位的脉冲宽度失真。它可以在带有低的脉冲宽度失真下为了任意数据模式从低速到10Mbit运行。接收器的输出是一个与TTL和CMOS逻辑兼容的“推挽级”。接收器结构如图5所示。

小,价格便宜也逐渐被人们所重视。综合气压系统和步进电机的优点设计了气动机械手臂。机械手在运行过程中要求精度高、可靠性高、灵活性好,因此在旋转部分采用了步进电机,使旋转过程的精度3　结语

功率半导体器件是电力电子器件中最重要的一种,在电力及能源工业领域中扮演了重要的角色。IGBT具有稳定的关断能力,但损耗较大;GTO损耗较小,但需要昂贵而复杂的吸收电路。目前只有IGCT器件同时具有高电压、大功率、低通态及开关损耗,无吸收电路,抗于扰能力强,工作稳定可靠,结构紧凑等半导体功率器件的理想优点。通过使用IGCT技术,电力控制设备的成本将会被降低30%或更多,并且IGCT使用方便,技术容易掌握,必将成为电力设备应用的主流。

参考文献:

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2004,29(5):89-92.[3]谢军,王清灵.绕线式异步电动机转子斩波串级调速系统的研究

[J].安徽理工大学学报(自然科学版),2004(1):71-75.[4]谢军.矿井提升机交流电机斩波串调系统的研究[D].淮南:安徽

理工大学,2005.[5]郑小刚,谢军.IGCT门极驱动电路的原理分析[J].能源技术与管

理,2005(5):64-66.作者简介:谢军(1976-),安徽合肥人,硕士,讲师,2005毕业于安徽理工大学,现在安徽职业技术学院电气工程系任教,主要研究方向为电力传动.

图4　推荐发射器驱动电路图

图5　HFBR-2528接收器结构图收稿日期:2006-12-29

—192—　第28卷第4期　　　　　PLC在物料分拣机械手控制中的应用———万理想,等　　　　　Vol.28No.4　得到了很大提高,采用PLC也使机械手的可靠性也得到了保证。

1　物料分拣机械手结构

物料分拣机械手主要由机座、水平手臂、垂直气缸、电磁阀和吸盘等部分组成。其中,机座采用步进电机驱动旋转,手臂及吸盘采用气缸等气动元件。机械手的动作基本有伸缩臂、升降臂、左右旋转、吸物、放物等动作。机械手可以完成水平手臂的旋转,大臂的伸展和收缩,以及物料的抓取等动作。其动作顺序:复位※A右旋※B前伸※C气缸下降※D吸物料※A左旋※D放物※C上升※B收缩※回初始位置。机械手的动作在整个运动的过程中是连续可循环的。

的吸取和释放,真空发生器的动作是由二位二通阀控制。吸盘的选择要根据所吸物料的质量大小来确定。

3　机械手的控制系统3.1　控制系统原理

控制系统是整个机械手的指挥系统。气压系统中需要控制的有2个二位五通的电磁阀、1个二位二通的电磁阀、4个调速阀、3个减压阀。其中电信号控制的由输入口输入信号,经由PLC处理,由输出口输出相应的信号,经数据线及接线端子传送到电磁阀的阀岛,换向阀做出相应的动作,打开气路,驱动气缸的活塞运动;调速阀和减压阀都有手动控制。由于在左右旋转过程中都有定位精度要求,所以在机械手臂的控制中,除了要对垂直气缸和伸出缸的控制外,还要涉及到伸出缸的定位,以及步进电机旋转中的伺服控制,所以采用了传感器来定位,这样解决了步进电机在左旋和右旋过程中失步的问题,在整个控制过程中采用全自动的控制方式。如果采用手动方式就会带来准确定位难的问题。在步

图1　机械结构原理图

进电机的控制中,使用了速度分挡,这样主要是为了对不同质量的物料,对于质量比较大的可以采用低速;对于质量较小的可采用高速。3.2　I O点数的确定及PLC的选择

根据前面对所要控制对象的分析,需要输入点数≥12,输出点数≥9,具体分配如表1所示。由以上的要求,选择西门子S7-200的CPU型号为224的可编程控制器。

表1　I O点分配

输入

输入信号复位启动停止左限位右限位伸缩定位物料到达信号

输入点I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7

物料识别

I1.0I1.1

速度变换挡

I1.2

输出信号CP步进脉冲伸缩缸伸长伸缩缸缩短垂直缸下行垂直缸上升吸盘控制方向控制运行指示灯复位指示灯

输出

输入点Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1

2　气动系统原理

气动原理如图2所示。气动系统包括2个三位五通的电磁阀、1个二位二通的电磁阀、2个气缸、1个吸盘、4个调速阀、若干个消音器以及其他的启动元件。图中的调速阀12控制气缸上升和下降、伸长和缩短过程中的速度,防止速度过大对物料及机械手臂的冲击;真空发生器9的工作原理是利用气体的喷射来产生真空,吸附物料,其主要功能是对物料

图2　气动原理图

1.空气压缩机　2.单向阀　3.压力表　4.储气罐　5.溢流阀　6.分水滤器　7.减压阀　8.两位两通单双边电磁阀　9.真空发生器10.吸盘　11.消声器　12.调速阀　13.二位五通单双边电磁阀

14.气缸

3.3　控制系统过程

根据前面对机械手臂动作的要求,以及4个按

—193—　Vol.28No.4　　　　　PLC在物料分拣机械手控制中的应用———万理想,等　　　　　第28卷第4期　钮信号、4个传感器信号,设计控制框图如图3所示。

众所周知,西门子的S7-200编程软件功能强大,以及它的自动诊断功能为编程者提供了很大的方便。

根据图3的系统原理图,程序主要由4个部分组成:启动、停止、复位、联锁。其中启动程序中有一个运行子程序,子程序中包括了在系统原理图中的所有动作。

对步进电机的编程控制主要有2个:一个是方向控制;另一个是脉冲数的控制。由于整个控制过程是采用自动控制,所以步进电机的方向控制由程序来完成。当Q0.7=0时,电机左旋;当Q0.7=1时,电机右旋。

复位程序,要求当机械手臂在运行过程中,不能复位;只有在停止状态下才能复位。每次启动时,都要复位。

图3　系统原理框图

启动电机的条件:(1)按启动按钮,在输入端I0.1产生脉冲上升沿;(2)无联锁;(3)电机处于停止状态。

停止电机的条件:(1)按停止按钮,在输入端I0.2产生脉冲上升沿;(2)电机处于运行状态。

联锁,为保护人员及设备的安全,再按停止按钮(I0.2)之后,必须规定驱动器联锁,将联锁标志M0.2置位(M0.2=1),立即关断驱动器。只有在M0.2复位(M0.2=0)后,才能重起电机。当停止按钮松开后,为防止电机的意外启动,只有在启动和停止按钮都松开后,才能将M0.2复位(M0.2=0)。5　结语

该机械手的设计充分发挥了PLC、气动技术、步进电机的优点,能够较好地完成预先所设计的动作。此系统安全、可靠、各项动作能达到预期的精度。

参考文献:

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[5]刘迎春,叶湘兵.传感器原理[M].北京:国防科技大学出版社,

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作者简介:万理想(1982-),江苏泰兴人,中国矿业大学机电学院2005级硕士研究生.

3.4　步进电机及物料识别

步进电机采用的混合式五相步进电机,步距角为0.36° 0.72°,空载启动频率2200PPS,空载运行频率≥30kPPS。要实现85° s的转动速度,则所需的脉冲数为236.11步 s,最大静转矩为7Nm。

设计的物料识别,主要是对物料的颜色进行识别。目前,用于颜色识别的传感器有2种基本类型:(1)色标传感器,它使用一个白炽灯光源或单色LED光源;(2)RGB(红绿蓝)颜色传感器,它检测目标物体对三基色的反射比率,从而鉴别物体颜色。这类装置许多是温反射型、光束型和光纤型的,封装在各种金属和聚碳酸酯外壳中。典型的输出包括:NPN和PNP、继电器和模拟输出。

色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点,它是通过与非色标区相比较来实现色标检测,而不是直接测量颜色。色标传感器实际是一种反向装置,光源垂直于目标物体安装,而接收器与物体成锐角方向安装,让它只检测来自目标物体的散射光,从而避免传感器直接接收反射光,并且可使光束聚焦很窄。白炽灯和单色光源都可用于色标检测。

RGB颜色传感器对相似颜色和色调的检测可靠性较高。它是通过测量构成物体颜色的三基色的反射比率实现颜色检测的。由于这种颜色检测法精密度极高,所以RGB传感器能准确区别极其相似的颜色,甚至相同颜色的不同色调。4　控制系统的PLC程序设计

收稿日期:2006-12-28

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