一種基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計

溫毅 李哲宇 康文凱 李龍 張铻

摘 要

在密閉箱室內(nèi)進(jìn)行實驗或生產(chǎn)時，有時需要對大質(zhì)量或有害物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。在對轉(zhuǎn)運(yùn)過程進(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)計方案。針對設(shè)計方案，進(jìn)行了控制系統(tǒng)硬件與軟件的綜合設(shè)計，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，在氣缸的控制下完成抓取和放松運(yùn)動。該系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效減少有害物質(zhì)對操作人員的傷害，并使轉(zhuǎn)用過程更加高效安全。

關(guān)鍵詞

密封箱式;機(jī)械手;PLC;控制系統(tǒng)

中圖分類號： TG155.92 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： 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)行對小質(zhì)量部件的操作，此時操作人員只需手工即可完成操作。但有時需要在密封箱式中進(jìn)行對含有有害物質(zhì)或質(zhì)量較大的部件的轉(zhuǎn)運(yùn)。此時如果使用純?nèi)斯げ僮鳎嬖谛实汀L(fēng)險高的缺點。采用機(jī)械手則具有效率高、安全性高的優(yōu)點。

PLC是以微處理器為核心，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置[1]。本文以PLC為控制、通訊核心，觸摸屏、按鈕開關(guān)、傳感器為輸入單元，電機(jī)模組、氣動模組為執(zhí)行單元實現(xiàn)設(shè)計功能。該自動控制系統(tǒng)實現(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

1.1 功能分析

本研究設(shè)計的機(jī)械手控制系統(tǒng)，包含控制系統(tǒng)的基本功能和專用功能。基本功能包括：開關(guān)、急停、初始化、運(yùn)行指示、通電指示、故障指示;專用功能包括：抓取和轉(zhuǎn)運(yùn)功能。

1）基本功能

開關(guān)：按下開關(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，氣動模組回原點。

2）轉(zhuǎn)運(yùn)功能

轉(zhuǎn)運(yùn)功能：通過機(jī)械手，實現(xiàn)對被操作部件的轉(zhuǎn)運(yùn)。

抓取功能：通過機(jī)械手，實現(xiàn)對被操作部件的抓取。

1.2 控制系統(tǒng)方案設(shè)計

如圖1，整個機(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，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)模組實現(xiàn)[2-3]。到達(dá)指定位置后，可通過夾持機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對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

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

采用臺達(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

3.1 觸摸屏程序設(shè)計

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)動的按鈕，沿X軸、Y軸、Z軸運(yùn)動的速度可以通過速度調(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軸點動調(diào)整的按鈕，通過6個方向的按鈕，可控制機(jī)械手沿六個方向進(jìn)行點動。中間為裝夾裝置控制按鈕和狀態(tài)指示燈。通過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

3.2.1 PLC程序流程圖（見圖5）

3.2.2 PLC程序設(shè)計

本系統(tǒng)采用臺達(dá)WPLSof軟件編寫程序。沿X軸左工進(jìn)程序如圖6，沿X軸左點動如圖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。本文針對在密封箱室的操作，設(shè)計了一種輔助轉(zhuǎn)運(yùn)的機(jī)械手控制系統(tǒng)。在對機(jī)械手功能分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了機(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)和點動，并能夠?qū)みM(jìn)速度進(jìn)行調(diào)整，并實現(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機(jī)械手進(jìn)行控制。該系統(tǒng)投入實際生產(chǎn)中，能夠在一定程度上改善工作環(huán)境，提高工作效率，降低操作危險系數(shù)。

參考文獻(xiàn)

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