PLC物料自動上下料機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：本文從物料檢測機實際工作要求出發(fā)，設(shè)計了一種采用機械手的自動上下料電路控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用西門子S7-PLC作為控制器，能夠服務(wù)于為物料檢測的裝置，做到了物料自動上下料作業(yè)，這樣不僅可代替人工按照指定的工序進行上下料，還可以提高企業(yè)生產(chǎn)線的效率，并為后期的設(shè)備改進提供理論依據(jù)，具有較高的工程意義。

關(guān)鍵詞：物料；上下料，機械手；PLC

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.110

1 上下料機械手簡述

上下料機械手主要實現(xiàn)機床制造過程的完全自動化，并采用了集成加工技術(shù)，適用于生產(chǎn)線的上下料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等。在國內(nèi)的機械加工， 現(xiàn)今很多都是使用專機或人工進行機床上下料的方式， 這在產(chǎn)品比較單一、產(chǎn)能不高的情況下是非常適合的， 但是隨著社會的進步和發(fā)展， 科技的日益進步， 產(chǎn)品更新?lián)Q代加快， 使用專機或人工進行機床上下料就暴露出了很多的不足和弱點， 一方面專機占地面積大結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修不便， 不利于自動化流水線的生產(chǎn)；另一方面， 它的柔性不夠， 難以適應(yīng)日益加快的變化，不利于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整；其次， 使用人工會造成勞動強度的增加， 容易產(chǎn)生工傷事故， 效率也比較低下， 且使用人工上下料的產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性不夠， 不能滿足大批量生產(chǎn)的需求。

使用上下料機械手自動柔性搬運系統(tǒng)就可以解決以上問題， 該系統(tǒng)具有很高的效率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性， 柔性較高且可靠性高， 結(jié)構(gòu)簡單更易于維護， 可以滿足不同種類產(chǎn)品的生產(chǎn)， 可以很快進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整和擴大產(chǎn)能， 并且可以大大降低產(chǎn)業(yè)工人的勞動強度。

機械手組成部分有：立柱、橫梁（X軸）、豎梁（Z軸）、控制系統(tǒng)、上下料系統(tǒng)、手爪系統(tǒng)等。控制系統(tǒng)通過傳感器所檢測出來的信號，傳送到PLC控制中心，經(jīng)PLC程序的精準(zhǔn)運算，產(chǎn)生控制信號，控制驅(qū)動裝置，手爪裝置至目標(biāo)位置抓取物料，并將其送到指定位置。手爪系統(tǒng)是完成上、下料工作的主要運動部件，目前應(yīng)用于上下料機械手的抓取模式一般有：機械結(jié)構(gòu)式抓取、電磁式吸取、氣動式吸取三種。

2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 控制任務(wù)要求

機械手從初始位置出發(fā)，PLC在通過傳感器獲得物料的位置信號后，驅(qū)動 X-Y軸的電機帶動末端手爪運行到 X-Y 正交平面的目標(biāo)吸取位置；控制上下氣缸的電磁閥線圈通電，上下氣缸下移；滑臺氣缸運動到目標(biāo)位置時，電磁式吸頭自動將物料吸取，吸取成功后，電磁閥失電，滑臺氣缸上移；PLC通過傳感器獲得上移到位信號后，驅(qū)動 X-Y軸的電機帶動手爪運動到目標(biāo)放置位置；控制上下氣缸的電磁閥得電，滑臺氣缸下移；滑臺氣缸運動到目標(biāo)位置時，電磁閥控制小氣缸往電磁式吸頭噴氣并將物料放入指定位置，完成放置動作；若無故障，在完成一次吸取、放置動作后，機械手將自動循環(huán)運行。而抓取、放置過程中任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都會使該機械手停機檢查，避免出現(xiàn)事故發(fā)生。

2.2 PLC的選型

本控制電路的開關(guān)電源為 24V，輸入端總點數(shù)為21個，輸出端總點數(shù)為12個，即輸入輸出總點數(shù)為33，考慮到選用的PLC輸入輸出點數(shù)應(yīng)該留有10%以上的冗余，以及綜合考慮成本與性能，所以本控制系統(tǒng)選用西門子s7-200CPU226作為本系統(tǒng)的PLC。

2.3 伺服電機控制電路設(shè)計

本機械手伺服電機采用的是雙脈沖控制的方式。

CW-：輸出正脈沖方向， CCW-：輸出負脈沖方向； CW+：直接連接脈沖接收端與電源正極，控制對應(yīng)接收端的負極，CCW+同理，也是如此。伺服接線具體如圖1所示：

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 plc輸入輸出端口分配

I0.0：X零信號；I0.1：Y零信號；I0.2：撞擊檢測；I0.3：X前限；I0.4：X后限；I0.5：X到位；I0.6：X報警；I0.7：Y前限；I1.0：Y后限；I1.1：Y到位；I1.2：Y報警；I1.3：大氣缸前限；I1.4：小氣缸前限；I1.5：大氣缸后限；I1.6：小氣缸后限；I1.7：Z氣缸上限；I2.0：啟動1；I2.1：啟動2；I2.2：急停；Q0.1：XCCW； Q0.2：XCW； Q0.3：YCW； Q0.4：YCCW； Q0.5：Z氣缸； Q0.6：料缸1； Q0.7：料缸2； Q1.0：蜂鳴器； Q1.1：三色紅； Q1.2：三色綠； Q1.3：三色黃；Q1.4：氣夾。

3.2 PLC程序設(shè)計

在機械手開機瞬間，機床主軸回到原點，機床復(fù)位；復(fù)位完成后，啟動主程序，自動循環(huán)程序，當(dāng)系統(tǒng)無故障時，操作人員依照要求按下雙手啟動按鈕，機械手按照預(yù)先編寫的程序完成搬運工作；自動循環(huán)；在機械手系統(tǒng)出現(xiàn)故障或安裝調(diào)試過程中，使用手動控制程序?qū)⑾到y(tǒng)恢復(fù)到正常運行狀態(tài)；當(dāng)機械手在工作過程中出現(xiàn)各類故障時通過保護程序?qū)崿F(xiàn)對機械手和操作人員的保護。

3.3 觸摸屏界面設(shè)計

人機用戶界面主要由起始點位置界面、復(fù)位界面、自動運行界面、手動運行界面等組成。復(fù)位界面實現(xiàn)對機械手的主軸和手爪進行復(fù)位重置。自動運行界面是在機械手進行自動上、下料過程中，對當(dāng)前工作模式的監(jiān)測，并對機械手的產(chǎn)量進行統(tǒng)計。手動運行界面的手動按鈕則是完成對機械手在 X-Y 正交平面的往復(fù)運動、精密滑臺氣缸在 Z 方向的升降動作及手爪小氣缸的氣壓輸出動作。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)工廠需要為物料檢測機配備自動上下料系統(tǒng)的要求，對機械手電控系統(tǒng)進行了設(shè)計。該系統(tǒng)基于西門子PLC 控制，能夠服務(wù)于為物料檢測裝置，實現(xiàn)自動上下料作業(yè)。運行調(diào)試后，安全可靠，達到了設(shè)計要求。

參考文獻：

[1]方靈峰.電芯自動上下料機械手系統(tǒng)的研發(fā)[D].浙江理工大學(xué)[碩士論文].2016-12-01 9.

[2]趙錦榮.拉伸機專用上下料機械手的設(shè)計與控制系統(tǒng)研究[D]. 蘇州大學(xué)，2012.

作者簡介： 任琪（1975-），女，湖南衡陽人，碩士，副教授，研究方向： 自動控制理論，PLC技術(shù)。