PLC技术在机械手电气自动控制系统中的应用研究.pdf

窑 测试与控制 窑修稿日期院 圆园23原03原28作者简介院傅桂林渊1980-冤袁男袁广东广州人袁本科袁工程/电气项目部负责人遥 研究方向院机电/电气遥0引言工业 4.0 时代的正式到来袁 科学技术与信息技术在工业领域的不断应用袁机械制造开始朝着自动化尧智能化转型发展遥 机械手作为现代机械生产制作中至关重要的一部分袁机械手可以适应更多极度恶劣的气候条件袁同时替代人类完成枯燥重复尧高危险尧高强度的各种操作袁且整个过程能够保证理想的精确度1-2遥 从传统的机械手控制来看袁机械当中存在非常多的触点袁本身在动作精度方面不够理想袁非常容易引发安全事故3遥 PLC 技术在工业控制方面的优势突出袁具有安全风险低尧体积小尧操作灵活尧精准度高尧操作性能好等优势4遥因此袁将 PLC 技术应用于机械手自动控制系统袁能够进一步提升机械手的控制精度尧操作性能遥1基于PLC技术的机械手电气自动控制系统设计1.1 基于 PLC 技术的机械手电气自动控制系统分析正如上文所述袁 传统机械手主要采用继电器控制或者微机控制袁而上述控制模式都存在一定的缺陷袁如控制稳定性不佳尧故障率高尧抗干扰能力不足等问题5遥 而选择PLC 技术进行控制袁 能够充分发挥 PLC 技术所具有的安全风险低尧体积小尧操作灵活尧精准度高尧操作性能好等优势袁解决传统控制技术存在的局限性6遥1.2 基本工艺与控制要求如图 1 所示的机械手动作过程示意图袁 该机械手主要作用是将物品从 A 点运输到 B 点遥 机械手在进行左右动作或者升降动作袁主要是通过 2 个电磁阀来完成驱动遥这就将机械手上升与下降的电磁阀内部线圈设置为 YV1Application Research of PLC Technology in Electrical Automatic Control System of ManipulatorFU Gui-Lin渊Guangdong Lushun Intelligent Technology Co.袁Ltd.袁Guangzhou Guangdong 510730袁China冤Abstract院 Manipulator as a vital part of contemporary industrial production袁 all the motion process is dependent on the cylinder drive袁 andthe cylinder is through the electronic valve to complete the control operation.From the traditional manipulator control point of view袁 thereare a lot of contacts in the machinery袁 which is not ideal in the precision of the action袁 and it is very easy to cause safety accidents.Basedon this袁 this study puts forward the application of PLC technology to the automatic control system of manipulator袁 and for the relevantsystem袁 hardware袁 procedures and other related design links are systematically described袁 only for reference and reference.Keywords院 Manipulator曰 Electrical automatic control system曰 PLC technologyPLC 技术在机械手电气自动控制系统中的应用研究傅桂林渊广东吕顺智能科技有限公司袁 广东 广州 510730冤文章编号院 员园园圆原远远苑猿 渊圆园23冤 园4原151原园3摘要院 机械手作为当代工业生产中至关重要的一部分袁 所有的运动过程均是依赖气缸驱动袁 而气缸则是通过电子阀完成控制操作遥 从传统的机械手控制来看袁 机械当中存在非常多的触点袁 本身在动作精度方面不够理想袁 非常容易引发安全事故遥 基于此袁 本研究提出将 PLC 技术应用于机械手自动控制系统袁 并针对相关的系统尧 硬件尧 程序等相关设计环节进行系统阐述袁 仅供参考与借鉴遥关键词院 机械手曰 电气自动控制系统曰 PLC 技术中图分类号院 TP23文献标识码院 粤doi:10.3969/j.issn.1002-6673.2023.04.042机电产品开发与创新阅藻增藻造燥责皂藻灶贼 驭 陨灶灶燥增葬贼蚤燥灶 燥枣 M葬糟澡蚤灶藻则赠 驭 E造藻糟贼则蚤糟葬造 P则燥凿怎糟贼泽灾燥造援36熏晕燥援4Jul援熏圆园23第 36 卷第 4 期圆园23 年 7 月图1机械手动作过程示意图原点指示左限位开关左上限位开关右限位开关右下限位开关上升上升下降下降原点余左移榆右移盂虞舆淤夹紧于右下限位开关左下限位开关右位放松光电开关愚151窑 测试与控制 窑与 YV2袁 左右控制的电磁阀内部线圈设置为 YV3 与YV4遥 在此基础上设计线圈 YV5袁即在系统断电情况下完成夹紧操作袁得电状态下完成松开操作袁从而有效避免停电故障发生时出现物品掉落问题7遥针对机械手整体运动范围限定方面袁需要分别在上尧下尧左尧右四个方面设置限位开关管 SQ1尧SQ2尧SQ3尧SQ4袁 针对夹紧的机械装置而言袁由于自身没有设置限位开关袁可以选择延时方案来完成夹紧操作遥需要注意的是袁 压缩空气作为气动机械手的主要驱动能源袁不仅仅是简单的工作介质袁是一种能量和信号在整个驱动系统中的传递路径遥 气罐是用来存储压缩空气的袁空气通过增压器和干燥器来输出给气动机械手袁在空气供给过程中会通过流量计和压力计对空气的流速和压力进行实时的监控袁其中袁在平移气缸尧回转气缸尧垂直气缸和气爪夹紧气缸的进出口加入节流阀袁 在不同电磁阀得电后实现不同气缸的驱动遥2系统硬件设置2.1 PLC 选择对于 PLC 的选择袁需要综合参考多方因素袁如功能模块尧指令书尧储存容量尧扫描效率尧最大输出与输入垫数等遥 本文结合机械手自动控制系统需求袁选择三菱 FX 系列袁本身具有可编程尧体积小尧维护便捷等遥 基于系统分析袁机械手能够针 6 个输出点尧18 个输入点进行控制遥 综合参考 PLC 选择 I/O 点与对应的储存容量袁 应当设计一些冗余袁同时需要具备稳定的通信能力8遥与此同时袁综合参考整个控制系统的成本袁本文选择 FX3GA-60MR-CM袁当中的输出继电器渊Y冤为 24 点袁输入继电器渊X冤为 36 点袁直流输出为 36 点袁 状态继电器 渊S冤1000 FX3GA-60MR-CM袁并包含积分袁计时器渊T冤256 点等遥2.2 PLC 控制系统设计2.2.1 输入接口保护当输出端口直接与电感设备进行连接的情况下袁为避免电路关闭情况下产生的高压损害袁 需要在电感元件设计保护措施遥针对直流电源来说袁续流二极管采用并联的方式袁交流电路则需要并联电阻要要要电容电路遥2.2.2 PLC 抗干扰设计PLC 系统需要保持良好接地状态袁 以此来减少系统对电源造成的干扰遥 一般来说袁接地方法需要参考具体的信号频率院针对低于 1MHz 的情况袁只需要选择一个点完成接地即可曰110MHz 之间袁选择单点接地模式曰针对高于 10MHz 的情况袁选择多点接地的模式遥 需要注意的是袁应当将全部接地端子直接连接到距离最近的接地点袁以此来保障抗干扰的效果遥 对于接地线的截面积来说袁需要高于 2.5mm2袁同时电阻应当在 100赘 以下9遥2.2.3 电器元件选择电器元件选择院淤电源配遥 对于 PLC 的电源选择袁输出端选择 220V 继电器型输出袁输入端选择 AC220V袁此外需要设置 AC220V 外接电源曰于行程开关配置遥 从当前常用的行程开关类型来看袁主要包含微动型尧滚动型尧直接驱动型10遥 直接驱动开关的优势在于成本低尧结构简单袁但对应的触点非常容易出现烧蚀问题遥 滚动开关则完全相反袁 能够避免触点烧蚀的问题袁 但整体的成本相对较高袁且内部结构较为复杂遥 所以袁此次研究选择微动型开关 LX32-4S袁主要优势在于灵敏度理想尧体积小袁满足此次 PLC 设备需求曰盂接触器配置遥 结合此次 PLC 设备需求袁采用交流电磁接触器遥 CJ12-600 设备主要符合交流50Hz尧额定电流 600A尧额定电压 380V曰榆电磁阀配置遥 结合机械手自动控制系统袁 此次设备选择 1 个单线圈电磁阀尧2 个双线圈电磁阀遥3程序设置3.1 基于 PLC 技术的机械手电气自动控制程序流程基于 PLC 技术的机械手自动控制袁 相关的各项动作都需要通过特定流程来完成遥 详细流程包含原点要要要下降要要要夹紧要要要提升要要要右移要要要下降要要要放松要要要上升要要要左移要要要原点遥从上述动作流程可以看出袁相关操作都是通过触发对应位置限位开关以后袁 来判断机械手是否完成相关动作袁 整体控制流程都是通过机械手有关动作排列来完成遥所以袁基于 PLC 技术的机械手自动控制程序袁主要是选择顺序控制模式来设定对应的动作袁即需要根据顺序控制的流程来完成程序编写设置遥3.2 基于 PLC 技术的机械手电气自动控制程序设计3.2.1 基本指令对于机械手各个动作的程序设计来说袁 不仅包含公用尧自动程序袁还涉及手动尧回原位遥 从自动程序的设计来看袁程序包含单步尧单周期尧连续运作袁而这些流程均为相同的顺序袁所以可以集中进行编写遥 CJ渊FNC00冤代码主要是在控制条件出现跳转情况下的代码袁 针对指针的标号P 主要是对应代码使用情况下的操作数遥 对于上述代码的使用袁 适用于系统满足某类语句的情况下袁 直接忽视CJ 指令与相关指针的标号中间当中的程序语句袁其能够直接完成执行指令袁保障程序根据既定流程完成袁以此来提升程序运行效率遥 如果操作进程中切换手动模式袁则输入 X0尧X1 依次就位在 ON尧OFF袁在 PLC 持续运营共用程序袁 最终完成以后能够直接跳过代码当中已经完成设置的自动程序袁进入 P0 位置遥 在 P1 位置输入 X1 闭合的情况下袁程序能够直接跳过原位程序袁进入 P2遥 这个过程中如果采用回原位程序袁 则系统只能运行公用与回原位控制代码遥152窑 测试与控制 窑6结束语数据中心供配电设计非常重要的任务就是提供一个安全尧可靠尧稳定尧抗干扰强尧维护操作方便的供配电系统遥0.4kV 供电切换逻辑在数据机房供配电系统中扮演着非常重要的角色袁 本文对 0.4kV 供电切换逻辑在数据中心中的典型应用进行了介绍袁 希望能够为数据中心的电气设计师提供一些参考遥参考文献院1 姜云安袁史光伟袁鲁继东袁等.一种自动可控供电的 400V 供配电系统院中国袁CN109888779AP.2019-06-14.2 文玉鎏.UPS 电源在数据中心机房的应用 J.华东科技院 综合袁2019渊5冤院465-465.3 周幼辉袁 刘桥袁 余维.一种电气保护电路及供配电系统院 中国袁CN214154005UP.2021-09-07.4 王海东袁苗晓春.数据中心 10kV 供电系统双电源切换逐级投切的应用研究J.电信工程技术与标准化袁2019袁32渊7冤院12-17.5 田江涛.0.4 kV 低压开关柜在数据中心行业中应用的分析与研究J.电工技术袁2022袁渊17冤院128-130袁133.表3制定方案负荷优先级负荷名称对应断路器编号备注1某一般动力负载 1根据项目实际填写2某一般动力负载 2根据项目实际填写3某一般动力负载 3根据项目实际填写渊上接第 146 页冤3.2.2 公用程序对于公用控制程序梯形图的设置袁见图 2遥 如果输出Y4 进入到复位状态的情况下袁左限位 X21尧上限位 X17顺利触发袁系统当中的辅助触点 M0 则进入ON遥运行程序开启以后袁辅助触点 M8002 为 ON袁机械手则会直接回到原位或者进入手动状态袁X0尧X1 均处于 ON遥所以袁在初始步骤相对的辅助触点 M10 能够完成置位遥 如果辅助触点M0 位于 OFF袁M10 则会复位遥 ZRST渊FNC40冤为系统的批量复位代码袁 在录入 X0 状态为 ON 的情况下袁 会针对M11M18 全部完成复位遥3.2.3 手动程序对于手动控制程序梯形图的设置袁见图 3遥 手动控制程度主要包含 X10X15袁机械手能够完成各种动作遥即通过人工操作模式袁控制对应的功能以后袁机械手完全根据该功能的程序来完成对应的动作遥与此同时袁为有效避免机械手进入低位产生碰撞问题袁 还应当在整个程序当中串联机械位置开关袁并进行联锁设计袁进一步保障机械手的安全性遥3.3 硬件实施针对整个系统的硬件实施而言袁 具体主要是根据实际情况完成现场各种设施尧辅助设施的安装施工遥第一步需要针对整体安装环境进行分析袁并针对各个操作台尧控制柜尧接线关系等进行分析袁提前设计对应的位置曰第二部分析机械手使用情况袁 针对系统各部分组成情况进行分析袁并完成电气连接图的绘制曰第三步需要严格按照工程图纸开展施工袁在竣工之后需要进行多次测试袁保障系统的稳定性尧安全性遥4结束语本研究充分结合机械手自动控制需求袁 围绕 PLC 技术的设计选择袁 完成了基于 PLC 技术的机械手自动控制系统设计袁 并通过基于 PLC 技术的机械手自动控制程序设计袁保障机械手自动控制系统的安全性尧精确性袁且能够满足多种操作方法的切换需求袁 能够进一步提升机械手自动控制系统的灵活性尧适用性遥参考文献院1 张磊袁吴颖.基于机器视觉的机器人仿生机械手避障轨迹控制系统J.机械与电子袁2022袁40渊10冤院54-58.2 贾继鹏袁赵芳琴.工控技术在机械手控制系统中的应用与分析J.设备管理与维修袁2022渊18冤院106-107.3 孟祥斌袁张雅彬袁田卫华袁等.基于重力感应传感器的六自由度车载机械手控制系统设计J.仪表技术与传感器袁2022渊8冤院80-84.4 孙敏洁袁陈松雨袁李军锋袁等.基于液-气转化机制软体机械手的设计与位置控制J.机械工程学报袁2022袁58渊18冤院205-217.5 张鑫袁王守城袁易炳辉.基于 PLC 的环卫垃圾车上料机械手液压控制系统的设计J.舰船电子工程袁2022袁42渊6冤院55-59.6 张磊.基于 PI 控制策略的生产线搬运机械手电气控制系统设计J.机械与电子袁2022袁40渊5冤院48-51.7 刘静袁周凤星.未知环境下机器人受限机械手 PLC 阻抗控制系统J.机械设计与制造袁2022渊5冤院115-118.8 张立明.基于 PLC 控制器的电力系统机械手自动化控制系统设计J.粘接袁2022袁49渊3冤院129-134.9 彭先丽袁李红宇袁王伟.基于 FESTO 实验平台的机械手液压系统的设计与实现J.中国新技术新产品袁2022渊3冤院18-22.10 王春峰.考虑模型不确定和关节电机动态的柔性机械手滑模控制J.机床与液压袁2022袁50渊1冤院75-81.图2公用控制程序图3手动控制程序153