武鵬飛

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)七元煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西陽(yáng)泉045000）

引言

目前，機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造、冶金和輕工等多個(gè)先進(jìn)制造領(lǐng)域。機(jī)械手可搬運(yùn)和分揀物品，代替人進(jìn)行繁重的勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械和自動(dòng)化，且能在一些有害和危險(xiǎn)環(huán)境下作業(yè)。機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般以壓縮空氣為介質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕便，尤其是對(duì)周圍環(huán)境沒(méi)有任何污染，因此本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手采用空氣作為介質(zhì)，并采用西門(mén)子S7-200系列的PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的控制。

圖2 氣動(dòng)送料系統(tǒng)工作原理

1 送料控制系統(tǒng)

如下圖1所示，該系統(tǒng)由真空吸盤(pán)、帶動(dòng)真空吸盤(pán)升降的升降氣缸、水平行動(dòng)送料板、帶動(dòng)送料板水平位移的水平運(yùn)動(dòng)氣缸和帶動(dòng)送料板做升降運(yùn)動(dòng)的升降電機(jī)，以及若干檢測(cè)氣缸到位和送料板到位的傳感器構(gòu)成。

氣動(dòng)送料系統(tǒng)的工作原理如下圖2所示。

由于本設(shè)計(jì)是應(yīng)用在實(shí)際工程項(xiàng)目中，考慮到客戶需求、資金成本等各方面因素，最后選擇了西門(mén)子S7-200的CUP和西門(mén)子觸摸屏的控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)[1]，如圖3所示。

本設(shè)計(jì)的氣動(dòng)送料系統(tǒng)主要由西門(mén)子S7-200PLC控制單元、歐姆龍光電開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、輥道電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣缸電磁閥和觸摸屏界面等組成。其中PLC是控制系統(tǒng)的“大腦”，整個(gè)系統(tǒng)由PLC控制完成全部氣動(dòng)送料系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

圖3 系統(tǒng)控制方案結(jié)構(gòu)示意圖

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)輸入的PLC程序，CPU對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，CUP也可接受從觸摸屏輸入的各種指令要求來(lái)完成一系列制定動(dòng)作。CPU是整個(gè)送料氣動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的中樞，因此選取合適的CPU是整個(gè)系統(tǒng)能夠順利完成的關(guān)鍵，要保證CPU有效的可靠性、維護(hù)方便及最佳性價(jià)比。首先要先根據(jù)工藝對(duì)全系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行精確計(jì)算，并且為后續(xù)系統(tǒng)的改擴(kuò)建留有余量，使得所設(shè)計(jì)系統(tǒng)有一定的可改造性，同時(shí)也方便后續(xù)工程師調(diào)試階段臨時(shí)增加相關(guān)點(diǎn)數(shù)。由此，本文采用西門(mén)子S7-200的262CPU主機(jī)，及16個(gè)I/O的擴(kuò)展模塊PLC的I/O分配表如下頁(yè)表1所示。

PLC的主要控制流程如下：當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)上電后，在送料板中有料的狀態(tài)下，工作人員按下氣動(dòng)按鈕（I0.0），Q0.4輸出信號(hào)控制氣缸左移至左限位處，Q0.2輸出信號(hào)控制吸盤(pán)上移至上限位處，上述幾點(diǎn)準(zhǔn)備就緒后，Q0.6控制電機(jī)上至上限位處，Q0.3控制吸盤(pán)下降，Q1.1控制吸盤(pán)吸氣產(chǎn)生真空，抓取物料；Q0.4控制使物料又移動(dòng)至限位處，Q0.3輸出，Q1.1釋放，物料放置到打標(biāo)輥道處，延時(shí)一段時(shí)間與此同時(shí)Q1.0定位完成，Q0.1、Q0.0同時(shí)動(dòng)作將物料送至打標(biāo)區(qū)域完成打標(biāo)，打標(biāo)完成后，所有區(qū)域檢測(cè)開(kāi)關(guān)都檢測(cè)無(wú)料后，在PLC控制下都恢復(fù)初始位置等待下一次無(wú)料的到來(lái)，如此循環(huán)往復(fù)，完成每次打標(biāo)任務(wù)[2]。

表1 I/O分配表

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣動(dòng)機(jī)械手送料控制程序的編寫(xiě)依據(jù)是根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程而來(lái)，由系統(tǒng)流程圖如圖4所示，編寫(xiě)相應(yīng)的PLC梯形圖，合理優(yōu)化的分配I/O端口、內(nèi)部寄存器、定時(shí)器等。

如圖5所示是氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的部分梯形圖。首先，送料板中安裝有光電感應(yīng)傳感器，送料板中有料時(shí)，光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)有無(wú)物料，無(wú)料時(shí)料板下降到下限位置等待物料到來(lái)；有料時(shí)料板托舉物料上升至上限位，通過(guò)限位開(kāi)關(guān)控制料板的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，上升結(jié)束后，PLC控制下降氣缸至物料處由吸盤(pán)吸取物料，吸取完成后將物料送至打標(biāo)輥道上，此時(shí)，PLC控制氣缸將吸盤(pán)放置在打標(biāo)輥道上，PLC控制輥道電機(jī)將物料運(yùn)輸至達(dá)標(biāo)區(qū)域完成打標(biāo)[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

圖4 氣動(dòng)機(jī)械手送料控制程序流程圖

圖5 氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖

本文設(shè)計(jì)的氣動(dòng)機(jī)械手送料控制系統(tǒng)采用PLC控制，以空氣為介質(zhì)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)物件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)平整物料快速可靠的抓取送料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，在某項(xiàng)目中得到了較好應(yīng)用，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試使用以后，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，狀態(tài)良好，有效提高了購(gòu)買(mǎi)廠家的生產(chǎn)效率。

[1]廖常初，西門(mén)子人機(jī)界面（觸摸屏）組態(tài)與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版，2008.

[2]廖常初，PLC編程及應(yīng)用：第4版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版，2014.

[3]鐘肇?zé)觯删幊炭刂破髟砑皯?yīng)用：第2版[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2016.