plc在工业机械手应用探究

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1、PLC在工业机械手应用探究摘要：工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。PLC控制机械手体积小且可以在现场修改和调试程序，达到对生产要求的随时改变；因此应用PLC控制机械手可以实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高劳动生产率。关键词：可编程控制器机械手步进电机精确定位机械手顾名思义他能够实现人类手的部分功能，可以按设计的目的要求实现相关的动作，比如抓取物料，搬运东西等一些简单的动作。这种自动化装置可以代替生产车间里面繁重的人力劳动以及代替工人在一些高危环境，高危行业里面进行作业。工业机械手是

2、近年来发展起来的高科技设备，它涉及机械，力学，自动控制，传感器，计算机等领域，是一个跨学科的综合性技术。由于机械手在工业部门的强大作用，必然为国民经济领域带来广泛的发展空间。为此对工业机械手的研究显得很有必要。7机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。构成机械手传动及控制的主要部件是：步进电机及其驱动器，PLC，直流电机驱动及其他部分。现将主要部分主要功能介绍如下。1步进电机步进电动机是将数字信号转换成机械运动的执行元件；是一种常用的动力驱动设备。步进电机的工作原理：在A相的A(+)、A(-)分别接+5V电源和-5V电源，在B相的B(+

3、)、B(-)分别表示接+5V电源和-5V电源。当A相与B相按图1-1-1所示顺序通以正负5V电源时，步进电机的定子磁极部分将会在磁极以及相邻磁极之间按顺序感应出一对旋转的磁极与转子的永磁铁相对应，从而通过转矩拉动转子产生步进运行。这样，通过通电次序的改变达到改变步进电机的运行拍数、运转方向和运转速度。假定步进电动机正转运行的通电次序为顺时针，则典型的两相八拍步(两相八拍通电规律如图1-1-2)进电动机正转的通电状态的变化规律是：A(+)→A(+)B(-)→B(-)→B(-)A(-)→A(-)→A(-)B(+)→B(+)→A(+)B(+)→A(+)2可编程控制器7

4、可编程控制器（简称PLC）：它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。本设计采用晶体管输出型S7-200CPU224CN可编程控制器，可同时输出两路脉冲到步进电机驱动器，控制步进电机运行，它具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的命令，可以近乎完美地满足小规模的控制要求。3PLC控制器与步进电机驱动器连接的工作原理PLC控制步进电机驱动系统原理框图如下图3-1-1所示：图中脉冲信

5、号发生电路用以产生步进脉冲信号，其频率按步进电机进给速度的要求设计，步进量采用步进脉冲计数法进行控制，具体做法就是PLC的调整脉冲输入端和调整脉冲计数器对进给脉冲计数，按脉冲的个数控制进给量。采用硬件脉冲信号发生电路，工作频率较高，可在数控装置中作多轴插补控制，亦可方便地用于各种机械装置的驱动。PLC控制器与步进电机驱动器工作原理如图3-1-2所示：驱动器电源由面板上电源模块提供，注意正负极性，驱动器信号端采用+24V供电，需加1.5K限流电阻。驱动器输入端为低电平有效。4工业机械手PLC控制系统的控制要求控制要求：实现把放在A地的物块拿到B地。并实现对机械手各

6、动作的顺序控制。机械手传送工件系统示意图，如图4-1-1所示。7以机械手复位点为原点O（0，0，0），建立坐标系，单位为mm，如图4-1-2所示。A地的坐标是(80，50，0)，B地的坐标为(80，50，30)。根据控制要求，逻辑流程可以分为15个部分。系统启动时，程序运行复位，各映象寄存器清0，气夹、基座、X轴、Y轴复位。各部位复位完成后，延时2秒。当有工件放在工作台A上时，启动条件允许，则机械手横轴开始前伸80mm。当前伸到位时，停止前伸，机械手气夹旋转，旋转到位后，手张开(Q1.0=0)。然后机械手竖轴下降，下降50mm时，停止下降。这时手开始夹紧工件（Q

7、1.0=0），同时启动延时0.5s(可以取T40)。待T40时间到，竖轴开始上升50mm，上升到位时，停止上升。机械手横轴开始缩回80mm，当到后位时，停止缩回。这时基座开始旋转，并产生一个Vpp为24V的方波信号，每旋转3°编码器发出一个脉冲，用于机械手的定位控制。旋转到位后，横轴开始前伸80mm，当前伸到位后，停止前伸。手开始旋转。旋转到位后，竖轴开始下降50mm，当下降到低位时，停止下降。机械手在低位时开始松开工件，同时启动延时0.5s定时器(T40)。待延时时间到，竖轴又开始上升。并通过程序，实现机械手软件复位。机械手等待工作台A再一次有物块时，进行下一

8、周期操作。根据机械手的控