PLC在物料搬运机械手控制中的应用

发布日期:[09-01-15 20:48:43] 浏览人次:[]

1 引言
机械手可在空间抓放物体,动作灵活多样,适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产,广泛应用于柔性自动线[1>。笔者开发的用于热处理淬火加工的物料搬运机械手,采用PLC控制,是一种按预先设定的程序进行工件分拣、搬运和淬火加工的自动化装置,可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业,并可根据工件的变化以及淬火工艺的要求随时更改相关控制参数。

2 物料搬运机械手结构
如图1所示,物料搬运机械手为三自由度气压式圆柱坐标型机械手,主要由机座、腰部、水平手臂、垂直手臂、气爪等部分组成。其中,腰部采用步进电机驱动旋转,手臂及气爪采用气缸等气动元件。对应的物料分拣装置由4个普通气缸构成,用以将不同长度的工件经分拣后送至各自的轨道中,并在轨道终端进行淬火加工,加工完毕后再由机械手抓取、搬运和分类堆放。机械手抓取长、短工件的顺序不是固定的,要视物料分拣装置的分拣结果以及长、短工件哪一个先到达轨道终端来定。但机械手对工件的堆放顺序却是固定的,要按照一定的规律堆放(如图1中,长、短工件各放一边,以4个为一组进行堆放),并且堆放工件的位置精度也是有要求的。

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图1 物料搬运机械手装置结构示意图

3 机械手控制系统组成
由于取工件和堆放工件都有定位精度要求,所以在机械手控制中,除了要对垂直手臂滑块气缸、气爪等普通气缸进行控制外,还要涉及到对水平手臂气缸以及机械手腰部回转的伺服控制。其中,机械手水平手臂气缸的伺服控制采用气动比例伺服控制系统;机械手的回转控制则采用三相混和式步进电机及其控制系统。考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性,对这种混合驱动机械手采用PLC作为核心控制器,上述各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作(如图2所示),PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16点输入、16点输出)。

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图2 基于PLC的机械手控制系统硬件原理图


步进电机选用深圳白山机电公司的BS110HB3L142-04型三相混合式步进电机,最大扭矩:12Nm;保持转矩:13.5Nm;额定电流4.2A。步进电机驱动器性能的优劣,直接关系到步进电机的正常运行,必须合理选配。为此,我们仍选择白山公司与BS110三相混合式步进电机配套的Q3HB220M等角度恒力矩细分型驱动器,定位精度可达30000步/转。为了确保步进电机控制的稳定性、可靠性以及便于日后维护,我们选择与FX2N系列PLC配套的脉冲发生单元FX2N-1PG作为步进电机驱动器的控制单元[2>。PLC通过扩展电缆、控制信号以及FROM/TO指令对1PG进行控制,向1PG发出定位命令,然后由1PG通过向步进电机驱动器输出指定数量的脉冲(最大100KPPS)来具体执行这个定位命令,从而最终实现PLC对步进电机的伺服定位控制,既提高了控制的灵活性和可靠性, 又便于控制程序的编写。

在图2中,FX2N-1PG的FP和RP分别与步进电机的DR-和PU-端子相连,表示输出脉冲类型分别为前向脉冲和反向脉冲。1PG的DOG端为确定步进电机原点位置时所用。在调试时,当步进电机接近原点位置时,应通过此端对应的按钮接通24V电源,从而使步进电机开始以原点返回速度(爬行速度)转动,以便在到达设定的原点位置时方便于PG0端的控制。PG0+和PG0-为步进电机到达原点位置时的停转控制信号,需外加一个5V电源,正端接PG0+,负端通过开关K与PG0-相连。当步进电机在DOG信号的控制下缓慢转动到达设定的原点位置时,可通过手动或行程开关触发PG0+和PG0-,使两端接通5V电源,于是电机停转,并将原点位置记录下来,存贮在1PG的BFM#26和#27这2个寄存器中,作为PLC对步进电机进一步控制的基准和重要参数。

气动比例伺服控制系统采用德国Festo公司的相关产品,主要由HMP坐标气缸、伺服定位控制器SPC200

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