西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8低价销售
导读：本文介绍了采用气动元件的物料搬运系统的结构、气动系统及其PLC控制系统。物料的搬运方式具有可抓可吸的多用途功能;气动系统电磁换向阀采用汇流板集装方式，减少了占用空间;PLC控制具有单步、自动等多种工作方式。
由于气压传动具有气源使用方便、不污染环境、动作灵活迅速、工作安全可靠、操作维修简便以及适于在恶劣环境下工作等特点，在冲压加工、注塑及压铸等有毒或高温环境下作业，机床上、下料，仪表及轻工行业中小零件的输送和自动装配等作业，食品包装及输送，电子产品输送、自动插接，弹药生产自动化等过程中被广泛应用。气压传动是一种易于推广普及的实现工业自动化的应用技术。气动系统的应用，引起了产业界的普遍重视，气动行业已成为工业国家发展速度快的行业之一。
作为气动系统的控制装置目前多数采用可编程控制器(PLC)。可编程序控制器是以微处理器为基础，综合计算机技术，自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，其可靠性好，操作简便。在实际应用中，控制系统很容易实现。一般是由受控设备的动作顺序和工艺要求，构成工步状态表，形成梯形图，再编制PLC指令。
一、物料搬运系统结构设计
物料搬运系统原理图如图1所示。该系统由左右移动气缸1、复位进退气缸2、升降气缸3、夹手或真空吸盘4、物料块5、传感器6、圆柱导轨7、支架8、底座9、微动开关10等组成。夹手或真空吸盘4可以夹住或吸住物料块5，抓取物料的部分采用夹持式和吸附式两种形式，选用不同的形式，可分别完成工件的抓取和吸附，以适应不同种类的物料搬运。夹手采用电磁铁吸合与断开方式夹持物料。夹手或吸盘在升降气缸3的作用下可以上下移动;夹手或真空吸盘连同升降气缸在左右移动气缸1的作用下沿着圆柱导轨可以左右移动;在复位进退气缸2的作用下将物料块送回原始位置，为下一个工作周期准备，以实现循环。此系统能够实现物料在一个平面内的搬运。左右移动行程为300mm，上下移动行程为80mm，根据行程选择不同的气缸，气缸1、2行程为300mm，气缸3行程为80mm。气缸选用法兰式安装。为了防止工件偏移，在左右移动气缸1运动路径两边安置导向圆柱导轨7，将圆柱导轨用螺钉固定在支架8上;支架用螺栓固定在底座9上。
图1 物料搬运系统原理图
在左右移动气缸1的缸体上安装了两个磁性开关6用于左右极限位置检测;在底座上安装了一个微动开关10用于物料块下限位置检测。
操作面板安装在电控箱上，与实验装置主体是分离的。PLC可编程序控制器，电磁阀，真空发生器等均放置在电控箱里。
二、气动系统设计
气动原理图如图2所示。
图2 气动原理图
气源出来的气体经过二联件处理后进入到汇流板。通过相应的电磁换向阀可进入气动执行元件，分别驱动气缸1的左右移动、气缸2的推料动作、气缸3的上升下降运动、吸盘4的抓料和松料动作。整个气动系统的3个气缸全部采用出气节流调速;电磁阀采用3个二位五通阀和1个二位二通阀。选用集装式电磁换向阀，将所有电磁换向阀由汇流板集装在一起，以减小占用空间。
三、程序流程图及软件设计
实现功能。物料搬运系统具有左右移动、上下移动及对物料的夹紧和放松、推料进退功能，在PLC控制下可实现单步、自动等多种工作方式。物料被夹手搬运完成以后，为满足连续动作需要，还必须将此物料运送回原点位置，以供下次搬运需要。系统可完成的各种工作方式如下。
单步：可实现“上升”，“下降”，“左移”，“右移”，“夹紧”，“放松”，“推料进”，“推料退”等八种点动操作;
连续：按下“启动”按钮后，夹手从原点位置开始连续不断地执行搬运物料的个步。
根据上述任务，先设计主程序框图，如图3所示。
图3 主程序框图
物料搬运系统实现的动作：下降→抓料→上升→右移→再下降→松料→再上升→左移→推料进→推料退。
在这个系统中，我们只实现一个物料的循环动作，故在机械手回原点后，需将物料推回原来位置。
在PLC控制下可实现单动、连续动作工作方式。
系统上电后，通过旋转按扭选择是单动还是连动，如果是单动则执行单动程序，否则执行连动程序。
单动工作方式：利用按钮对夹手每一动作单独进行控制。
连续：按下启动按钮，夹手从原点开始，按工序自动循环工作，直到按下停止按钮，夹手在完成后一个周期的工作后，返回原点，自动停机。如图4所示。
图4 连续动作顺序流程图
四、结论
基于PLC控制的物料搬运系统能够实现物料的自动循环搬运。此系统既可以使用夹手夹持物料，又可以使用真空吸盘吸附物料，具有多种用途功能;气动系统的电磁换向阀采用汇流板集装，减少了占用空间;在PLC的控制下可以实现单动和连动两种执行方式，完成物料的搬运。
四轴联动简易机械手的各个动作和 状态都由PLC控制，不仅能满足机械手的手动、半自动 、自动等操作方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求，更可通过接口元器件与计算机组成PLC工业局域网，实现网络通信与网络控制。使四轴联动简易机 械手能方便地嵌入到工业生产流水线中。
一 四轴联动简易机械手的结构及动作过程
机械手结构如下图1所示，有气控机械手(1)、XY轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。
其运动控制方式为：(1)由伺服 电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点);(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y轴限位开关); (3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手
及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成);(4)旋转基座主 要支撑以上3部分;(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。
其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始 动作;步进电机控制开始向下运动，另一路步进电机控制横轴开始向前运动;伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，充气，机械手夹住货物。
步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走;转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处;步进电机驱动纵轴下 降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物;系统回位准备下一次动作。
二 控制器件选型
为达 到jingque控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：
1. 步进电机及其驱动器
机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是 北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩;M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，大3A的8种输出电流可选，大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC之间选择。一般来 说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器大输出电流值为3A/相(峰值)，通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用。本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16 细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。
2. 伺服电机及其驱动器
机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量 MSMA5AZA1G，其额定输出50W、100/200V共用，旋转编码器规格为增量式(脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11 线);有油封，无制动器，轴采用键槽连接。该电机采用松下公司独特算法，使速度频率响应提高2倍，达到500Hz ;定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可弥补机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接高精度的光栅尺，构成全闭环控制，提高系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式，还配有RS-485、 RS-232C 通信口，使上位控制器可控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A，适用于小惯量电动机。
3. 直流电机
可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动，系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机，其调速范围宽、 低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高。无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器，其采用24～48V直流供电，有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护，且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。
4. 旋转编码器
在可回旋360°的转盘机 构上，安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器，
5. PLC的选型
根据系统的设计要求，选用OMRON公司生产的 CPM2A小型机。CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。CPM2A的CPU单 元又是一个独立单元，能处理广泛的机械控制应用问题，它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRON PC和OMRON可编程终端的通信。这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。
三 软件编程
1. 软件流程图
流程图是PLC程序设计的基础。只有设计出流程图，才可能顺利而便捷地编写出梯形图并写出语句表，终完成程序的设计。写出流程图非常关键也是程序设计要做的任务。依据四轴联动简易机械手的控制要求，绘制流程图如图2所示。
软件流程图
2. 程序部分
由于论文篇幅有限，这里只列出了开始两段程序，供读者参阅，见图 3。
程序列表
四 结束语
四轴联动简易机械手的各个动作和 状态都由PLC控制，不仅能满足机械手的手动、半自动 、自动等操作方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求，更可通过接口元器件与计算机组成PLC工业局域网，实现网络通信与网络控制。使四轴联动简易机 械手能方便地嵌入到工业生产流水线中。