基于PLC控制的氣動(dòng)物料搬運(yùn)系統(tǒng)的研制
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本文介紹了采用氣動(dòng)元件的物料搬運(yùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)系統(tǒng)及其PLC控制系統(tǒng)。物料的搬運(yùn)方式具有可抓可吸的多用途功能；氣動(dòng)系統(tǒng)電磁換向閥采用匯流板集裝方式，減少了占用空間；PLC控制具有單步、自動(dòng)等多種工作方式。
由于氣壓傳動(dòng)具有氣源使用方便、不污染環(huán)境、動(dòng)作靈活迅速、工作安全可靠、操作維修簡便以及適于在惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)，因而在沖壓加工、注塑及壓鑄等有毒或高溫環(huán)境下作業(yè)，機(jī)床上、下料，儀表及輕工行業(yè)中小零件的輸送和自動(dòng)裝配等作業(yè)，食品包裝及輸送，電子產(chǎn)品輸送、自動(dòng)插接，彈藥生產(chǎn)自動(dòng)化等過程中被廣泛應(yīng)用。所以氣壓傳動(dòng)是一種易于推廣普及的實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用技術(shù)。氣動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用，引起了世界各國產(chǎn)業(yè)界的普遍重視，氣動(dòng)行業(yè)已成為工業(yè)國家發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。
作為氣動(dòng)系統(tǒng)的控制裝置目前多數(shù)采用可編程控制器（PLC）。可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置，其可靠性好，操作簡便。在實(shí)際應(yīng)用中，控制系統(tǒng)很容易實(shí)現(xiàn)。一般是由受控設(shè)備的動(dòng)作順序和工藝要求，構(gòu)成工步狀態(tài)表，形成梯形圖，再編制PLC指令。
一、物料搬運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
物料搬運(yùn)系統(tǒng)原理圖如圖1所示。該系統(tǒng)由左右移動(dòng)氣缸1、復(fù)位進(jìn)退氣缸2、升降氣缸3、夾手或真空吸盤4、物料塊5、傳感器6、圓柱導(dǎo)軌7、支架8、底座9、微動(dòng)開關(guān)10等組成。夾手或真空吸盤4可以夾住或吸住物料塊5，抓取物料的部分采用夾持式和吸附式兩種形式，選用不同的形式，可分別完成工件的抓取和吸附，以適應(yīng)不同種類的物料搬運(yùn)。夾手采用電磁鐵吸合與斷開方式夾持物料。夾手或吸盤在升降氣缸3的作用下可以上下移動(dòng)；夾手或真空吸盤連同升降氣缸在左右移動(dòng)氣缸1的作用下沿著圓柱導(dǎo)軌可以左右移動(dòng)；在復(fù)位進(jìn)退氣缸2的作用下將物料塊送回原始位置，為下一個(gè)工作周期準(zhǔn)備，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)。此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)物料在一個(gè)平面內(nèi)的搬運(yùn)。左右移動(dòng)行程為300mm，上下移動(dòng)行程為80mm，根據(jù)行程選擇不同的氣缸，氣缸1、2行程為300mm，氣缸3行程為80mm。氣缸選用法蘭式安裝。為了防止工件偏移，在左右移動(dòng)氣缸1運(yùn)動(dòng)路徑兩邊安置導(dǎo)向圓柱導(dǎo)軌7，將圓柱導(dǎo)軌用螺釘固定在支架8上；支架用螺栓固定在底座9上。
圖1 物料搬運(yùn)系統(tǒng)原理圖
在左右移動(dòng)氣缸1的缸體上安裝了兩個(gè)磁性開關(guān)6用于左右極限位置檢測；在底座上安裝了一個(gè)微動(dòng)開關(guān)10用于物料塊下限位置檢測。
操作面板安裝在電控箱上，與實(shí)驗(yàn)裝置主體是分離的。PLC可編程序控制器，電磁閥，真空發(fā)生器等均放置在電控箱里。
二、氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
氣動(dòng)原理圖如圖2所示。
圖2 氣動(dòng)原理圖
氣源出來的氣體經(jīng)過二聯(lián)件處理后進(jìn)入到匯流板。通過相應(yīng)的電磁換向閥可進(jìn)入氣動(dòng)執(zhí)行元件，分別驅(qū)動(dòng)氣缸1的左右移動(dòng)、氣缸2的推料動(dòng)作、氣缸3的上升下降運(yùn)動(dòng)、吸盤4的抓料和松料動(dòng)作。整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)的3個(gè)氣缸全部采用出氣節(jié)流調(diào)速；電磁閥采用3個(gè)二位五通閥和1個(gè)二位二通閥。選用集裝式電磁換向閥，將所有電磁換向閥由匯流板集裝在一起，以減小占用空間。
三、程序流程圖及軟件設(shè)計(jì)
實(shí)現(xiàn)功能。物料搬運(yùn)系統(tǒng)具有左右移動(dòng)、上下移動(dòng)及對(duì)物料的夾緊和放松、推料進(jìn)退功能，在PLC控制下可實(shí)現(xiàn)單步、自動(dòng)等多種工作方式。另外，物料被夾手搬運(yùn)完成以后，為滿足連續(xù)動(dòng)作需要，還必須將此物料運(yùn)送回原點(diǎn)位置，以供下次搬運(yùn)需要。系統(tǒng)可完成的各種工作方式如下。
單步：可實(shí)現(xiàn)“上升”，“下降”，“左移”，“右移”，“夾緊”，“放松”，“推料進(jìn)”，“推料退”等八種點(diǎn)動(dòng)操作；
連續(xù)：按下“啟動(dòng)”按鈕后，夾手從原點(diǎn)位置開始連續(xù)不斷地執(zhí)行搬運(yùn)物料的個(gè)步。
根據(jù)上述任務(wù)，先設(shè)計(jì)主程序框圖，如圖3所示。
圖3 主程序框圖
物料搬運(yùn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作：下降→抓料→上升→右移→再下降→松料→再上升→左移→推料進(jìn)→推料退。
在這個(gè)系統(tǒng)中，我們只實(shí)現(xiàn)一個(gè)物料的循環(huán)動(dòng)作，故在機(jī)械手回原點(diǎn)后，需將物料推回原來位置。
在PLC控制下可實(shí)現(xiàn)單動(dòng)、連續(xù)動(dòng)作工作方式。
系統(tǒng)上電后，通過旋轉(zhuǎn)按扭選擇是單動(dòng)還是連動(dòng)，如果是單動(dòng)則執(zhí)行單動(dòng)程序，否則執(zhí)行連動(dòng)程序。
單動(dòng)工作方式：利用按鈕對(duì)夾手每一動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行控制。
連續(xù)：按下啟動(dòng)按鈕，夾手從原點(diǎn)開始，按工序自動(dòng)循環(huán)工作，直到按下停止按鈕，夾手在完成最后一個(gè)周期的工作后，返回原點(diǎn)，自動(dòng)停機(jī)。如圖4所示。
圖4 連續(xù)動(dòng)作順序流程圖
四、結(jié)論
基于PLC控制的物料搬運(yùn)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)物料的自動(dòng)循環(huán)搬運(yùn)。此系統(tǒng)既可以使用夾手夾持物料，又可以使用真空吸盤吸附物料，具有多種用途功能；氣動(dòng)系統(tǒng)的電磁換向閥采用匯流板集裝，減少了占用空間；在PLC的控制下可以實(shí)現(xiàn)單動(dòng)和連動(dòng)兩種執(zhí)行方式，完成物料的搬運(yùn)。
參考文獻(xiàn)
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