基于PLC控制的气动物料搬运系统1.引言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，因而在冲压加工、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。所以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，引起了世界各国产业界的普遍重视，气动行业已成为工业国家发展速度最快的行业之一。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。基于PLC控制的气动物料搬运系统【摘要】：采用气动元件的物料搬运系统结构、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。 【关键词】：PLC；气动元件；物料搬运系统 2.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。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。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。 图1 物料搬运系统3.硬件配置从控制流程中可以看出，在控制方式选择上需要三个启动按钮，分别完成自动方式，单动方式和手动方式的启动，还需要一个停止按钮用来处理在任何情况下的停止运行。机械手运动的的限位开关有4个：高位限位开关，低位限位开关，左位限位开关和右位限位开关。手动输入信号共由5个按钮组成：下降按钮，上升按钮，夹紧按钮，左移按钮和右移按钮。工作台A上有工件检测光偶合器VLC的输入信号，共有14个数字量输入信号。输出信号有机械手下降驱动信号，上升驱动信号，右移驱动信号，左移驱动信号和机械手加紧驱动信号，共有5个数字量输出信号。 表1. I/O地址分配
模块号 输入端子号 输出端子号 地址号 信号名称 说 明SM321 1 I0.0 自动启动 按钮 2 I0.1 单动启动 按钮 3 I0.2 手动启动 按钮 4 I0.3 停止 按钮 5 I0.4 高位 限位开关 6 I0.5 低位 限位开关 7 I0.6 左位 限位开关 8 I0.7 右位 限位开关 9 I1.0 手动下降 按钮 10 I1.1 手动上升 按钮 11 I1.2 手动夹紧 按钮 12 I1.3 手动左移 按钮 13 I1.4 手动右移 按钮 14 I1.5 A台有工件 光耦合器SM322 1 Q4.0 下降 电磁阀 2 Q4.1 上升 电磁阀 3 Q4.2 右移 电磁阀 4 Q4.3 左移 电磁阀 电磁阀 电磁阀 电磁阀 电磁阀 电磁阀系统需要数字量输入14点，数字量输出5点，不需要模拟量模块。选择S7-300系列的 CPU313，加上数字量输入模块SM321及输出模块SM322就可以满足要求，而且还有一定的裕量。2） I/O地址分配将14个输入信号，5个输出信号按各自的的功能类型分好，并与PLC的I/O端口一一对应，编排好地址。列出外部I/O信号与PLC I/O端地址编号对照表，如表1所示。3） 其它地址分配（1） 加紧定时器T1，定时5S；（2） 放松定时器T2，定时5S；（3） 自动方式标志M0.0；（4） 单动方式标志M0.1；（5） 手动方式标志M0.2（6） 结束标志M0.5 。 5.程序流程图及软件设计 (1)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。另外，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2所示348
基于PLC控制的气动物料搬运系统 图2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，夹手在完成最后一个周期的工作后，返回原点，自动停机。如图3所示。 图3 连续动作顺序流程图(2)机械手程序设计 1)组织块（主程序）组织块OB1用于设定机械手启动方式，主要负责功能块或子程序的调用是自动运行还是单动运行，以及系统的循环扫描，故障诊断和输出刷新。其梯形图如图4所示。 图4 机械手控制梯形图 （1） 逻辑功能块（子程序） 逻辑功能块包括两个部分：自动方式或单动方式控制（FC10）和手动方式控制（FC11）。 1） 自动方式或单动方式控制（FC10）的具体程序（梯形图表示）如图5所示。 2） 手动方式控制（FC11）的具体程序（梯形图表示）如图6所示。 图5.自动控制方式梯形图 图6.手动控制方式梯形图 6.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。 参考文献 [1] SMC(中国)有限公司.现代实用气动技术[M].北京:机械工业出版社,1998. [2] 李国平等.基于PLC控制的气动机械手实验装置的研制[J].液压与气动,2003(1):28～29. [3] 邓星钟.机电传动控制[M].华中科技大学出版社,2001.
