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PLC 自动化控制​在工业中对搬运机械手应用的特点及意义

发布日期:2020-04-10

 魏丽梅

摘要:通过对搬运机械手在工业里的应用研究,探究且阐述PLC自动化控制在机械手应用中的特点及应用的意义。


       我国工业自动化的程度越来越高,对机械操作的依赖度很强,所以机械手的使用量越来越大,涉及面越来越广泛, 使用的领域包括汽车、电子、机械加工、食品、医药等。使用机械手搬运货物时,能够节约时间,减少成本,提高产品的 使用效率,弥补其他搬运方式的不足之处,满足社会主义经 济发展的需要。


1 研究搬运机械手使用的原理

       由 2 个转速不同的电动机在正反转的过程中,利用电 磁阀控制的液压缸使机械手上下运动,手动操作界面由手动步进和回归原位组成,但是按钮比较多,在手动步进中包 括上升、下降、放松、快进、慢进、快退和慢退 7 个按钮;回归 原位只有复位1个按钮。自动操作界面由单步、单周期和 连续操作组成。在操作界面上通常会设置 5 个挡位;每1个操作动作都有显示灯。除此之外,在界面上还有启动和 停止 2 个按钮。

搬运机械手操作界面.png

2 机械手基本情况简介

2.1 应用方面的简介

      搬运机械手应用于机械行业时,其应用范围如下:

(1) 应用于热加工领域。热加工是较为危险的工种,为了确保 工作人员的生命安全,提高工作效率,在工人不能胜任的作 业方面通常使用搬运机械手。(2)应用于冷加工领域。在 柴油机及轴类、盘类和箱体类加工生产线上、自动线上使用, 能够有效地连接上下工序。

(3)应用于拆装领域。拆装工作 比较危险,同时也是个体力活,需要较大的力气才能完成。 用搬运机械手能够轻而易举地完成这样的工作。铁路各个部门通常使用搬运机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装 卸轴箱、组装轮对、清除石棉等,操作工人的劳动强度减弱 了,劳动效率却提高了。


2.2 应用意义

(1)提高了生产的自动化程度。因为搬运机械手上装 配了很多自动化的设备,能够在传送、装卸、更换等工序上 提供自动化,降低了生产成本,提高了生产效率。

(2)确保 安全生产。在高温、高压和有害工种领域内,对工人的危害 极大,不宜人工操作,所以用搬运机械手代替人工搬运,能 够确保工人的生产安全。(3)确保生产的节奏性。在搬运 货物过程中,由于人的体能限制,不可能连续性地工作,而使用搬运机械手操作,在自动化的生产线可以确保生产的 节奏性,提高生产效率。


2.3 机械手的发展趋势

      目前,我国使用机械手存在着数量、品种、性能和领域 不足等局限性,所以应该扩大机械手的应用范围,增加机械 手的生产数量、品种,完善机械手的操作性能。

      为了能够有效地完善机械手的操作性能,机械手在生 产的过程中要根据其使用方面的不同,在伸缩、摆动、升降、 横移和俯仰等部件中选用不同的材料。另外还要从其他视 角上加大不同类型搬运机械手的研究,例如在触觉、视觉以 及记忆力性能方面加大研究的力度,为机械制造系统创造 1 个完整的基本单元。   

      国外使用机械手时,能够按照事先设计好的程序完成 所有的操作,也具有能应对外界变化、及时反馈的能力。当 搬运的物品产生偏移时,机械手仍按照以前的操作步骤进 行搬运,就会损伤机械手的零部件。所以国外机械研究方 面的专家正致力于智能机械手的研究,在搬运机械手上装 置传感器,能够感应外界的变化,及时作出调整,准确地搬 运产生偏移的货品。目前的研究方向是在搬运机械上安装 具有视觉功能和触觉功能的传感器。


2.4 PLC 在机械手中的应用

2.4.1 PLC 的应用概况

PLC 的用途如下:

(1)发挥逻辑控制的作用。PLC 在发 挥逻辑控制作用时,主要的控制对象是电气机构、包装机构 和电梯,以避免继电器控制和顺序控制器所带来的负面影 响。

(2)发挥控制模拟量的作用。PLC 通过模拟量 I/O 模 块,使模拟量和数字量互换,同时加强对模拟量的控制。

(3) 加强数字控制。因其数据处理能力较强,所以通常会和机 械加工的数字控制和计算机控制结合在一起,对机械手进 行数字控制。

(4)控制工业机器人。

(5)自动化多层控制。 PLC联通能力较强,能够在多个领域内实现通信的功能,从 而建立多层分布式的自动化控制体系。


2.4.2 PLC 的特点

(1)具有较强的抗干扰能力。PLC 在工作时,不会受电 磁、电源电压波动、机械振动、温度变化等不利条件的干扰, 能够在长时间内工作,不容易出现故障。

(2)操作方便,具有 较强的通用性。PLC 实施操作功能是通过编程来实现的, 操作起来比较方便。控制对象不变,但其操作要求需要变更 时,则可以通过软件编程,改变控制系统,使系统的功能产生 变化,而不需要更换其硬件设备。

(3)因其软件通用性较强, 所以在编程时比较简单,使用此系统时方便,如果出现故障, 维护时也非常方便。

(4)组合时快捷、方便;使用时功能强 大;应用的领域比较广泛。PLC 的控制方式灵活性较强,不 管是使用于开关量控制还是使用于模拟量控制,都能发挥最 佳的作用;可选择单片机,也可选择多级控制系统;不管是简 单的系统还是复杂的系统,PLC 都能灵活控制。

(5)体积小、 重量轻、功耗低。PLC 的电路由半导体集成,所以它的体积 不大,不重,所以耗能比较低,只有 1.2 kW 左右。


2.4.3 PLC 在机械手中的应用

        PLC 有以下特点:具有较强的抗干扰能力;操作方便, 具有较强的通用性;因其软件通用性较强,所以在编程时比 较简单,使用此系统时方便,如果出现故障,维护时也非常 方便;组合时快捷、方便,使用时功能强大;应用的领域比较 广泛;体积小、重量轻、功耗低,在危险、高温以及有害工种 等领域内频繁使用。本设计正是以 PLC 控制为基础,从而 实现机械手的各种手动。


3 搬运机械手硬件系统设计

3.1 机械手的结构

      设计其结构如图 1 所示:

图片.png

   图中设置 9 个行程开关 SQ1 ~ SQ9,主要是对机械手 的一些组件进行检测,例如:械手夹钳是否能够夹紧,是否 能够在适当时期处于放松状态,是否能够有效地控制系统。 其中 SQ1 为工件是否到位的检测开关;SQ2 为小车原位检 测开关;SQ3、SQ4 分别为机械手下降上升是否到位检测开 关;SQ5、SQ6 分别为机械手夹紧放松检测开关;SQ7、SQ8 分别为小车速度转换开关;SQ9 为小车运动停止开关。


3.2 设计原理及功能

      搬运机械手的电气控制设计由主电路和控制电路 2 部 分组成。主电路就是 2 台不同转速的电动机,这 2 台电动 机以不同的速度带动小车快速滑行或低速滑行,控制情况 如下:慢速电动机 M1 由接触器 KM1、KM2 分别控制其正 传和反转;快速电动机 M2 由接触器 KM3 和 KM4 分别控 制其正传和反转。控制电路是指由电磁阀控制的液压缸对 机械手夹紧、放松动作的控制。当电源接通之后,机械手就 会松开,以免在通电不正常的情况下,因机械手松开,部件 脱落而导致伤人或无法正常操作的事故发生。


3.3 操作面板及动作说明

       操作面板由自动操作和手动操作 2 部分组成。手动操 作界面由手动步进和回归原位组成,但是按钮比较多,在手 动步进中包括上升、下降、放松、快进、慢进、快退和慢退 7 个按钮;回归原位只有复位 1 个按钮。自动操作界面由单 步、单周期和连续操作组成。在操作界面上通常会设置 5 个档位;每 1 个操作动作都有显示灯。除此之外,在界面上 还有启动和停止 2 个按钮。

      其操作面板如图 2 所示:

图片.png

4 总结

        搬运机械手在工业中普遍使用之后,其操作灵活性深受欢迎。研究专家正在钻研多性能的搬运机械手,以促进我国工业的快速发展。在研制的过程中难免会出现大量问题,只要加大开发力度,这些问题必将彻底得到解决。


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