6GK7243-1EX01-0XE0产品

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随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输快捷、便利。

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，同时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，然后充气，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；步进电机再次驱动纵轴下降，到达位置后，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.。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MSMAZA1G，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特算法，使速度频率响应提高2倍，达到500Hz；定位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，可机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接的光栅尺，构成全闭环控制，进一步提高系统精度。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，使上位控制器可同时控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA3A1A，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。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，编码器将信号传给PLC，实现转盘机构的定位。

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单元又是一个立单元，能处理广泛的机械控制应用问题，所以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。所以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。

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。

 

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，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。 

：桥式起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，每天使用频繁，工作量很大。PLC应用在桥式起重机变频调速电力拖动系统上，简化电气控制系统。本文介绍PLC系统控制工作原理、PLC选用、控制系统的逻辑控制功能及过程、控制要点、使用情况。桥式起重机电力拖动系统变频器通过可编程控制器进行无触点控制，使设备运行准确，满足运料工艺要求。

关键字：桥式起重机；PLC；变频器；应用

1 概述

抓斗式起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，我厂输煤系统现有多台抓斗式起重机，工作量很大，使用频繁。抓斗式起重机电力拖动系统多采用绕线式交流异步电机，转子回路内串入多段外接电阻调速，采用凸轮控制器、继电器、接触器控制，故障，维修工作量大，给正常生产,日常维护带来许多不便等问题。随着电子技术的飞快发展和应用,将PLC应用在抓斗式起重机变频调速控制电气控制系统上,使抓斗式起重机的抓斗升降、开闭、小车和大车的运行实现无级调速，从而大大提高性和性。

2系统构成

桥式起重机的变频调速电力拖动控制系统主要由主令控制器、PLC和变频器及制度动单元等组成。由主令控制器通过PLC来控制变频器工作，其次再由变频器拖动吊钩升降机构传动系统、吊钩开闭机构传动系统、小车运行机构传动系统、大车运行机构传动系统等部分，完成原料的运送整个生产过程。

3系统控制工作原理

在司机操作室联动台别设有吊钩升降、开闭机构主令控制器。系统的控制指令，由司机室联动台主令控制器给出，经PLC运算后给出控制变频指令：上升、下降、、打开、关闭、加速、减速。吊钩升降、开闭机构制动打开由变频器输出继电器经PLC逻辑运算后驱动制动器控制接触器，使制动器动作。控制变频器内部保护功能有：短路、过压、缺相、失压、过流、速、接地等各种保护功能和故障自诊断及显示报警功能。当变频器出现短路、过流等故障时，变频器给出故障信号输入PLC，并停止输出，PLC接到故障信号后，切断变频器电源，控制制动器抱闸，并发出报警信号。由PLC控制的桥式起重机变频调速电力拖动控制系统工作原理框图如图1所示。

图1桥式起重机变频调速电力拖动控制系统工作原理框图
4 PLC控制器的选择

PLC选用日本欧母龙CPM2AE—60CDR-A型PLC来实现整个系统的逻辑控制，电气设备的工作由可编程控制器PLC控制，接线简化，电源功率损耗减少；设置回路故障诊断和有效的电气保护功能使电气系统具有、一定的智能性和高的性。

5 控制系统的逻辑控制功能及过程

桥式起重机变频调速电力拖动系统PLC逻辑控制梯形图如图2所示。

5.1.逻辑控制功能主要功能：

（1）.变频器运行、停止控制。

（2）.控制制动器，保证电动机停止时能够及时制动，既不提前，也不延后。

（3）.升降变频器控制方式切换。

（4）.电气闭锁保护控制。

（5）.升降、开闭变频器中任意一台变频器报故障时，两台变频器均能够立即停止输出。并同时制动。

（6）.任何时刻断电，系统将立即停止，制动器制动。

图2桥式起重机变频调速电力拖动系统PLC逻辑控制梯形图

5.2逻辑控制过程

吊钩升降、开闭机构电气拖动系统：吊钩升降、开闭机构拖动系统各有一台电机，由于吊钩升降、开闭机构拖动系统电机是同时工作，因此两套机构不能共用一套变频器。在司机操作室联动台别设有吊钩升降、开闭机构主令控制器Ks、Kf。系统的控制指令，由司机室联动台主令控制器Ks、Kf给出，经PLC运算后给出控制变频指令：上升、下降、、打开、关闭、加速、减速。吊钩升降、开闭机构制动打开由变频器输出继电器经PLC逻辑运算后驱动制动器控制接触器Cs、Cf，使制动器动作。变频器内部保护功能有：短路、过压、缺相、失压、过流、速、接地等各种保护功能和故障自诊断及显示报警功能。当变频器出现短路、过流等故障时，变频器给出故障信号输入PLC，并停止输出，PLC接到故障信号后，切断变频器电源，控制制动器抱闸，并发出报警信号。吊钩升降、开闭机构除了变频器内部有保护功能外，线路还设置了下列保护：①.零位保护：由主令控制器零位触点实现；②.限位保护：由高度限制器实现；③.线路设有低压断路器作为短路保护。

大车、小车运行机构电气拖动系统：大车、小车运行机构分别由一台变频电机驱动，系统控制方法与起升机构电气传动系统类似。
6控制系统的控制要点

桥式起重机拖动系统的控制包括:大车的左、右行及速度档；小车的前、后行及速度档；吊钩的升、降，开、闭及速度档等，抓斗式起重机拖动系统变频器控制回路电气原理图见图3。这些都可以通过变频器可编程控制器进行无触点控制。

图3桥式起重机拖动系统变频器控制回路电气原理图

抓斗式起重机控制系统中需要引起注意的是关于防止溜钩的控制，在电磁制动器抱住之前和松开后的瞬间，易发生重物由于停止状态下滑而产生溜钩。

（1）起吊重物停住控制要点：通过设定停止起始频率，和维持时间(应大于制动电磁铁抱闸时间0.6s)，当变频器的工作频率下降到时,变频器输出一个“频率到达信号”,发出制动电磁铁断电指令，此时维持，随后变频器工作频率降为0。

（2）起吊重物升降控制要点：设定“升降起始频率和“检测电流时间，当变频器达到的同时，变频器开始检测电流，确认电流足够大，产生的力矩能抵消下降力矩时发出松开指令，使制动电磁铁开始通电松开抱闸，应大于电磁铁松开时间。

（3）自动转矩提升设置：在调试过程中适当地提高中频电压可以改善低频特性，提高启动转矩；提高零频电压可以加大直流强励磁，可以使电机保持足够大的转矩防止溜钩。

（4）吊车使用完毕后，应将主令控制器放置零位，30秒后按下停止按钮，断开主电源，关闭风机及照明电源开关，确认断电后，锁好操作室门方可离开。

7总结

运用PLC对电气控制回路进行改造，可以充分发挥PLC性高，电气控制线路简单，故障容易查找的优点。桥式起重机电力拖动系统变频器通过可编程控制器进行无触点控制，使设备运行准确，满足运料工艺要求

1、设置有关密码和保护级别

系统程序要设置有关密码或保护级别，防止因误操作或被人为改动而被破坏。

2、建立维护和定期保养的规章制度，完善岗位责任制巡回检查制度

包括建立系统设备档案（如设备一览表、系统资料、程序清单和竣工图等）采用统一的记录格式来记录系统的运行状况、故障现象和维修情况等。

3、定期清洁措施

应根据不同的应用地点、场所，定期清洁措施。如定期清洁和换机柜的空气过滤网，确保机柜空气洁净和通畅，防止大量粉尘物积在处理器和I/O模块上。清洁时要注意，不要证污物掉入系统模块内造成模块损坏和引起系统停机。

4、定期检查

定期检查结合生产开停装置进行。

（1）PLC系统的检查。检查PLC的工作环境，包括供电、环境，检查系统所有模块的运行状态、锂电池的使用状态等。

（2）连接电缆的检查。检查是否连接牢固，连接处是否氧化严重，对有问题的地方进行处理。

（3）中间继电器是否有振动松脱。一次元件根据其技术参数进行定期校验和检查，确保输入准确和输出信号执行顺畅。

（4）接地和接地电阻检查。

（5）对系统的用户程序进行备份。

（6）长期处于运行状态（或长周期运行）的系统，在一定的时间间隔（如1年）进行的检查，有条件的可以做点检处理。

1、学生在实验室实训课前应该认真预习实验室实训内容，明确实验实训目的。

2、根据实验实训任务，拟定出切实可行的、条理清楚的实验实训步骤，准备好有关表格及文具。

3、做实验实训之前，自行检查所配备仪器、元件材料、工具等是否齐全。若发现缺件，应该立即向实验室指导老师声明，并请求解决。反复强调，须在得到实验室指导老师检查电路并许可后方可通电。

4、实验实训过程中，应严格按照仪器操作规程操作。实验实训中若发现设备故障，应立即断电，保护现场，并报告实验实训指导教师处理。

5、实验实训中，若发现损坏仪器，丢失材料、工具等，应填写仪器损坏报告，写明损坏（丢失）原因，分清性质，报告主任、主管主任处理。

6、实验实训结束，应将实验实训记录交指导教师审阅认可后，方可拆卸线路，整理工具。并将元件、材料、工具交实验实训指导教师查收，放回到场所。

7、将实验实训台和仪器设备擦拭干净，仪器连线整理好，摆放整齐。以上各项由实验实训指导教师检查合格后，在预习报告上签字，方可离开实验室。

8、实验实训完毕，每次安排实验实训班级数人值日，负责打扫实验室卫生，保持实验室干净、整洁。

9、按学校所发的统一表格，实验实训课后，认真填写实验实训报告；课程实训后，认真填写课程实训报告。

10、注意人身，未经实验指导教师许可，不得处理强电部分。

                  PLC实验室仪器设备管理制度

    根据教委及学校的有关精神，结合本实验室的实际情况，特“PLC仪器设备管理制度”如下：

1、仪器购置计划，有实验室主任提前提交系里，并在系务会上讨论通过后，由系主任向主管部门提出申请后，经批准之后，交器材科购买。

2、新购入的仪器设备，实验教师及时开箱清点验收，由器材科粘贴标签，办理入库手续；实验室办理出库手续后，立即登入仪器设备帐，填写固定资产卡片。

3、实验室有专人管理仪器设备及有关技术资料。

4、实验室的仪器设备一般不能外借，若校内其它实验室临时借用，经实验室主任同意后，应办理借用手续。

5、需要对外调拨、转让、出租和租赁的仪器设备，有学校器材科统一办理。

6、因故障损坏或时间长仪器老化而需要淘汰新的仪器设备，有实验室主任报告经系部同意后报经学校器材科处理。损坏（丢失）或维修的仪器应及时填写“仪器设备损坏及维修记录表”。

7、有关人员应定期核对实验室所有的仪器设备，做到帐、物、卡相符，核对日期由学校有关部门确定。

                    PLC实验室制度

1、实验实训中应注意人身。含有强电内容的操作，不经实验实训指导教师允许不得私自动手，以防触电。

2、实验室防火设专人负责，定期检查火灾隐情，及时排除火灾隐患，确保不失火，实验室中应该有灭火设备。

3、实验室不得存放自行车及生活用品。严格遵守实验室操作规程，不违章操作设备，确保仪器设备。

4、爱护实验室公物，不得以任何接口事项损坏公共设施。

5、离开实验室之前，务必关掉电源。

6、节日前后，实验室主任与系小组共同检查实验室的情况，防患于未然。

7、实验室实训指导教师、实验室主任应对实验室的做不定期的检查，认真填写“实验室检查记录表”。

8、本着对实验室高度负责的态度，实验室主任，实验实训指导教师应不定期参加学校有关会议或培训班，认真学习有关文件精神，掌握防患技巧。