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        基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件分析

        2020-08-31 05:41:24覃宇
        機(jī)電信息 2020年17期

        摘要:PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)是一種參照人手和臂的某些功能性動作,采用PLC控制操作程序設(shè)計(jì)而成的自動機(jī)械裝置,可代替人手進(jìn)行抓取、搬運(yùn)物件等操作,從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動化、智能化。要保證PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)的順利、高效運(yùn)行,就必須全面做好其硬件、軟件設(shè)計(jì)。現(xiàn)主要闡述了PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)的概念及組成,分析了基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及動作實(shí)現(xiàn)流程。

        關(guān)鍵詞:PLC;機(jī)械手控制系統(tǒng);硬件設(shè)計(jì)

        0 引言

        PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)是一種采用可編程序控制器PLC設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng),該系統(tǒng)主要依靠傳感器接收機(jī)械手反饋的信息,并自動將信息傳輸給機(jī)械手,讓機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的驅(qū)動和控制操作,從而能自由控制機(jī)械手的轉(zhuǎn)向。將該系統(tǒng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中,不僅能減輕勞動者的勞動強(qiáng)度,還能全面提升生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量,PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的基礎(chǔ)條件是技術(shù)人員能夠參照人手和臂的某些功能性動作,對該系統(tǒng)的自動機(jī)械裝置進(jìn)行設(shè)計(jì),因此,有必要了解該系統(tǒng)的組成和硬件設(shè)計(jì)方法。本文主要論述了基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)的相關(guān)硬件分析問題[1]。

        1 PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)的概念及組成

        PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)指的是將PLC控制技術(shù)引入到自動控制領(lǐng)域中制成的機(jī)械手,利用該機(jī)械手不僅能代替人在各種惡劣的條件下工作,還能全面提升生產(chǎn)過程的自動化水平,從而提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。該系統(tǒng)主要由傳感器、執(zhí)行器、控制系統(tǒng)、驅(qū)動模塊等部件組成。其中,傳感器能將機(jī)械手的位置反饋給控制系統(tǒng),有助于控制系統(tǒng)明確機(jī)械手位置,控制機(jī)械手完成各項(xiàng)活動;驅(qū)動模塊是PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)最重要的組成部分之一,也是該系統(tǒng)的主要動力來源,能驅(qū)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)完成相應(yīng)操作。

        2 基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及動作實(shí)現(xiàn)

        2.1? ? PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

        PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成,本文主要探討該系統(tǒng)的硬件組成。PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)主要依靠直流無刷電機(jī)和異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)硬件控制。(1)直流無刷電機(jī),具有重量輕、體積小、響應(yīng)快、出力大、速度快、慣量小、力矩穩(wěn)定、轉(zhuǎn)動平滑、運(yùn)行溫度低、壽命長、適用范圍廣等特點(diǎn),可帶動360°的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)回旋,不僅能控制復(fù)雜的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu),還能較為容易地實(shí)現(xiàn)智能化控制,還具有靈活的電子換相方式,可實(shí)現(xiàn)正弦波換相或方波換相等。(2)異步電機(jī),是一種可將脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的電機(jī),因此它的啟動需要脈沖信號的支持,在設(shè)計(jì)過程中需要給異步電機(jī)加不同的方向信號以及啟動時(shí)給其加一個(gè)脈沖輸入信號,才能促進(jìn)電機(jī)順利開展相關(guān)控制動作,改變機(jī)械手的轉(zhuǎn)向。在控制過程中,異步電機(jī)主要通過兩個(gè)繼電器之間的吸合與斷開,對機(jī)械手基座、氣夾的正/反轉(zhuǎn)動方向進(jìn)行控制,以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的前伸、后縮、上升、下降等動作。在異步電機(jī)運(yùn)行過程中,電機(jī)轉(zhuǎn)速可通過改變輸入脈沖的頻率來控制,電機(jī)轉(zhuǎn)動方向可通過改變輸入脈沖順序來控制,如改變電機(jī)繞組通電相序,可使電機(jī)向反方向轉(zhuǎn)動[2]。

        2.2? ? 系統(tǒng)動作實(shí)現(xiàn)

        PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)主要是通過縱軸電機(jī)M1、橫軸電機(jī)M2、旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3等3臺異步電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制來實(shí)現(xiàn)全部動作,如底座的正旋或底座的反旋動作,橫軸的前伸或橫軸的后縮動作,縱軸的上升或縱軸的下降動作等。當(dāng)電機(jī)通電后,電磁閥便會對機(jī)械手的手爪動作進(jìn)行控制。下面詳細(xì)介紹該系統(tǒng)的動作實(shí)現(xiàn)路徑。

        2.2.1? ? 開機(jī)復(fù)位

        接通3臺異步電機(jī)電源,將開關(guān)QK合上,按下啟動按鈕便可開機(jī)復(fù)位,若開機(jī)后發(fā)現(xiàn)機(jī)械手不在原點(diǎn),則需采用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)調(diào)整和控制操作,并閉合橫軸KM4接觸器,使橫軸三相異步電機(jī)的KM4線圈通電,以促進(jìn)橫軸后縮和橫軸電機(jī)M2反轉(zhuǎn),然后PLC控制系統(tǒng)閉合縱軸KM4接觸器,使縱軸三相異步電機(jī)的KM1線圈通電,以促進(jìn)縱軸上升和縱軸電機(jī)M1正轉(zhuǎn),待其上升至上限位開關(guān)位置后,便會停止上升,再逐漸回歸原點(diǎn)。

        2.2.2? ? PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)控制動作

        當(dāng)完成上述開機(jī)復(fù)位操作后,第一步:采用PLC控制系統(tǒng)閉合橫軸KM3接觸器,使橫軸三相異步電機(jī)的KM3線圈通電,以促進(jìn)橫軸電機(jī)M2正轉(zhuǎn),讓機(jī)械手執(zhí)行前伸動作,直至碰到前伸限位開關(guān)位置便可停止前伸。

        第二步:采用PLC控制系統(tǒng)閉合縱軸KM2接觸器,使縱軸三相異步電機(jī)的KM2線圈通電,以促進(jìn)縱軸電機(jī)M2正轉(zhuǎn),讓機(jī)械手執(zhí)行下降動作,直至碰到下降限位開關(guān)位置便可停止下降。

        第三步:打開電磁閥開關(guān),使其通電,讓機(jī)械手手爪夾緊,夾緊后采用PLC控制系統(tǒng)閉合縱軸KM1接觸器,使縱軸三相異步電機(jī)的KM1線圈通電,以促進(jìn)縱軸電機(jī)M1正轉(zhuǎn),讓機(jī)械手執(zhí)行上升動作,直至碰到前伸限位開關(guān)位置便可停止上升[3]。

        第四步:采用PLC控制系統(tǒng)閉合KM5接觸器,使旋轉(zhuǎn)三相異步電機(jī)KM5通電,以促進(jìn)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)M3正轉(zhuǎn),讓機(jī)械手底盤執(zhí)行正旋動作,直至碰到正轉(zhuǎn)限位開關(guān)位置便可停止正轉(zhuǎn)。

        第五步:采用PLC控制系統(tǒng)閉合KM2接觸器,使縱軸三相異步電機(jī)的KM2線圈通電,以促進(jìn)縱軸電機(jī)M1反轉(zhuǎn),讓機(jī)械手執(zhí)行縱軸下降動作,直至碰到下降限位開關(guān)位置便可停止下降。然后,關(guān)掉電磁閥開關(guān),使其斷電,使機(jī)械手手爪放松。

        第六步:采用PLC控制系統(tǒng)閉合KM1接觸器,使縱軸三相異步電機(jī)KM1線圈通電,以促進(jìn)縱軸電機(jī)M1正轉(zhuǎn),讓機(jī)械手執(zhí)行縱軸上升動作,直至碰到上升限位開關(guān)位置便可停止上升。

        第七步:采用PLC控制系統(tǒng)閉合KM4接觸器,使得橫軸三相異步電機(jī)KM4線圈通電,以促進(jìn)橫軸電機(jī)M2反轉(zhuǎn),讓機(jī)械手執(zhí)行橫軸后縮動作,直至碰到后縮限位開關(guān)位置便可停止后縮。

        第八步:采用PLC控制系統(tǒng)閉合KM6接觸器,使旋轉(zhuǎn)三相異步電機(jī)KM6通電,以促進(jìn)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)M3反轉(zhuǎn),讓機(jī)械手執(zhí)行反轉(zhuǎn)動作,直至碰到反轉(zhuǎn)限位開關(guān)位置便可停止反轉(zhuǎn),回到原點(diǎn)。至此,機(jī)械手完成一個(gè)周期的控制動作,其控制系統(tǒng)主回路如圖1所示。

        3 結(jié)語

        隨著我國自動化和智能化控制技術(shù)的快速發(fā)展,PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)在我國生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大,該系統(tǒng)主要采用性價(jià)比高的可編程序控制器PLC對控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),使得機(jī)械手能夠全方位和自由靈活地抓取空間中的各種物體,有助于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化,提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。然而,要保證PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行,需要技術(shù)人員掌握扎實(shí)的控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)方法,使機(jī)械手能按照特定的程序開展自動化操作。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] 謝智英,焦承東.基于PLC的機(jī)械手控制設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng),2020(11):17.

        [2] 楊艷霞.基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件分析[J].電子測試,2020(2):31-32.

        [3] 李江濤.機(jī)械手智能物料搬運(yùn)裝置及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息,2020(2):119-120.

        收稿日期:2020-06-09

        作者簡介:覃宇(1992—),男,湖南張家界人,助理工程師,研究方向:嵌入式硬件。

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