1、TH138 文献标识码:B 文章编号:1001-3881（2005）4-113-2The PLC-based Intelligent System of HydraulicMan ipulatorWANG Yan2yu1,2,TI AN Ling2（11Department ofMechanism,Guilin College of Spaceflight Industry,Guilin 541004,China;21Depart ment ofMachine and Traffic Engineering,Guilin College of Electron Industry,Guilin
2、541004,China）Abstract:The technology of PLC was applied to control the hydraulic manipulator of the CNC machine,the intelligent and flexi2ble control for the system was realized.And the manipulators principle aswell as the structure,the hydraulic system and the controlscheme of PLC were discussed in
3、 detail.Keywords:Manipulator;Hydraulic system0 引言随着工业自动化的发展,出现了数控加工中心,它在减轻工人的劳动强度的同时,大大提高了劳动生产率。但数控加工中常见的上下料工序,通常仍采用人工操作或传统继电器控制的半自动化装置。前者费时费工、效率低;后者因设计复杂,需较多继电器,接线繁杂,易受车体振动干扰,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。为解决以上问题,我们研究开发了一套采用可编程序控制器PLC控制的上下料机械手控制系统。该系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力,保证了系统运行的可靠性,降低了维修率,提高了工作效率。1 系统工作原理
4、如图1所示,本系统的上下料机械手采用关节式整体结构,具有结构紧凑、运动平稳的特点,可以方便地实现无级调速。该装置抓取工件质量可达4050kg,工作范围为横向112m、纵向018m。图1 机械手的机械结构简图系统启动时,首先进行自检,若设备正常,则机械手处于待料位置,泵站电机处于卸荷状态。当加工结束信号传来时,机械手开始动作,其具体动作过程如下:原始位置 小手臂伸出 手指夹紧（抓住卡盘上的工件）经短时延时 手腕向左逆摆（从卡盘上卸下工件）大臂旋转180 小手臂伸出（上料）开关发出料到位信号 手指松开（放料）小手臂缩回 小手臂上摆（同时卡盘夹紧工件,机床开始加工）大手臂下摆 手指松开（将工件放在料
5、架上）小手臂缩回 大臂旋转180 同时料架转位（转60）小手臂伸出 手指夹紧（抓住待加工的工件）大手臂上摆（从料架上取走工件）小手臂水平待料,系统原位卸荷。2 系统结构组成机械手的整个系统主要由控制系统、驱动系统和执行系统三部分组成,其结构框图如图2所示。图2 机械手的系统结构图控制系统主要包括:位置检测装置、可编程控制器、主控柜及主控面板（状态显示和操作按钮）。驱动系统采用全液压驱动,该系统能实现机械手的自动运行、手动调节,同时保证了整机动作迅速、平稳,特别是满足了机械手伸缩臂的动作精度、需承受大负载及运动性能等方面的特殊要求。执行系统由升降机构、回转机构、手臂伸缩机构、手部夹持机构、定位机
6、构等组成,整体为圆柱关节式结构。与传统的上下料机械手不同的是:该系统采用了具有双夹持结构的手臂设计（图1）,在其中一夹持机构卸料后,手臂旋转一定角度,另一夹持机构上料,在两次上下料之间机械手臂往返各一次,与311 机床与液压 20051No14 1995-2008 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.传统的往返各两次比较更加节省时间,效率更高。3 系统软硬件设计整个机械手的控制,是通过向系统提供符合要求的开关信号来实现的。具体地讲,就是按机械手的动作要求,PLC通过信号采集、控制液压系统的电磁换向阀的通断电,实现
7、装置的自动或手动上下料。系统的硬件主要由机械本体、液压驱动系统、PLC控制系统组成,软件系统主要通过PLC的编程实现。311 液压驱动系统液压系统原理图如图3所示,在该系统中,为防止各种干扰影响手指抓取工件,故采用双泵供油;手部的夹紧和松开动作的控制,是由双作用式活塞缸配合凸轮和连杆机构组合驱动,实现卡爪的圆弧开合;手腕、小手臂、大手臂的摆动则是由摆动液压马达实现,手腕、小手臂可在相互垂直的两平面内摆动,大手臂可正反旋转180;为防止突然断电时手指松开和大、小臂倒下来,在手指夹紧油缸和大、小臂油缸的控制回路中采用液控单向阀,并在液压回路中配置限位开关、压力继电器和位置传感器来实现动作的换接控制
8、。同时还设置急停、复位按钮,以及防干扰的互锁、故障报警等装置。图3 液压系统图312PLC控制系统根据系统控制信号的数量,本系统选用三菱FXON-60MR-D型可编程控制器。该PLC自带编程器,能实现离线及在线编程,还可以结合实际的工程要求,调整控制程序,实现机械手的不同动作,实现了柔性化设计。图4PLC主程序流程图该机械手在PLC控制下可实现手动、连续动作两种工作方式,主程序流程图如图4所示,手动方式是指利用按钮对机械手每步动作单独进行控制,连动方式是指机械手根据控制信号自动循环执行每步动作,直至收到停止信号。系统启动后,根据工序要求,通过旋转按钮确定机械手的工作方式,如果选择单动则执行手动
9、程序,否则默认执行连动程序。PLC的自动控制程序的编写方法很多,根据本次设计中机械手的特点,要求每一个动作严格按顺序执行,因此采用步进指令编写,可保证机械手的运行有条不紊,即使出现误动作也不会造成混乱,图5即为机械手动作过程控制的梯形图。其动作执行过程如下:系统启动,机械手处于待料状态,获得取料信号后机械手开始动作,从原点出发按工序自动循环工作,直到收到停止信号,机械手在完成最后一个周期的工作后返回原点,自动停机。图5 机械手动作过程控制梯形图为避免因压力不足或机械手动作不到位造成的误动作,系统设置了延时报警系统,如图6所示。图6 延时报警系统梯形图当某一液压缸因故障被卡超过设定时限,延时报警
10、系统将动作:设Y5为控制该缸动作的继电器,X5为对应动作的限位,若该动作超时,对应的时间继电器T4将动作,则T4的动合触点接通,首先接通Y18,切断电源,停机。因故障排除按钮为动作,内部继电器R0未导通,则Y16接通,与之相连的报警蜂鸣器通电发声报警,与此同时,R901C导通后周期性地通断,通过已接通的T0导通Y17,使与之相连的报警指示灯不停闪烁,提醒工人排除故障,从而避免故障加重造成损失。一旦按下故障排除按钮,X14接通,内部继电器导通,其通断触电打开,蜂鸣器停止报警,报警灯熄灭。4 结束语本系统采用PLC对数控机床上下料机械手进行控制,实现了手动、连动、互锁、状态显示、延时报警等功能,具
11、有较强的抗干扰能力和良好的可靠性。（下转第163页右上方）411 机床与液压 20051No14 1995-2008 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.成如图2所示的功能型分销系统。图2 功能型二阶分销系统图两种分销系统结构功能对比见表1。功能型分销系统由于减少了经销商订货、仓储、配货的功能,并对集成后的订单处理、物流配送由制造商统一管理,减少了信息、物流传递的层次,同时减少了产生订单传递延迟、订单处理延迟、交货延迟及运输延迟的环节,有效地控制了信息滞后、曲解、放大的情况,弱化了分销系统中的“长鞭效应”。3 实
12、例应用广东某企业的分销系统在实施企业信息化工程之前采用的是图1所示的传统的二阶分销模式。在这种模式中批发商通常是坐等客户上门,不努力去开拓市场,并且有时刻意隐瞒市场信息,利用与总公司不对称的市场信息进行讨价还价。而总公司主要依据批发商及各地分公司的订货情况进行需求预测、安排生产,所获取的产品需求信息由于“长鞭效应”的影响不仅严重滞后于市场实际需求,而且严重放大,造成公司生产组织难度大,库存水平高,在各级分销成员仓库中,甚至积压有几年以前的淘汰产品。通过对企业信息化工程的实施,为该企业建立了一套ERP系统（企业资源管理系统）,以及基于互联网的OA系统（办公自动化系统）、DRP系统（分销资源管理系
13、统）。在企业信息化工程的实施过程中,采用图2所示的功能型二阶分销模式对原有的分销系统进行了业务重组,强化了批发商及分公司的市场开拓能力,将全部分公司及部分批发商库存管理及订单处理归并到总公司订单处理中心及物流中心,实行分公司及批发商所开发的零售客户的销售业绩属于相应分公司及批发商的销售政策。分公司及批发商所开发的零售商的订单信息直接通过企业DRP系统录入,并实时转入ERP系统由订单处理中心进行处理,然后由订单处理中心根据发货地点选择物流配送中心发货,由于发货量通常较小,自办运输成本极高,故货运基本交由第三方物流运输公司承担,以实现小批货物的及时发送。分公司与批发商通过DRP系统共享企业生产、库
14、存、订货、发货信息。通过企业信息化工程的实施,企业大大降低了库存成本、订单处理成本、运输成本,缩短了产品提前期,提高了市场信息的准确性,有效地弱化了“长鞭效应”。4 结束语本文在阐明“长鞭效应”的概念及其在分销系统中成因的基础上,通过业务流程重组,提出了功能型的分销系统模型以及弱化“长鞭效应”的方案,并结合企业信息化工程进行了应用实施。该分销系统模型弱化了传统分销过程中出现的“长鞭效应”,对于降低分销成本,提高信息的准确性、及时性,提高企业的竞争力,提高整个分销系统的竞争力有着重要的作用。参考文献【1】J.W.福雷斯特著,胡汝鼎,杨通谊等译 1工业动力学 1北京:科学出版社,19851【2】王
15、迎军 1供应链管理实用建模方法及数据挖掘 1北京:清华大学出版社,20011【3】Lee H,PadmanabhanV,Whang S.Infor mationDistortionin a supply chain:the Bullwhip Effect J 1MangementScience,1997,43（4）:5465581【4】龚本刚,程幼明 1供应链中“牛鞭效应”的成因及弱化 1运筹与管理,2002,11（5）:1231271【5】达庆利,张 饮,沈厚才 1供应链中牛鞭效应问题研究 1管理科学学报,2003,6（3）:86931作者简介:胡常伟（1978）,男,硕士生,研究方向:CI
16、 MS及网络化制造技术。电话:020-37626559,020-88397656,E-mail:hcw001 1631net,marshalhu tom1com。收稿时间:2004-02-26（上接第114页）经调试检验,该系统运行符合程序设计要求,具有良好的协调运行性能。参考文献【1】张 波等 1多功能上下料用机械手液压系统J 1液压与气动,2002（2）:31321【2】徐 德等 1可编程控制器PLC应用技术M 1山东科学技术出版社,20011【3】Yasuo Aoki,Kazuo Ue hara,Ka zu yu ki Hirose.LoadSensing Fluid Power Sys
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