一種基于PLC與電液伺服的油罐清洗機器人控制系統的制作方法

本發明涉及一種基于PLC與電液伺服的油罐清洗機器人控制系統，適用于機械領域。

背景技術：

可編程控制器簡稱PLC，是一種綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術的一種通用的工業自動控制裝置。它以微處理器為基礎，采用可以編制程序的存儲器，在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。

電液伺服控制系統是液壓伺服控制系統的一種，因其響應速度快、控制精度高，近年來得到了廣泛的發展和應用。電液伺服系統是由電的信號處理部分與液壓的功率輸出部分組成的閉環控制系統。由檢測器的多樣性使組成包含許多物理量的閉環控制系統稱為可能，如位置、速度和力或壓力伺服控制系統等，克服了普通液壓系統龐大笨重、精確度低的缺點。

油罐清洗機器人是一種智能服務機器人，它可以在油罐內部自由移動，對油罐進行沖洗、清掃和刮鏟等動作，代替人工進行油罐清理作業。

技術實現要素：

本發明提出了一種基于PLC與電液伺服的油罐清洗機器人控制系統，采用PLC控制和電液伺服控制的聯合液壓控制系統，系統運行穩定可靠，便于自動化控制，實現人工智能化。

本發明所采用的技術方案是：所述油罐清洗機器人的液壓控制系統包括液壓系統和控制系統。把各液壓元件用油管有機地連接起來的組合體即是機器人的液壓系統，該系統的功能是把發動機的機械能以油液為介質，利用油泵轉變為液壓能，傳送給油缸、油馬達等轉變為機械能，再傳動各執行機構，實現各種運動和工作過程。液壓系統包括執行元件、控制元件等。

所述機器人液壓系統執行元件主要有能實現直線往復運動的液壓缸和能實現往復旋轉運動的液壓馬達。執行元件系統組成包括移動單元和清洗單元。移動單元由液壓馬達驅動的3個對稱布置的全向麥克納姆輪構成，可以使機器人實現平面內的全方位移動；清洗單元包括3個對稱布置的清洗盤刷和機械臂，清洗盤刷由液壓馬達驅動進行清掃作業，機械臂的3個關節分別由1個液壓馬達和2個液壓缸驅動，末端固定有射流噴嘴和刮鏟，進行沖洗和刮鏟作業。

所述液壓系統通過各種閥體等控制元件控制執行元件的運動。機器人液壓系統控制元件對液壓回路的工作狀態進行控制。溢流閥、蓄能器和壓力監測器對回路進行減壓和穩壓，起安全保護作用；三位四通電磁換向閥和調速閥控制液壓缸和液壓馬達的伸出收回、轉動方向和轉速等；電液伺服閥通過調節流經各執行元件的流量，對液壓缸的工作位移及液壓馬達的轉動角度進行控制。

所述油罐清洗機器人的控制系統包括PLC控制系統和電液伺服位置控制系統，二者聯合實現對各執行元件的工作方向、位移和角度進行控制。

所述控制系統的各個液壓缸和液壓馬達的動作由三位四通電磁閥來控制，為了實現PLC對回路的控制，用PLC的輸入/輸出信號控制1DT-14DT的狀態而實現動作的先后順序。根據機器人工作過程，需要19個數字輸人點和16個數字輸出點。系統選用SIMATIC 57-200系列CPU226 DC/DC/DC型PLC，根據電液伺服系統中有7個模擬量輸人(2個位移傳感器和5個編碼器)和7個模擬量輸出(7個伺服放大器)的要求，擴展了7個EM235模塊。

所述電液伺服系統分為閥控和泵控兩種。在閥控電液伺服系統中，電液伺服閥是電信號和液壓信號的橋梁，其作用是:將電氣和液壓兩種傳動連接起來，將輸人到系統的小功率電信號轉變為閥的運動，進而控制流向液壓執行元件的流量與壓力，實現電一液信號的轉換與放大以及對液壓執行元件的控制。油罐清洗機器人的電液伺服裝置均是閥控位置伺服控制系統。選用滑閥位置反饋電液伺服閥，通過控制流向各液壓缸和液壓馬達的流量，實現對液壓缸的位移及液壓馬達轉角的控制，進而控制機器人的移動距離及清洗角度。

本發明的有益效果是：該控制系統采用PLC控制和電液伺服控制的聯合液壓控制系統，系統運行穩定可靠，便于自動化控制，實現人工智能化。

附圖說明

圖1是本發明的機器人液壓系統。

圖2是本發明的PLC的I/0端子接線圖。

圖3是本發明的閥控位置伺服系統框圖。

圖中：1.油箱；2.過濾器；3.電動機；4.雙向定量液壓泵；5.溢流閥；6.蓄能器；7.壓力監測器；8、9、10、11、12、13、14.電液伺服閥；15、16、17、18、19、20、 21.三位四通電磁換向閥；22.調速閥；23.位移傳感器；24.扭矩傳感器和編碼器；25、26.機械臂可調雙緩沖雙作用缸；27、28、29.全向輪雙向定量液壓馬達；30.清洗盤刷雙向定量液壓馬達；31.機械臂雙向定量液壓馬達。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1，油罐清洗機器人的液壓控制系統包括液壓系統和控制系統。把各液壓元件用油管有機地連接起來的組合體即是機器人的液壓系統，該系統的功能是把發動機的機械能以油液為介質，利用油泵轉變為液壓能，傳送給油缸、油馬達等轉變為機械能，再傳動各執行機構，實現各種運動和工作過程。液壓系統包括執行元件、控制元件等。

機器人液壓系統執行元件主要有能實現直線往復運動的液壓缸和能實現往復旋轉運動的液壓馬達。執行元件系統組成包括移動單元和清洗單元。移動單元由液壓馬達驅動的3個對稱布置的全向麥克納姆輪構成，可以使機器人實現平面內的全方位移動；清洗單元包括3個對稱布置的清洗盤刷和機械臂，清洗盤刷由液壓馬達驅動進行清掃作業，機械臂的3個關節分別由1個液壓馬達和2個液壓缸驅動，末端固定有射流噴嘴和刮鏟，進行沖洗和刮鏟作業。

液壓系統通過各種閥體等控制元件控制執行元件的運動。機器人液壓系統控制元件對液壓回路的工作狀態進行控制。溢流閥、蓄能器和壓力監測器對回路進行減壓和穩壓，起安全保護作用；三位四通電磁換向閥和調速閥控制液壓缸和液壓馬達的伸出收回、轉動方向和轉速等；電液伺服閥通過調節流經各執行元件的流量，對液壓缸的工作位移及液壓馬達的轉動角度進行控制。

油罐清洗機器人的控制系統包括PLC控制系統和電液伺服位置控制系統，二者聯合實現對各執行元件的工作方向、位移和角度進行控制。

如圖2，控制系統的各個液壓缸和液壓馬達的動作由三位四通電磁閥來控制，為了實現PLC對回路的控制，用PLC的輸入/輸出信號控制1DT-14DT的狀態而實現動作的先后順序。根據機器人工作過程，需要19個數字輸人點和16個數字輸出點。系統選用SIMATIC 57-200系列CPU226 DC/DC/DC型PLC，根據電液伺服系統中有7個模擬量輸人(2個位移傳感器和5個編碼器)和7個模擬量輸出(7個伺服放大器)的要求，擴展了7個EM235模塊。

如圖3，電液伺服系統分為閥控和泵控兩種。在閥控電液伺服系統中，電液伺服閥是電信號和液壓信號的橋梁，其作用是:將電氣和液壓兩種傳動連接起來，將輸人到系統的小功率電信號轉變為閥的運動，進而控制流向液壓執行元件的流量與壓力，實現電一液信號的轉換與放大以及對液壓執行元件的控制。油罐清洗機器人的電液伺服裝置均是閥控位置伺服控制系統。選用滑閥位置反饋電液伺服閥，通過控制流向各液壓缸和液壓馬達的流量，實現對液壓缸的位移及液壓馬達轉角的控制，進而控制機器人的移動距離及清洗角度。