一种基于PLC与电液伺服的油罐清洗机器人控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于PLC与电液伺服的油罐清洗机器人控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

可编程控制器简称PLC，是一种综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种通用的工业自动控制装置。它以微处理器为基础，采用可以编制程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

电液伺服控制系统是液压伺服控制系统的一种，因其响应速度快、控制精度高，近年来得到了广泛的发展和应用。电液伺服系统是由电的信号处理部分与液压的功率输出部分组成的闭环控制系统。由检测器的多样性使组成包含许多物理量的闭环控制系统称为可能，如位置、速度和力或压力伺服控制系统等，克服了普通液压系统庞大笨重、精确度低的缺点。

油罐清洗机器人是一种智能服务机器人，它可以在油罐内部自由移动，对油罐进行冲洗、清扫和刮铲等动作，代替人工进行油罐清理作业。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于PLC与电液伺服的油罐清洗机器人控制系统，采用PLC控制和电液伺服控制的联合液压控制系统，系统运行稳定可靠，便于自动化控制，实现人工智能化。

本发明所采用的技术方案是：所述油罐清洗机器人的液压控制系统包括液压系统和控制系统。把各液压元件用油管有机地连接起来的组合体即是机器人的液压系统，该系统的功能是把发动机的机械能以油液为介质，利用油泵转变为液压能，传送给油缸、油马达等转变为机械能，再传动各执行机构，实现各种运动和工作过程。液压系统包括执行元件、控制元件等。

所述机器人液压系统执行元件主要有能实现直线往复运动的液压缸和能实现往复旋转运动的液压马达。执行元件系统组成包括移动单元和清洗单元。移动单元由液压马达驱动的3个对称布置的全向麦克纳姆轮构成，可以使机器人实现平面内的全方位移动；清洗单元包括3个对称布置的清洗盘刷和机械臂，清洗盘刷由液压马达驱动进行清扫作业，机械臂的3个关节分别由1个液压马达和2个液压缸驱动，末端固定有射流喷嘴和刮铲，进行冲洗和刮铲作业。

所述液压系统通过各种阀体等控制元件控制执行元件的运动。机器人液压系统控制元件对液压回路的工作状态进行控制。溢流阀、蓄能器和压力监测器对回路进行减压和稳压，起安全保护作用；三位四通电磁换向阀和调速阀控制液压缸和液压马达的伸出收回、转动方向和转速等；电液伺服阀通过调节流经各执行元件的流量，对液压缸的工作位移及液压马达的转动角度进行控制。

所述油罐清洗机器人的控制系统包括PLC控制系统和电液伺服位置控制系统，二者联合实现对各执行元件的工作方向、位移和角度进行控制。

所述控制系统的各个液压缸和液压马达的动作由三位四通电磁阀来控制，为了实现PLC对回路的控制，用PLC的输入/输出信号控制1DT-14DT的状态而实现动作的先后顺序。根据机器人工作过程，需要19个数字输人点和16个数字输出点。系统选用SIMATIC 57-200系列CPU226 DC/DC/DC型PLC，根据电液伺服系统中有7个模拟量输人(2个位移传感器和5个编码器)和7个模拟量输出(7个伺服放大器)的要求，扩展了7个EM235模块。

所述电液伺服系统分为阀控和泵控两种。在阀控电液伺服系统中，电液伺服阀是电信号和液压信号的桥梁，其作用是:将电气和液压两种传动连接起来，将输人到系统的小功率电信号转变为阀的运动，进而控制流向液压执行元件的流量与压力，实现电一液信号的转换与放大以及对液压执行元件的控制。油罐清洗机器人的电液伺服装置均是阀控位置伺服控制系统。选用滑阀位置反馈电液伺服阀，通过控制流向各液压缸和液压马达的流量，实现对液压缸的位移及液压马达转角的控制，进而控制机器人的移动距离及清洗角度。

本发明的有益效果是：该控制系统采用PLC控制和电液伺服控制的联合液压控制系统，系统运行稳定可靠，便于自动化控制，实现人工智能化。

附图说明

图1是本发明的机器人液压系统。

图2是本发明的PLC的I/0端子接线图。

图3是本发明的阀控位置伺服系统框图。

图中：1.油箱；2.过滤器；3.电动机；4.双向定量液压泵；5.溢流阀；6.蓄能器；7.压力监测器；8、9、10、11、12、13、14.电液伺服阀；15、16、17、18、19、20、 21.三位四通电磁换向阀；22.调速阀；23.位移传感器；24.扭矩传感器和编码器；25、26.机械臂可调双缓冲双作用缸；27、28、29.全向轮双向定量液压马达；30.清洗盘刷双向定量液压马达；31.机械臂双向定量液压马达。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，油罐清洗机器人的液压控制系统包括液压系统和控制系统。把各液压元件用油管有机地连接起来的组合体即是机器人的液压系统，该系统的功能是把发动机的机械能以油液为介质，利用油泵转变为液压能，传送给油缸、油马达等转变为机械能，再传动各执行机构，实现各种运动和工作过程。液压系统包括执行元件、控制元件等。

机器人液压系统执行元件主要有能实现直线往复运动的液压缸和能实现往复旋转运动的液压马达。执行元件系统组成包括移动单元和清洗单元。移动单元由液压马达驱动的3个对称布置的全向麦克纳姆轮构成，可以使机器人实现平面内的全方位移动；清洗单元包括3个对称布置的清洗盘刷和机械臂，清洗盘刷由液压马达驱动进行清扫作业，机械臂的3个关节分别由1个液压马达和2个液压缸驱动，末端固定有射流喷嘴和刮铲，进行冲洗和刮铲作业。

液压系统通过各种阀体等控制元件控制执行元件的运动。机器人液压系统控制元件对液压回路的工作状态进行控制。溢流阀、蓄能器和压力监测器对回路进行减压和稳压，起安全保护作用；三位四通电磁换向阀和调速阀控制液压缸和液压马达的伸出收回、转动方向和转速等；电液伺服阀通过调节流经各执行元件的流量，对液压缸的工作位移及液压马达的转动角度进行控制。

油罐清洗机器人的控制系统包括PLC控制系统和电液伺服位置控制系统，二者联合实现对各执行元件的工作方向、位移和角度进行控制。

如图2，控制系统的各个液压缸和液压马达的动作由三位四通电磁阀来控制，为了实现PLC对回路的控制，用PLC的输入/输出信号控制1DT-14DT的状态而实现动作的先后顺序。根据机器人工作过程，需要19个数字输人点和16个数字输出点。系统选用SIMATIC 57-200系列CPU226 DC/DC/DC型PLC，根据电液伺服系统中有7个模拟量输人(2个位移传感器和5个编码器)和7个模拟量输出(7个伺服放大器)的要求，扩展了7个EM235模块。

如图3，电液伺服系统分为阀控和泵控两种。在阀控电液伺服系统中，电液伺服阀是电信号和液压信号的桥梁，其作用是:将电气和液压两种传动连接起来，将输人到系统的小功率电信号转变为阀的运动，进而控制流向液压执行元件的流量与压力，实现电一液信号的转换与放大以及对液压执行元件的控制。油罐清洗机器人的电液伺服装置均是阀控位置伺服控制系统。选用滑阀位置反馈电液伺服阀，通过控制流向各液压缸和液压马达的流量，实现对液压缸的位移及液压马达转角的控制，进而控制机器人的移动距离及清洗角度。