南京师范大学 史国生" Y/ U! k8 m3 m* U+ {
1 引言
) s! Z1 P- N% q- s) g& X机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高劳动生产率。图1 是机械手搬运物品示意图。
( @( X% |# L+ F5 N4 Q 9 e# g/ b$ E+ q2 q) p
4 x# r. q# G: h' j图1 机械手搬物示意图图中机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。为使机械手动作准确，在机械手的极限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5，对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，并发出动作到位的输入信号。传送带A上装有光电开关SP，用于检测传送带A上物品是否到位。机械手的起、停由图中的起动按钮SB1、停止按钮SB2控制。 6 U# Q( C: B9 S8 v$ ?& l! l: c
传送带A、B由电动机拖动。机械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由液压驱动，并分别由六个电磁阀来控制。
: C& G: U2 g g# \2 机械手的动作流程
& v4 I, F6 M& @! `) v传送带B处于连续运行状态，故不需要用PLC控制。 0 N e% f! h7 p2 B/ l1 s
机械手及传送带C 顺序动作的要求是： & h# q3 t! d8 z" H
1) 按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。首先上升电磁阀通电，手臂上升，至上升限位开关动作； , i( `. ^# K5 Q! }
2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作； + V1 d" P7 B9 S0 a0 l
3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作； - g4 H& Q7 o. N8 D
4) 启动传送带A运行，由光电开关SP检测传送带A上有无物品送来，若检测到物品，则抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作；
) g3 k; g; g7 C5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作；
W9 T: q4 ?, r: }6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作； ; a' K7 H1 ^; u" T! S
7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作；
6 b2 ?, R- z( e1 m: u/ n( |8 u8) 放松电磁阀通电，机械手松开手爪，经延时2秒后，完成一次搬运任务，然后重复循环以上过程。
5 p$ t8 Y& b: C8 W$ Q6 C; [9) 按下停止按钮SB2或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。
# m% D( W: ~0 ~& u- I根据对机械手的顺序动作要求，可以画出时序图如图2所示。由时序图可作出图3所示的机械手动作流程图。 8 @0 g9 D& ?4 s, y7 T
 1 W% _" d" G; l+ A1 x& `
3 M, r# S! a; h0 B8 O, m
图2 机械手佛那故作布序图
1 t: `# ^, ?0 G1 o/ r5 ? ' m+ Y2 }& D( L
& D' Y2 ^2 H/ ?% g) Z
图3 机械手动作流程图3 PLC选型及其I/O点编号分配
% e# I2 i+ p5 e; l# U* o* l7 [% h3.1 PLC的选型 9 G, P. C' z8 z* `5 m+ ]4 M
由于机械手系统的输入/输出接点少，要求电气控制部分体积小，成本低，并能够用计算机对PLC进行监控和管理，故选用日本OMRON（立石）公司生产的多功能小型C20P主机。该机输入点为12，输出点为8。内部主要有：136个辅助继电器、16个特殊功能继电器、160个保持继电器、8个暂存继电器、48个定时/计数器、64个16位数据存贮器。
, l% J2 A- ~( S3.2 I/O点编号分配 + r$ P$ k# s8 W0 i1 E
根据图3所示的机械手动作流程图，可以确定电气控制系统的I/O点分配，如表1所示。
( [. a8 M4 @9 N- t0 `表1 机械手控制I/O分配表 ) ?6 h: \' p3 u
 6 m" |! j9 Q& l
根据图3流程图和表1的I/O分配表，可以编制出状态转移图如图4所示。
% b! a5 O7 a# b+ u5 z8 A / E% G1 Q; W6 w4 I( `) Y; T
4 i0 F, [2 D* M$ q, _- H$ X) N图4 机械手状态转移图4 编程及程序运行 : M) a4 O3 I; {7 w
4.1 用步进指令编程 $ ~/ b" c, _/ {9 N1 ]9 h
根据图4状态转移图，编制的步进梯形图程序如图5所示。 1 j/ y' Z4 c& y) g, O
4 G& [( I$ l5 q4 r图5中，“全部输出禁止”部分的作用是在停止时禁止全部输出，使机械手停止在现行的工步上；重新起动时又能从停止前的工步继续动作。 ! b' D8 @# L- R& v# |8 y9 u
在状态由HR010转移至HR000的条件中，增加了保持继电器的常闭触点
1 }- }. D* k, K- @6 C
: r1 V( r- e+ `' C$ ]/ k+ c，其作用是：当机械手工作在某一中间工步时，若PLC断电或停止运行，机械手停止在中间工步上。PLC复电或重新投入运行后，由于保持继电器HR具有状态断电保护的功能，因此在重新起动时，中有某一个是断开的，使得HR000不能置位，机械手只能从停止前被置位的保持继电器的后续工步继续动作。
0 U' l8 C4 D ?0 ^4.2 程序运行 5 M, d8 @ m% m' i
按下起动按钮SB1，输入点0000为ON,则作为互锁条件的辅助继电器1000为ON，互锁指令IL接通，IL与ILC之间的线圈正常工作，“全部输出禁止”解除。若(抓图1)常闭触点都为ON，保持继电器HR000接通，输出点0503使上升电磁阀得电，手臂上升。当手臂上升到位时，上升限位开关使输入点0005闭合，保持继电器HR001 接通，HR000复位，输出点0501使左转电磁阀得电，手臂左转。......以后每当一步动作到位，限位条件满足时，状态转移，进行下一工步动作。当状态转移到HR008为ON时，输出点0506使放松电磁阀得电，机械手放松，同时定时器TIM00计时。当计时2秒到，状态又转移到HR000，程序又重新从第一工步开始循环。 9 b9 Z3 |2 N" b2 A
停止时，按下停止按钮SB2，0001断开，辅助继电器1000为OFF，互锁指令断开，全部输出被禁止，但各保持继电器的状态是断电保护的，机械手停在现行的工步上。当重新按起动按钮时，互锁指令接通，停止前的输出被恢复，机械手继续在停止前某保持继电器为ON的工步动作。
+ A$ w7 L+ I1 ]5 结束语 . S0 L' T$ s# m+ @+ k
本文介绍了日本OMRON公司生产的C系列P型小型多功能PLC在机械手步进控制中的设计应用。说明了机械手的动作原理，设计要求，程序设计方法。本文介绍的程序已在实际生产中获得了成功的应用。 |
发表于 2006-4-11 12:00
发表于 2009-7-17 08:10
: