南京师范大学 史国生
$ v( X8 k$ P) |6 d- Z$ K! Z1 引言
" X v- x! J! e5 \+ U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。 3 U {5 Q* {4 T! Y% R2 ~
 , B4 ^$ ?+ l/ S$ G* A g
5 B2 D. S" Z9 X% E* O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。
$ F5 U9 e J9 J, `' E' q- d3 A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。
) h: f: V6 q/ `7 D) j2 机械手的动作流程
4 `9 V7 b# _0 @传送带B处于连续运行状态，故不需要用PLC控制。 - O% C [) @9 u2 Z A/ V$ v
机械手及传送带C 顺序动作的要求是： / v5 D) J0 w, A2 J. [' b
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； ) W8 G4 ^- ~$ e a3 A$ m' n5 S
2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作； $ `/ a0 _, X$ K4 E" n5 d, j" p
3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作；
' o" Z3 G7 }$ y8 ~" T# Z6 s) a1 ~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； 9 U8 T9 `% @* `0 c# w. i2 k5 |
5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作；
3 X4 R) N6 V! s9 r" g3 c% n1 y' p6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作；
; I% I! Q& q8 d2 d* @) V# L7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作；
/ z L5 a# L) g4 t5 a3 [7 V8) 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。 ; u4 a' u: T4 e/ P
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。
7 B$ H5 e6 m/ ^5 {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。
, [( L8 }! J1 L* y, G, X& Q6 j 8 v: O8 J5 D4 o( \7 \- X
( P' [ B& m* P4 q) C2 F图2 机械手佛那故作布序图
n( |7 H: \+ x1 U: {
1 }) g0 n6 t( ~) [; h
! k" ~$ {) `9 [( ~9 A+ D( C图3 机械手动作流程图3 PLC选型及其I/O点编号分配
/ w9 b, M0 @5 Z3.1 PLC的选型
8 D: _# N) c. e: p; |+ V% W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。 ( x; {& ]6 f: k' H
3.2 I/O点编号分配
) u3 K4 S/ d' f- I2 @, F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。
/ U# D6 w& ~, l1 M: \表1 机械手控制I/O分配表
}. _) j0 F9 w a
+ m7 e+ o; n' |& ~' z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。 7 n0 I* f4 M- U" }3 t6 N, {
 ) E2 Z( {6 z9 p+ Z6 V/ w
; K3 A4 _, T8 n: f# c
图4 机械手状态转移图4 编程及程序运行
' N; s# L/ L% n7 N4.1 用步进指令编程
9 A& ^. p$ W: R7 m; Y) I/ s* T根据图4状态转移图，编制的步进梯形图程序如图5所示。 # {7 L8 i) T3 c6 k8 c
3 B* }" r2 n! j* Z% @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。
. {: ^2 ~5 y, M- z0 T, P; Y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
0 y6 `+ M9 s j4 @ 2 |( m- L3 {; D! W- Z
，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 s5 j/ y4 U2 G0 u) D+ {7 M) s7 t4.2 程序运行
$ Q$ [& z6 }% E# a0 h1 I. z! k* L/ o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。
+ N5 V2 f1 O- l. e" T5 o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。
1 ~8 d x- j5 V% V1 O5 结束语
; ?! f, _# `8 e, X# A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
: