南京师范大学 史国生$ B! ^6 W {$ A5 l7 r
1 引言 9 u8 N' j% h J5 y
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。
) a) N3 f z6 J5 Q3 d % s, z- T5 m7 K5 S4 W8 Z! g
+ J3 X8 T1 b5 ~. `8 C8 U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。
" s) q0 y& Q3 ~1 i8 X: Z- j+ Q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。
" V5 \1 I" p. H2 机械手的动作流程 5 R5 C. ~) G, A$ T5 K) v$ ], c
传送带B处于连续运行状态，故不需要用PLC控制。 0 E k6 m$ B$ v- T5 m- i
机械手及传送带C 顺序动作的要求是：
* s6 ]. N' {: W1) 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； # E+ n) P6 a" a( v( Q7 k
2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作；
; U5 {/ t+ M9 K4 q7 y8 p3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作； + Y7 y$ s0 F! E+ R. G
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； ' `* X) B. u6 b* W U3 l1 C! {% u- @
5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作； 0 y7 G/ h4 t# U2 f
6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作； ' @0 X* T2 r: z
7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作； ' K3 ^. f2 I$ }' e. {
8) 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。 8 _6 m' A" \ Q
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。
; H& Z2 d9 B8 @& q6 q; X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。 / G/ T7 r) y8 [; y7 _
 9 U1 u$ U7 @4 o+ c2 p" W5 C
8 W0 ]1 n* n+ Y4 s' a" S* i( w
图2 机械手佛那故作布序图3 U" X5 Y' ?$ ]: ], d
, g6 ?/ M+ ^2 C , j) P2 P) B( ~3 J v% `$ M
图3 机械手动作流程图3 PLC选型及其I/O点编号分配
; ^; J6 x" |" m2 f! `# o: H& U3.1 PLC的选型
f# a( [4 X. N3 W2 p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。 1 G- ?; t5 t1 V0 O
3.2 I/O点编号分配 - C( X: d _9 q; f+ Z
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。 : y% K5 H7 J, u/ d) P# ~& _8 O# r
表1 机械手控制I/O分配表 - E' C) P8 t2 c$ T8 g
7 e2 G3 X" \) j5 z3 T% `1 F" w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。 " V- m% c( @) v! z6 b0 n
/ A" b8 |- p. l8 z0 D* ]1 F, P1 K
$ R; A! N' U6 B9 {图4 机械手状态转移图4 编程及程序运行 & D. z+ y. K4 w, M$ w1 Z5 f7 r
4.1 用步进指令编程
' U* F# |0 d* C% ?8 G! B根据图4状态转移图，编制的步进梯形图程序如图5所示。
, T2 B" A4 p5 L/ }! |
! m+ V( h5 P. D! F2 p, e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。
0 ~2 t1 v( M3 ^% w. D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
) r* q5 I) V6 M/ i: D : q4 S$ F6 h' K6 j: N# G& Y# u
，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。 5 P0 H j+ I! \3 B8 E" w0 V( M
4.2 程序运行 4 r) d% T* g1 e) E$ X" P3 h2 l
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。
" O$ k" F( U! |; q w0 n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。
! Z& c& \! p! o5 结束语
P( ?" w7 g8 e6 c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
: