南京师范大学 史国生
: U L* d+ d, y9 @- @# B/ s1 引言 % W; d, U$ F5 {; W1 t
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。
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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。 : t$ i. ^& D' h4 y
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。 0 V. P# L5 o9 P6 d k* G8 R, L( D
2 机械手的动作流程 + p3 {' {( ]5 ~
传送带B处于连续运行状态，故不需要用PLC控制。 " K! B( |/ |2 D
机械手及传送带C 顺序动作的要求是： ) @' w' H6 `# ]7 N8 g" i
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； ' ?; `3 G8 B% ^6 f
2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作； ; M0 \* p' w! Y/ D2 _, I* T7 N
3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作； 3 r' x3 l; b+ a6 F
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； ) e5 @. i ^6 O
5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作； ) C3 d9 p% k A: g% J2 e$ L
6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作； 6 r- B$ t. o7 I7 X _
7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作； $ g) v- I) z1 T$ x9 Q7 M
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。
0 c! _$ k. Z6 ]2 b1 W( q$ s9) 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。
$ D' b* A) j9 F. X, b* u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。
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3 `9 E$ I4 w- \8 p图2 机械手佛那故作布序图
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图3 机械手动作流程图3 PLC选型及其I/O点编号分配
: d# ]1 t6 q( c1 }3.1 PLC的选型 1 ?2 o5 z$ P h, ]; ~% ^ K
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。
2 L+ _7 f+ K- H5 |6 @# w8 J3.2 I/O点编号分配 + @/ F" C% c8 i- s. Z0 ?
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。 / {7 p* i* |4 W# b$ t. t( ^, x
表1 机械手控制I/O分配表
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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。 " K. x* G. O) h' }4 c' c
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) H+ L0 {6 A4 u( W9 `. k. ?图4 机械手状态转移图4 编程及程序运行 ; V- b" l" t9 v: U/ X- ?% _* l
4.1 用步进指令编程
' ^3 d* }9 i" Q' A2 A: C根据图4状态转移图，编制的步进梯形图程序如图5所示。 N+ F: z% q1 P ?5 z8 M* k8 @" B
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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。 6 f$ p$ k" y8 o$ a
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
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7 ?1 [; d3 N' H8 R7 V，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。 % y4 f# K2 U: h1 y, K5 K
4.2 程序运行
$ ~) x N1 m! h6 s: s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。
6 E5 s) r) o, a l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。
, R/ J/ ]8 |! K3 Z6 e- o8 H5 结束语
+ H( C* J3 j% \3 n, u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
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