南京师范大学 史国生
+ u9 w- v4 G! Q* f I1 引言 ) t: B T d! T- J
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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2 {; a; E$ M% |7 W% }9 x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。 % Y: _5 `$ W2 Z7 S, G
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。 & K) ]+ L+ y7 J3 r! _# n M* \2 D
2 机械手的动作流程
4 c4 u& ]) F1 x" Q/ P- Z传送带B处于连续运行状态，故不需要用PLC控制。 - P! d a6 D2 v) K, k- f" X/ i" L
机械手及传送带C 顺序动作的要求是：
0 L C1 D5 i2 V% ~+ w% I7 m1) 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；
* y# v+ V5 t7 M8 p' F2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作；
/ F) N4 b( ^$ W, g8 q3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作；
2 A) E2 \) \" C5 b5 T# c) ~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；
- {" D- _' a8 |& c) R5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作；
- P+ V1 Z1 ]3 R6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作； $ a' n) Z/ [9 N& C) G5 h; P: c
7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作； % A8 e a2 F! Q
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。
$ h! Z4 M, R6 |: q2 V9) 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。 3 [0 J; q) W2 W8 z6 @$ n- |. k% e
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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. S- T4 T, e0 R" F9 l* j& E图2 机械手佛那故作布序图
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: V! _! T5 b0 D* }: I1 Y图3 机械手动作流程图3 PLC选型及其I/O点编号分配
6 F; Q& [3 i# ~7 O3.1 PLC的选型 0 ?$ O$ B7 B: n& h% F
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。
7 F. M& Y) d0 q7 ]$ \5 [3 c3.2 I/O点编号分配 * A7 f& t/ N7 L4 k( w- [
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。
* Q2 ^/ B0 h4 C$ M7 z& |表1 机械手控制I/O分配表 e$ m, J8 u6 x7 ?, V& a
- M+ B0 [# s4 q; F7 Y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。 9 M' `: L0 f: b" d$ C
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图4 机械手状态转移图4 编程及程序运行
: k7 x2 e# {( X6 g6 a) h4 F4.1 用步进指令编程
* p/ F& b' k H7 D( F8 I; [根据图4状态转移图，编制的步进梯形图程序如图5所示。
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8 A: U; B# q I* B' }- j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。 + r0 w. _) d ~5 Q8 l
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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，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。
, Z0 Z# X: o, H0 J4 d' W l K4.2 程序运行
3 P# S7 X4 E/ q6 X( i2 A- H% O: Z9 ~* G6 Z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。
# k0 e; N' w) q; v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。 / F/ {0 H5 s. k) Q8 Y3 \/ {7 w
5 结束语
! Z, K$ @8 \* X/ |. ?/ C1 v5 p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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