南京师范大学 史国生! N& X% |/ `* x- J% [4 n
1 引言
; @2 H" ^+ E6 o1 b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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# X* U, p2 d+ W( {: e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 Q. K3 O: k& l( p4 n. U
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。
+ n; D( i* z% Z2 f3 d$ Z+ _/ \2 机械手的动作流程
$ q$ Z4 g7 T* K! R传送带B处于连续运行状态，故不需要用PLC控制。 # `& o& a6 a0 M, u, J2 x" V6 A! A- o
机械手及传送带C 顺序动作的要求是： * ?) H/ U9 ^% B: W' Z3 Z6 `% Y$ c c8 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；
Q: z' ~, {- F. l' P% C! o2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作； $ J; {/ _ W1 ^4 c; {' \% r
3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作；
& l2 y6 n% b" H1 o( Q# u. C4) 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； ! M( {9 k% W$ t7 j5 |+ t6 y
5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作； 0 x, M: I& c) A9 \# r' M* o
6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作；
/ B. t. R: P; P3 N, z* B! \7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作； " o1 h; F9 }" K, Z! ?! Y) j
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。 * w6 _ A) r! a, Y) t3 G
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。 ( |' i$ ~1 B( h& _
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。 + V2 I* p" k! x: @
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! G3 i! S$ ?8 a! [0 ^- o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
6 O9 q& J( W1 Z1 a) B6 j3.1 PLC的选型
% g- A4 e; K1 y/ o) n# u5 q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。 6 B& n/ y, b* t. d* r* L& y9 y: U
3.2 I/O点编号分配 ; Q. c' g0 Y1 H; k
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。 - |6 \2 A/ K9 E+ d _) e
表1 机械手控制I/O分配表
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1 J( V5 c) E$ O" W' Q9 ?6 L: b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。
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图4 机械手状态转移图4 编程及程序运行
" h& Y% K P5 [$ E4.1 用步进指令编程 : C) R8 h d9 P1 _7 U6 t$ Y7 L
根据图4状态转移图，编制的步进梯形图程序如图5所示。 ' B$ U* g% Z" i5 r" L v- F! f
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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。
1 W9 ~4 p. n/ d3 C# \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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" U$ L& W) e) I( D* p& e( Q: j，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。
% F8 S; ^. G/ p: g5 |- H4.2 程序运行 ! R, _1 E/ }5 S' N% r
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 ?$ |/ o2 S" m" |4 Q. Q
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。
! M- E4 T: O1 g% C' `3 G5 结束语 F4 _' X2 }& Y- }7 D$ r M- m) 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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