PART?01

機械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

在自動化流水線中，機械手的應(yīng)用比較廣泛，它是集多種工作方式于一身的典型案例。本節(jié)將以機械手自動控制為例，重點講解含多種工作方式的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計。

PART?02 機械手的控制要求及功能簡介

某工件搬運機械手工作示意圖，如圖7-12所示。該機械手的任務(wù)是將工件從A傳送帶搬運到B傳送帶上來(A、B傳送帶不用PLC控制)。機械手的初始狀態(tài)為原點位置，此時機械手在最上面和最右面，且夾緊裝置處于放松狀態(tài)。

搬運機械手工作流程圖，如圖7-13所示。按下啟動按鈕后，從原點位置開始，機械手將執(zhí)行“左行→下降→夾緊→上升→右行→下降→放松→上升”的工作流程一個周期。這些動作均由電磁閥來控制，特別的，夾緊和放松動作僅由一個電磁閥來控制，該電磁閥狀態(tài)為1表示夾緊，否則為放松狀態(tài)。左行、右行、上升、下降這些動作由限位開關(guān)來切換，夾緊、放松動作由定時器來切換，且定時時間為ls。為了滿足實際生產(chǎn)的需求，將機械手設(shè)有手動和自動2種工作模式，其中自動工作模式又包括單步、單周、連續(xù)和自動回原點4種方式。操作面板布置，如圖7-14所示。

(1)手動工作方式

利用按鈕對機械手每個動作進行單獨控制。在該工作方式中，設(shè)有6個手動按鈕，分別控制左行、右行、上升、下降、夾緊和放松。

(2)單步工作方式

從原點位置開始，每按一下啟動按鈕，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)一步，完成該步任務(wù)后自動停止在該步，再按一下啟動按鈕，才開始執(zhí)行下一步動作。單步工作方式常常用于系統(tǒng)的調(diào)試和維修。

(3)單周工作方式

按下啟動按鈕，機械手從原點開始，按圖7-13工作流程完成一個周期后，返回原點并停留在原點位置。

(4)連續(xù)工作方式

機械手在原點位置時，按下啟動按鈕，機械手從原點位置開始，將按圖7-13工作流程周期性循環(huán)動作。按下停止按鈕，機械手并不馬上停止工作，待完成最后一個周期工作后，系統(tǒng)才返回并停留在原點位置。

(5)自動回原點工作方式

機械手有時可能會停止在非原點位置，這時機械手無法進行自動工作方式，所以需對機

械手的位置進行調(diào)整，當按下啟動按鈕時，機械手會按其回原點程序由其他位置回到原點位置。

PART?03 PLC及相關(guān)元件選型

機械手自動控制系統(tǒng)采用西門子S7-200SMART PLC，CPUST30模塊，DC供電，DC

輸入，晶體管輸出型。

PLC控制系統(tǒng)的輸入信號有17個，均為開關(guān)量。其中操作按鈕開關(guān)有8個，限位開關(guān)有4個，選擇開關(guān)有1個(占5個輸入點);PLC控制系統(tǒng)輸出信號有5個，各個動作由直流24V電磁閥控制;本控制系統(tǒng)采用S7-200SMART PLC完全可以，且有一定裕量。

元件材料清單

如表7-4所示

PART?04 硬件設(shè)計

機械手控制的I/O分配，如表7-5所示。硬件設(shè)計的主回路、控制回路、PLC輸入輸出

回路、操作臺開孔圖紙，如圖7-15所示。操作臺殼體可參考組合機床系統(tǒng)殼體圖，這里省略。

a

b

c

d

e

f

重點提示:給出元件明細表。為現(xiàn)場操作人員提供方便。在工程中，有些設(shè)計給出來的文字符號不通用，因此編寫元件明姻表加以說明是必要的。

g

給出元件明細表。為現(xiàn)場操作人員提供方便。在工程中，有些設(shè)計給出來的文字符號不通用，因此編寫元件明姻表加以說明是必要的

PART?05 程序設(shè)計

機械手控制主程序如圖7-16所示，當對應(yīng)條件滿足時，系統(tǒng)將執(zhí)行相應(yīng)的子程序。子程序主要包括公共程序、手動程序、自動程序和回原點程序4大部分。

?

(1)公共程序

機械手控制公共程序如圖7-17所示。公共程序用于處理各種工作方式都需要執(zhí)行的任務(wù)，以及不同工作方式之間互相切換的處理。公共程序的編寫通常要考慮原點條件、初始狀態(tài)、復(fù)位非初始步、復(fù)位回原點步和復(fù)位連續(xù)標志位5個部分。機械手處于最上面和最右面且夾緊裝置放松時為原點狀態(tài)，因此原點條件由上限位10.4的常開觸點、右限位I0.3的常開觸點和表示機械手放松Q0.4常閉觸點的串聯(lián)電路組成，當串聯(lián)電路接通時，輔助繼電器M1.1變?yōu)镺N。機械手在原點位置，系統(tǒng)處于手動、回原點或初始化狀態(tài)時，初始步M0.0都會被置位，此時為執(zhí)行自動程序做好準備;若此時M1.1為OFF，則M0.0會被復(fù)位，初始步變?yōu)椴换顒硬?，即使此時按下啟動按鈕，自動程序也不會轉(zhuǎn)換到下一步，因此禁止了自動工作方式的運行。

當手動、自動、回原點3種工作方式相互切換時，自動程序可能會有兩步被同時激活，為了防止誤動作，因此在手動或回原點狀態(tài)下，輔助繼電器M0.1~M1.0要被復(fù)位。在非回原點工作方式下，12.0常閉觸點閉合，輔助繼電器M1.4~M2.0被復(fù)位。在非連續(xù)工作方式下，11.7常閉觸點閉合，輔助繼電器M1.2被復(fù)位，系統(tǒng)不能執(zhí)行連續(xù)程序。

(2)手動程序

機械手控制手動程序如圖7-18所示。當按下左行啟動按鈕(I1.0常開觸點閉合)，且上

限位被壓合(I0.4常開觸點閉合)時，機械手左行;當碰到左限位時，常閉觸點I0.2斷開，

Q0.0線圈失電，左行停止。

當按下右行啟動按鈕(11.1常開觸點閉合)，且上限位被壓合(I0.4常開觸點閉合)

時，機械手右行;當碰到右限位時，常閉觸點I0.3斷開，Q0.1線圈失電，右行停止。

按下夾緊按鈕，I1.2變?yōu)镺N，線圈Q0.4被置位，機械手夾緊。

按下放松按鈕，I1.3變?yōu)镺N，線圈Q0.4被復(fù)位，機械手將工件放松。

當按下上升啟動按鈕(I0.6常開觸點閉合)，且左限位或右限位被壓合(I0.2或I0.3常開觸點閉合)時，機械手上升;當碰到上限位時，常閉觸點I0.4斷開，Q0.2線圈失電，上升停止。當按下下降啟動按鈕(I0.7常開觸點閉合)，且左限位或右限位被壓合(I0.2或10.3常開觸點閉合)時，機械手下降;當碰到下限位時，常閉觸點I0.5斷開，Q0.3線圈失電，下降停止。

在手動程序編寫時，需要注意以下幾個方面。

①為了防止方向相反的兩個動作同時被執(zhí)行，手動程序設(shè)置了必要的互鎖。

②為了防止機械手在最低位置與其他物體碰撞，在左右行電路中串聯(lián)上限位常開觸點加以限制。只有在最左端或最右端機械手才允許上升、下降和放松，因此設(shè)置了中間環(huán)節(jié)加以限制。

(3)自動程序

機械手控制自動程序順序功能圖如圖7-19所示，根據(jù)工作流程的要求，顯然1個工作周期有“左行→下降→夾緊→上升→右行→下降→放松→上升”這8步，再加上初始步，因此共9步(從M0.0~M1.0);在M1.0后應(yīng)設(shè)置分支，考慮到單周和連續(xù)的工作方式，以一條分支轉(zhuǎn)換到初始步，另一分支轉(zhuǎn)換到M0.1步。需要說明的是，在畫分支的有向連線時一定要畫在原轉(zhuǎn)換之下，即要標在M1.1(SM0.1+I1.4+I2.0)的轉(zhuǎn)換和I0.0·M1.1的轉(zhuǎn)換之下，這是繪制順序功能圖時要注意的。

自動程序時，采用啟保停電路編程法，其中M0.0~M1.0為中間編程元件，連續(xù)、單周、單步3種工作方式用連續(xù)標志M1.2和轉(zhuǎn)換允許標志M1.3加以區(qū)別。

在連續(xù)工作方式下，常開觸點I1.7閉合，此時處于非單步狀態(tài)，常閉觸點I1.5為ON，線圈M1.3接通，允許轉(zhuǎn)換;若原點條件滿足，在初始步為活動步時，按下啟動按鈕I0.0，線圈M0.1得電并自鎖，程序進入左行步，線圈Q0.0接通，機械手左行;當碰到左限位開關(guān)I0.2時，程序轉(zhuǎn)換下降步M0.2，左行步M0.1停止，線圈Q0.3接通，機械手下降;當碰到下限位開關(guān)I0.5時，程序轉(zhuǎn)換到夾緊步M0.3，下降步M0.2停止;以此類推，以后系統(tǒng)就這樣一步一步地工作下去。需要指出的是，當機械手在步M1.0返回時，上限位I0.4狀態(tài)為1，因為先前連續(xù)標志位M1.2狀態(tài)為1，故轉(zhuǎn)換條件M1.2·I0.4滿足，系統(tǒng)將返回到M0.1步，反復(fù)連續(xù)地工作下去。

單周與連續(xù)原理相似，不同之處在于在單周的工作方式下，連續(xù)標志條件不滿足(即線圈M1.2不得電)，當程序執(zhí)行到上升步M1.0時，滿足的轉(zhuǎn)換條件為M1.2·I0.4，因此系統(tǒng)將返回到初始步M0.0，機械手停止運動。在單步工作方式下，常閉觸點I1.5斷開，輔助繼電器M1.3變?yōu)镺FF，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。當原點條件滿足，在初始步為活動步時，按下啟動按鈕I0.0，線圈M0.1得電并自鎖，程序進入左行步;松開啟動按鈕I0.0，輔助繼電器M1.3馬上失電。在左行步，線圈Q0.0得電，當左限位壓合時，與線圈Q0.0串聯(lián)的I0.2的常閉觸點斷開，線圈Q0.0失電，機械手停止左行。I0.2常開觸點閉合后，如不按下啟動按鈕I0.0，輔助繼電器M1.3狀態(tài)為0，程序不會跳轉(zhuǎn)到下一步，直至按下啟動按鈕，程序方可跳轉(zhuǎn)到下降步;此后在某步完成后必須按啟動按鈕一次，系統(tǒng)才能轉(zhuǎn)換到下一步。

需要指出的是，M0.0的啟保停電路放在M0.1啟保停電路之后的目的是，防止在單步方式下程序連續(xù)跳轉(zhuǎn)兩步。若不如此，當步M1.0為活動步時，按下啟動按鈕I0.0，M0.0步與M0.1步同時被激活，這不符合單步的工作方式;此外轉(zhuǎn)換允許步中，啟動按鈕I0.0用上升沿的目的是使M1.3僅ON一個掃描周期，它使M0.0接通后，下一掃描周期處理M0.1時，M1.3已經(jīng)為0，故不會使M0.1為1，只有當按下啟動按鈕I0.0時，M0.1才為1，這樣處理才符合單步的工作方式。

(4)自動回原點程序

機械手自動回原點程序及順序功能圖和梯形圖，如圖7-21所示。在回原點工作方式下，I2.0狀態(tài)為1。按下啟動按鈕I0.0時，機械手可能處于任意位置，根據(jù)機械手所處的位置及夾緊裝置的狀態(tài)，可分以下幾種情況討論。

1.夾緊裝置放松且機械手在最右端:夾緊裝置處于放松且在最右端，所以直接上升返回原點位置即可。對應(yīng)的程序為，按下啟動按鈕I0.0，條件I0.0.Q0.4·10.3滿足，M2.0步接通。

2.機械手在最左端:機械手在最左端夾緊裝置可能處于放松狀態(tài)，也可能處于夾緊狀態(tài)。若處于夾緊狀態(tài)時，按下啟動按鈕I0.0，條件I0.0.10.2滿足，因此依次執(zhí)行M1.4~M2.0步程序，直至返回原點;若處于放松狀態(tài)，按下啟動按鈕I0.0，只執(zhí)行M1.4~M1.5步程序，下降步M1.6以后不會執(zhí)行，原因在于下降步M1.6的激活條件10.3.Q0.4不滿足，并且當機械手碰到右限位I0.3時，M1.5步停止。

3.夾緊裝置夾緊且不在最左端:按下啟動按鈕I0.0，條件I0.0.Q0.4·I0.2滿足，因此依次執(zhí)行M1.6~M2.0步程序，直至回到原點。

審核編輯：黃飛

?