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PLC在机械手控制系统上的应用

摘要： 机械手在工业生产中得到广泛的应用，传统工艺中采用继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因 此故障多，维修困难，费时费工，不仅加大了成本，而且影响设备的工效。本文介绍了用日本三菱公司生产的F1／F2 系列可编程控制器，根据机械手的运动规律：左／右、上／下、夹／松等进行软件编程。实现了手动操作，即：用按钮操 作，对机械手的每一种运动单独进行控制；自动操作包括单步、单周期和连续操作。另机械式加载外，对右工作台有工件的特 殊情况进行了处理。采用梯形控制直观易懂，为电气人员所熟悉；采用PLC控制使接线简化，安装方便，而且保证 运行的可靠性，减少维修量，提高了工效。

关键词：可编程控制器；继电器；机械手

1机械手工作原理

1．1机械手动作原理及示意图

机械手动作示意图如图1所示。其全部动作由汽缸驱动，而汽缸又由相应的电磁阀控制。其中，上升／下降和左移／右移分别由双线圈两位电磁阀控制。下降电磁阀通电时，机械手下降；下降电磁阀断电时，机械手下降停止。只有上升电磁阀通电时，机械手才上升；上升电磁阀断电时，机械手上升停止。同样，左移／右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。机械手的放松／夹紧由一个单线圈(称为夹紧电磁阀)控制。该线圈通电，机械手夹紧；该线圈断电，机械手放松。

当机械手右移到位并准备下降时，为确保安全，必须在右工作台上无工作时才允许机械手下降。也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手自动停止下降。

图1机械手动作示意图

1．2机械手动作过程

机械手的动作过程如图2所示。从原点开始按下启动按钮时，下降电磁阀通电，机械手开始下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧，夹紧后，上升电磁阀开始通电，机械手上升；上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移，右移到位时，碰到右移极限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。此时，右工作台上无工作，则光电开关接通，下降电磁阀接通，机械手下降。下降到底时碰到下限位开关下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松，放松后，上升电磁阀通电，机械手上升，上升到极限时碰到极限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移；左移到原点时，碰到左极限开关，左移电磁阀断电，左移停止。至此，机械手经过八步动作完成一个循环。

图2机械手动作过程

1．3机械手操作方式

机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单步、单周期和连续操作方式。

手动操作：就是用按钮操作，对机械手的每一种运动单独进行控制。例如：当选择上／下运动时，按下启动按钮，机械上升；按下停止按钮，机械手下降。当选择左／右运动时，按下启动按钮，机械手左绝对硬度1般只会在科家界使用移；按下停止按钮，机械手右移。当选择夹紧／放松运动时，按下启动按钮，机械手夹紧；按下停止按钮，机械手放松。

单步操作：每按一下启动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。

单周期操作：机械手从原点开始，按下启动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后停止。在工作中若按一下停止按钮，则机械手动作停止。重新启动时需用手动操作方式将机械手移回到原点，然后按一下启动按钮，机械手又开始重新单周期操作。

连续操作：机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手将自动地、连续地周期性循环。在工作中若按一下停止按钮，则机械手停止工作。重新启动时，必须用手动操作将机械手移回到原点，然后按下启动按钮，机械手又开始重新连续工作。在工作中若按下复位按钮，则机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。

2．1输入设备——用于产生输入控制信号

本设计中输入设备应包括以下几种：①操作方式转换开关，该开关应有手动、单步、单周期、连续等四个位置可供选择。②手动时的运动选择开关。该开关应有上／下、左／右、夹紧／放松三个位置可供选择。③启动、停止及复位按钮。开关及按钮在操作屏上的布置如图3所示。④位置检测元件。机械手的动做是按行程原则进行控制的，其上限、下限、左限、右限的位置分别用限位开关来检测。

图3操作屏布置

2．2输出设备——由PLC的输出信号驱动的执行元件

本设计中输出设备应包括下降电磁阀、上升电磁阀、左移电磁阀、右移电磁阀、夹紧电磁阀等部分。为了对机械手原点位置进行指示，还要配置一个原点指示灯。

总之，根据中国忠旺组建产品与工艺设计团队之初所确定的用户输入设备及输出设备可知，PLC共需要15点输入、6点输出。

3PLC的选择

该控制系统要实现的是步进控制，可以选择使用一般PLC，用移位寄存器和移位指令宋编程，由于所需的I／O点数为15／6点，考虑机械手操作的工艺是固定的，PLC的I／O基本上可不留余量。考虑经济、维修等因素可选择F1／F2系列可编程控制器。

F1／F2系列PLC的CPU为8039单片机芯片，执行时间为12／步，F1系列容量为1K。F2系统容量为2K步。储存方式有机内RAM、EPROM、EEPROM。输入为直流24V。输出有继电器、晶体管和可控硅三种输出方式。

F1／F2系列PLC最大I／O点数为120点，可任意组合。用模拟量单元FA-E后可进行模拟量控制。其中一台FA-E可处理四路A／D、2路D／A。一台30点以上的主机可带三个模拟量单元，共计可处理1钉扣机2路A／D、6路D／A，且不占用开关量点数。用定位控制单元FGM可进行位置控制，驱动伺服电机或步进电机。F1／F2系列PLC除可用简易型编程器外，还可进行图形编程，用IBM计算机或其他兼容机进行编程。经综合考虑，可选择F1／40M可编程控制器。

4PLC的程序设计

图4为机械手控制总程序结构框图。在该结构框图中，当操作方式选择开关置于“手动”时，输入点X407接通，其输入继电器常闭接点断开，执行手动操作程压球机序。

图4总程序结构框图

当选择开关置于“单步”、“单周期”、“连续”时，其对应的输入点X410、X411、X412接通，其输入继电器常闭接点断开，执行自动操作程序。

在执行自动操作程序时，如操作选择开关置于“连续”时，启动后辅助继电器M200接通，程序自动循环。操作开关置于“单步”时，M200同样接通，程序也可以循环，但必须是每按一次启动按钮执行一步。如果操作开关置于“单周期”或运行过程中按下复位按钮时，则辅助继电器M200复位，程序执行完一个周期(即机械手回到原点)时自动停止。由于手动程序和自动程序采用了跳转指令，因此这两个程序段可以采用同一套输出继电器。

5结语

该机械手在改用PLC控制以前，采用传统的继电器控制，其控制线路复杂，继电器多；采用本程序控制之后，控制线路简单化，省去了全部继电器，安装十分方便，并且保证了系统运行的可靠性，减少了维铆钉枪修量，提高了工效，社会经济效益得到明显提高。

参考文献

〔1〕 朱绍祥等编译．可编程控制器原理与应用〔M〕．上海：上海交通大学出版社，1988，

〔2〕 王兆义．可编程控制器教程〔M〕．北京：机械工业出版社，1993，

〔3〕 成大光．机械设计手册〔S〕．北京：化学工业出版社，2000，

〔4滚滑磨擦也就是我们常说的滚压磨擦〕 程光蕴．机械设计〔M〕．北京：高教出版社，1999，(end)