PLC在機械手控制系統上的應用

機械手在工業生產中得到廣泛的應用，傳統工藝中采用繼電器控制時，需要的繼電器多，接線復雜，因 此故障多，維修困難，費時費工，不僅加大了成本，而且影響設備的工效。本文介紹了用日本三菱公司生產的F1／F2 系列可編程控制器，根據機械手的運動規律：左／右、上／下、夾／松等進行軟件編程。實現了手動操作，即：用按鈕操 作，對機械手的每一種運動單獨進行控制；自動操作包括單步、單周期和連續操作。另外，對右工作臺有工件的特 殊情況進行了處理。采用梯形控制直觀易懂，為電氣人員所熟悉；采用PLC控制使接線簡化，安裝方便，而且保證 運行的可靠性，減少維修量，提高了工效。
關鍵詞：可編程控制器；繼電器；機械手

1機械手工作原理

1．1機械手動作原理及示意圖

機械手動作示意圖如圖1所示。其全部動作由汽缸驅動，而汽缸又由相應的電磁閥控制。其中，上升／下降和左移／右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制。下降電磁閥通電時，機械手下降；下降電磁閥斷電時，機械手下降停止。只有上升電磁閥通電時，機械手才上升；上升電磁閥斷電時，機械手上升停止。同樣，左移／右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機械手的放松／夾緊由一個單線圈(稱為夾緊電磁閥)控制。該線圈通電，機械手夾緊；該線圈斷電，機械手放松。

當機械手右移到位并準備下降時，為確保安全，必須在右工作臺上無工作時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到右工作臺上的工件尚未搬走時，機械手自動停止下降。

圖1機械手動作示意圖

1．2機械手動作過程

機械手的動作過程如圖2所示。從原點開始按下啟動按鈕時，下降電磁閥通電，機械手開始下降。下降到底時，碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊，夾緊后，上升電磁閥開始通電，機械手上升；上升到頂時，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通右移電磁閥，機械手右移，右移到位時，碰到右移極限位開關，右移電磁閥斷電，右移停止。此時，右工作臺上無工作，則光電開關接通，下降電磁閥接通，機械手下降。下降到底時碰到下限位開關下降電磁閥斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松，放松后，上升電磁閥通電，機械手上升，上升到極限時碰到極限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通左移電磁閥，機械手左移；左移到原點時，碰到左極限開關，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機械手經過八步動作完成一個循環。

圖2機械手動作過程

1．3機械手操作方式

機械手的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為單步、單周期和連續操作方式。

手動操作：就是用按鈕操作，對機械手的每一種運動單獨進行控制。例如：當選擇上／下運動時，按下啟動按鈕，機械上升；按下停止按鈕，機械手下降。當選擇左／右運動時，按下啟動按鈕，機械手左移；按下停止按鈕，機械手右移。當選擇夾緊／放松運動時，按下啟動按鈕，機械手夾緊；按下停止按鈕，機械手放松。

單步操作：每按一下啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。

單周期操作：機械手從原點開始，按下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止。在工作中若按一下停止按鈕，則機械手動作停止。重新啟動時需用手動操作方式將機械手移回到原點，然后按一下啟動按鈕，機械手又開始重新單周期操作。

連續操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手將自動地、連續地周期性循環。在工作中若按一下停止按鈕，則機械手停止工作。重新啟動時，必須用手動操作將機械手移回到原點，然后按下啟動按鈕，機械手又開始重新連續工作。在工作中若按下復位按鈕，則機械手將繼續完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。

2用戶所需輸入／輸出設備的確定

2．1輸入設備——用于產生輸入控制信號

本設計中輸入設備應包括以下幾種：①操作方式轉換開關，該開關應有手動、單步、單周期、連續等四個位置可供選擇。②手動時的運動選擇開關。該開關應有上／下、左／右、夾緊／放松三個位置可供選擇。③啟動、停止及復位按鈕。開關及按鈕在操作屏上的布置如圖3所示。④位置檢測元件。機械手的動做是按行程原則進行控制的，其上限、下限、左限、右限的位置分別用限位開關來檢測。

圖3操作屏布置

2．2輸出設備——由PLC的輸出信號驅動的執行元件

本設計中輸出設備應包括下降電磁閥、上升電磁閥、左移電磁閥、右移電磁閥、夾緊電磁閥等部分。為了對機械手原點位置進行指示，還要配置一個原點指示燈。

總之，根據所確定的用戶輸入設備及輸出設備可知，PLC共需要15點輸入、6點輸出。

3PLC的選擇

該控制系統要實現的是步進控制，可以選擇使用一般PLC，用移位寄存器和移位指令宋編程，由于所需的I／O點數為15／6點，考慮機械手操作的工藝是固定的，PLC的I／O基本上可不留余量。考慮經濟、維修等因素可選擇F1／F2系列可編程控制器。

F1／F2系列PLC的CPU為8039單片機芯片，執行時間為12／步，F1系列容量為1K。F2系統容量為2K步。儲存方式有機內RAM、EPROM、EEPROM。輸入為直流24V。輸出有繼電器、晶體管和可控硅三種輸出方式。

F1／F2系列PLC最大I／O點數為120點，可任意組合。用模擬量單元F2-6A-E后可進行模擬量控制。其中一臺F2-6A-E可處理四路A／D、2路D／A。一臺30點以上的主機可帶三個模擬量單元，共計可處理12路A／D、6路D／A，且不占用開關量點數。用定位控制單元F2-30GM可進行位置控制，驅動伺服電機或步進電機。F1／F2系列PLC除可用簡易型編程器外，還可進行圖形編程，用IBM計算機或其他兼容機進行編程。經綜合考慮，可選擇F1／40M可編程控制器。

4PLC的程序設計

圖4為機械手控制總程序結構框圖。在該結構框圖中，當操作方式選擇開關置于“手動”時，輸入點X407接通，其輸入繼電器常閉接點斷開，執行手動操作程序。

圖4總程序結構框圖

當選擇開關置于“單步”、“單周期”、“連續”時，其對應的輸入點X410、X411、X412接通，其輸入繼電器常閉接點斷開，執行自動操作程序。

在執行自動操作程序時，如操作選擇開關置于“連續”時，啟動后輔助繼電器M200接通，程序自動循環。操作開關置于“單步”時，M200同樣接通，程序也可以循環，但必須是每按一次啟動按鈕執行一步。如果操作開關置于“單周期”或運行過程中按下復位按鈕時，則輔助繼電器M200復位，程序執行完一個周期(即機械手回到原點)時自動停止。由于手動程序和自動程序采用了跳轉指令，因此這兩個程序段可以采用同一套輸出繼電器。