PLC在機械手步進控制中的應用

機械手是工業自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。應用PLC控制機械手實現各種規定的工序動作，可以簡化控制線路，節省成本，提高勞動生產率。圖1 是機械手搬運物品示意圖。

圖1 機械手搬物示意圖

圖中機械手的任務是將傳送帶A上的物品搬運到傳送帶B。為使機械手動作準確，在機械手的極限位置安裝了限位開關SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5，對機械手分別進行抓緊、左轉、右轉、上升、下降動作的限位，并發出動作到位的輸入信號。傳送帶A上裝有光電開關SP，用于檢測傳送帶A上物品是否到位。機械手的起、停由圖中的起動按鈕SB1、停止按鈕SB2控制。

傳送帶A、B由電動機拖動。機械手的上、下、左、右、抓緊、放松等動作由液壓驅動，并分別由六個電磁閥來控制。

2 機械手的動作流程

傳送帶B處于連續運行狀態，故不需要用PLC控制。

機械手及傳送帶C 順序動作的要求是：

1) 按下起動按鈕SB1時，機械手系統工作。首先上升電磁閥通電，手臂上升，至上升限位開關動作；

2) 左轉電磁閥通電，手臂左轉，至左轉限位開關動作；

3) 下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關動作；

4) 啟動傳送帶A運行，由光電開關SP檢測傳送帶A上有無物品送來，若檢測到物品，則抓緊電磁閥通電，機械手抓緊，至抓緊限位開關動作；

5) 手臂再次上升，至上升限位開關再次動作；

6) 右轉電磁閥通電，手臂右轉，至右轉限位開關動作；

7) 手臂再次下降，至下降限位開關再次動作；

8) 放松電磁閥通電，機械手松開手爪，經延時2秒后，完成一次搬運任務，然后重復循環以上過程。

9) 按下停止按鈕SB2或斷電時，機械手停止在現行工步上，重新起動時，機械手按停止前的動作繼續工作。

根據對機械手的順序動作要求，可以畫出時序圖如圖2所示。由時序圖可作出圖3所示的機械手動作流程圖。

圖2 機械手佛那故作布序圖

圖3 機械手動作流程圖

3 PLC選型及其I/O點編號分配

3.1 PLC的選型

由于機械手系統的輸入/輸出接點少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計算機對PLC進行監控和管理，故選用日本OMRON（立石）公司生產的多功能小型C20P主機。該機輸入點為12，輸出點為8。內部主要有：136個輔助繼電器、16個特殊功能繼電器、160個保持繼電器、8個暫存繼電器、48個定時/計數器、64個16位數據存貯器。

3.2 I/O點編號分配

根據圖3所示的機械手動作流程圖，可以確定電氣控制系統的I/O點分配，如表1所示。

表1 機械手控制I/O分配表

根據圖3流程圖和表1的I/O分配表，可以編制出狀態轉移圖如圖4所示。

圖4 機械手狀態轉移圖

4 編程及程序運行

4.1 用步進指令編程

根據圖4狀態轉移圖，編制的步進梯形圖程序如圖5所示。

圖5中，“全部輸出禁止”部分的作用是在停止時禁止全部輸出，使機械手停止在現行的工步上；重新起動時又能從停止前的工步繼續動作。

在狀態由HR010轉移至HR000的條件中，增加了保持繼電器的常閉觸點，其作用是：當機械手工作在某一中間工步時，若PLC斷電或停止運行，機械手停止在中間工步上。PLC復電或重新投入運行后，由于保持繼電器HR具有狀態斷電保護的功能，因此在重新起動時，中有某一個是斷開的，使得HR000不能置位，機械手只能從停止前被置位的保持繼電器的后續工步繼續動作。

4.2 程序運行

按下起動按鈕SB1，輸入點0000為ON,則作為互鎖條件的輔助繼電器1000為ON，互鎖指令IL接通，IL與ILC之間的線圈正常工作，“全部輸出禁止”解除。若(抓圖1)常閉觸點都為ON，保持繼電器HR000接通，輸出點0503使上升電磁閥得電，手臂上升。當手臂上升到位時，上升限位開關使輸入點0005閉合，保持繼電器HR001 接通，HR000復位，輸出點0501使左轉電磁閥得電，手臂左轉。......以后每當一步動作到位，限位條件滿足時，狀態轉移，進行下一工步動作。當狀態轉移到HR008為ON時，輸出點0506使放松電磁閥得電，機械手放松，同時定時器TIM00計時。當計時2秒到，狀態又轉移到HR000，程序又重新從第一工步開始循環。

停止時，按下停止按鈕SB2，0001斷開，輔助繼電器1000為OFF，互鎖指令斷開，全部輸出被禁止，但各保持繼電器的狀態是斷電保護的，機械手停在現行的工步上。當重新按起動按鈕時，互鎖指令接通，停止前的輸出被恢復，機械手繼續在停止前某保持繼電器為ON的工步動作。

5 結束語

本文介紹了日本OMRON公司生產的C系列P型小型多功能PLC在機械手步進控制中的設計應用。說明了機械手的動作原理，設計要求，程序設計方法。本文介紹的程序已在實際生產中獲得了成功的應用。