機(jī)械手操作PLC控制裝置

1、機(jī)械手操作控制裝置1課題內(nèi)容 用PLC對(duì)機(jī)械手（實(shí)物模型）操作進(jìn)行控制，設(shè)機(jī)械手起始點(diǎn)位乙地，工作時(shí)可將工件從甲地取起，將工件翻轉(zhuǎn)后放至丙地，周而復(fù)始完成每個(gè)工件的翻轉(zhuǎn)，機(jī)械手的動(dòng)作步驟如下：乙地甲地（左轉(zhuǎn)）抓取工件丙地（右轉(zhuǎn)）放置工件返回乙地（左轉(zhuǎn)）輸入輸出點(diǎn)的分配：10001左轉(zhuǎn)限位E100001左轉(zhuǎn)M110002右轉(zhuǎn)限位E200002右轉(zhuǎn)M110003抓手開(kāi)放度限位E3 00003抓取M210004抓手開(kāi)放度限位E4 00004抓取M22工藝過(guò)程與控制要求機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技

2、術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用，工業(yè)上機(jī)械手的應(yīng)用業(yè)越來(lái)越廣泛，對(duì)機(jī)械手的控制要求和精度也越來(lái)越高。下面設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械手移動(dòng)工件控制系統(tǒng)。圖a所示為一簡(jiǎn)易機(jī)械手的工藝過(guò)程。該機(jī)械手石一個(gè)水平/垂直位移的機(jī)械設(shè)備，其操作是將工件從左工作臺(tái)搬運(yùn)到右工作。如圖是機(jī)械手的控制示意圖

3、，其過(guò)程并不復(fù)雜，一共有6個(gè)動(dòng)作，分為3組，即上升/下降，左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)和放松/夾緊。圖1 機(jī)械手控制示意圖機(jī)械手的全部動(dòng)作由汽缸驅(qū)動(dòng)，而汽缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈的兩位電磁閥控制。例如，當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降，當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手下降停止。只有當(dāng)上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升，當(dāng)上升電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手停止上升。同樣，左移/右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械手的放松/夾緊動(dòng)作由一個(gè)單線圈的兩位電磁閥控制。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械手夾緊；當(dāng)該線圈斷電時(shí)，機(jī)械手放松。 當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降時(shí)，為了確保安全，必須在右工作臺(tái)上無(wú)工件時(shí)才允許

4、機(jī)械手下降。也就是說(shuō)，若上一次搬運(yùn)到右工作臺(tái)上的工件 尚未搬走，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)停止下降，用光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行有無(wú)工件的檢測(cè)。圖2 機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程圖從原點(diǎn)開(kāi)始，按下啟動(dòng)按鈕，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到底時(shí)，碰到下限位開(kāi)關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊，夾緊后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升，上升到頂后，碰到上限位開(kāi)關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通右移電磁閥，機(jī)械手右移。右移到位后碰到右限位開(kāi)關(guān)，右移電磁閥斷電，右移停止。若此時(shí)右工作臺(tái)上無(wú)工件，則光電開(kāi)關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到底時(shí)碰到下限位開(kāi)關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手

5、放松。放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂后，碰到上限位開(kāi)關(guān)，上升電磁閥斷電，機(jī)械手停止上升；同時(shí)接通左移電磁閥，機(jī)械手左移。左移到原點(diǎn)時(shí)，碰到左限位開(kāi)關(guān)后，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手經(jīng)過(guò)9步動(dòng)作完成了一個(gè)周期的工作。機(jī)械手的每次循環(huán)動(dòng)作均由原位開(kāi)始。機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式又分為步進(jìn)，單周期和連續(xù)操作。手動(dòng)操作：利用按鈕操作對(duì)機(jī)械手的每一步運(yùn)動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇上/下運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手下降；按下停止按鈕，機(jī)械手上升。當(dāng)選擇左/右運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手夾緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放松；步進(jìn)操作：每按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械

6、手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止。連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始，按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)地，連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。3操作面板布置操作面板布置如圖3所示 圖3 PLC操作面板示意圖4輸入/輸出端子地址分配該機(jī)械手控制系統(tǒng)所采用的PLC是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的S7-200CPU224，圖4是S7-200CPU224輸入/輸出端子地址分配圖。該機(jī)械手控制系統(tǒng)共使用了14個(gè)輸入點(diǎn)，6個(gè)輸出點(diǎn)。 圖4 機(jī)械手的輸入/輸出接線圖5整體程序結(jié)構(gòu)機(jī)械手的整

7、體程序結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。圖5 機(jī)械手控制系統(tǒng)整體程序圖若選擇單操作工作方式，I0.7斷開(kāi)，接著執(zhí)行單操作程序。單操作程序可以獨(dú)立于自動(dòng)操作程序，可另行設(shè)計(jì)。在單周期工作方式下，可執(zhí)行自動(dòng)操作程序。在步進(jìn)工作方式下，執(zhí)行步進(jìn)操作程序，按一下按鈕執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作，并按規(guī)定順序進(jìn)行。在需要自動(dòng)操作方式時(shí)，中間繼電器M1.0接通。步進(jìn)工作方式，單操作工作方式和自動(dòng)操作方式，都用同樣的輸出繼電器。6單操作工作的程序如圖6是實(shí)現(xiàn)單操作工作的梯形圖程序。圖6 機(jī)械手單操作梯形圖為避免發(fā)生誤動(dòng)作，插入了一些連鎖電路。例如，將加載開(kāi)關(guān)扳到“左右”檔時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手右行；按下停止按鈕，機(jī)械手向左行。這兩個(gè)動(dòng)作

8、只有當(dāng)機(jī)械手處在上限時(shí)才能執(zhí)行。將加載開(kāi)關(guān)扳到“夾/松”檔，按下啟動(dòng)按鈕，執(zhí)行夾緊動(dòng)作；按下停止按鈕，松開(kāi)。將加載開(kāi)關(guān)扳到“上/下”檔，按下啟動(dòng)按鈕，下降；按停止按鈕，上升。7自動(dòng)操作程序如圖7是機(jī)械手自動(dòng)操作功能圖。圖7 自動(dòng)操作順序功能圖（SFC）PLC由STOP轉(zhuǎn)為RUN時(shí)，初始脈沖SM0.1對(duì)狀態(tài)進(jìn)行初始復(fù)位。當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)，將狀態(tài)繼電器S0.0置1，這是第一步。按下啟動(dòng)按鈕后，置位狀態(tài)繼電器S0.1，同時(shí)將原工作狀態(tài)繼電器S0.0清零，輸出繼電器Q0.0得電，Q0.5復(fù)位，原點(diǎn)指示燈熄滅，執(zhí)行下降動(dòng)作。當(dāng)下降到底碰到下限位開(kāi)關(guān)時(shí)，I0.1接通，將狀態(tài)繼電器S0.2置1，同時(shí)將狀態(tài)繼

9、電器S0.1清零，輸出繼電器S0.0復(fù)位，Q0.2置1，于是機(jī)械手停止下降，執(zhí)行夾緊動(dòng)作；定時(shí)器T37開(kāi)始計(jì)時(shí)，延時(shí)1.7s后，接通T37動(dòng)合觸點(diǎn)將狀態(tài)繼電器S0.3置1，同時(shí)將狀態(tài)繼電器S0.2清零，而輸出繼電器Q0.1得電，執(zhí)行上升動(dòng)作。由于Q0.2已經(jīng)被置1，夾緊動(dòng)作繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)上升到上限位時(shí)，I0.2接通，將狀態(tài)繼電器S0.4置1，同時(shí)將繼電器S0.3清零，Q0.1失電，不再上升，而Q0.3得電，執(zhí)行右行動(dòng)作。當(dāng)右行至右限位時(shí)，I0.3接通，Q0.3失電，機(jī)械手右行停止，若此時(shí)I0.5接通，則將狀態(tài)繼電器S0.5置1，同時(shí)將狀態(tài)繼電器S0.4清零，而Q0.0再次得電，執(zhí)行下降動(dòng)作。當(dāng)下

10、降到底碰到下限位開(kāi)關(guān)時(shí)，I0.1接通，將狀態(tài)繼電器S0.6置1，同時(shí)將狀態(tài)繼電器S0.5清零，輸出繼電器Q0.0復(fù)位，Q0.2置1，于是機(jī)械手停止下降，執(zhí)行松開(kāi)動(dòng)作；定時(shí)器T38開(kāi)始計(jì)時(shí)，延時(shí)1.5s后，接通T38動(dòng)合觸點(diǎn)狀態(tài)繼電器S0.7置1，同時(shí)將狀態(tài)繼電器S0.6清零，而輸出繼電器Q0.1再次得電，執(zhí)行上升動(dòng)作。行至上限位置，I0.2接通，將狀態(tài)繼電器S1.0置1，同時(shí)將狀態(tài)繼電器S0.7清零，Q0.1失電，停止上升而Q0.4得電，執(zhí)行左行動(dòng)作。到達(dá)左限位，I0.4接通，將狀態(tài)繼電器S0.1清零。如果此工作狀態(tài)為連續(xù)工作狀態(tài)，M1.0置1，即將狀態(tài)繼電器S0.1置1，重復(fù)執(zhí)行自動(dòng)程序。若

11、為單周期操作方式，狀態(tài)繼電器S0.0置1，則機(jī)械手停在原點(diǎn)。在運(yùn)行中，如按停止按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作執(zhí)行完當(dāng)前一個(gè)周期后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。在運(yùn)行中，PLC掉電，機(jī)械手動(dòng)作停止。重新啟動(dòng)時(shí)，先用手動(dòng)操作將機(jī)械手移回原點(diǎn)，再按啟動(dòng)按鈕，便可重新開(kāi)始自動(dòng)操作。步進(jìn)動(dòng)作是指按下啟動(dòng)按鈕動(dòng)作1次。步進(jìn)動(dòng)作功能圖與圖7相似，只是每步動(dòng)作都需按1次啟動(dòng)按鈕。步進(jìn)操作所用的輸出繼電器，定時(shí)器與其他操作所用的輸出繼電器，定時(shí)器相同。機(jī)械手自動(dòng)操作梯形圖如下:圖8 機(jī)械手自動(dòng)操作梯形圖8.PLC外圍端子接線圖圖9 PLC端子外圍接線圖設(shè)計(jì)總結(jié) 通過(guò)這次PLC控制機(jī)械手的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)了PLC的設(shè)計(jì)原理，PLC梯形圖、

12、指令表、外部接線圖等有了更深的了解。 從而在PLC的工程項(xiàng)目上有了更深的認(rèn)識(shí)。在機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用了技術(shù)先進(jìn)，可靠性較高的可編程控制器，這使機(jī)械設(shè)備更靈活有效，動(dòng)作準(zhǔn)確，易于維護(hù)勞動(dòng)生產(chǎn)率大大提高，各種操作方式自由切換，滿足了各種生產(chǎn)需求。并減少了維修量，提高了工效，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)。 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，采用西門子S7系列PLC對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，大大提高了機(jī)械手的工作效率，節(jié)省了勞動(dòng)成本，而且它的安全可靠性較高。參考文獻(xiàn)1張萬(wàn)忠 劉明芹 電器與PLC控制技術(shù) M化學(xué)工業(yè)出版社2魯遠(yuǎn)棟 冼進(jìn) PLC機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù) M電子工業(yè)出版社3丁筱玲 趙立新