氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計

一、機(jī)械手的工作過程與控制要求1.機(jī)械手概況搬運(yùn)機(jī)械手將工件從左工作臺搬往右工作臺，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和各部分動作的示意圖如圖8-59所示：圖8-59機(jī)械手工作過程示意圖機(jī)械手所有的動作均由氣壓驅(qū)動。12它的上升與下降、左移與右移等動作均由二位五通雙控電磁換向閥控制，即當(dāng)下降電磁閥通電時，機(jī)械手下降；下降電磁閥斷電時，機(jī)械手停止下降；只有當(dāng)上升電磁閥通電時，機(jī)械手才上升。3機(jī)械手的夾緊和放松用一個二位五通單控電磁換向閥來控制，線圈通電時夾緊，線圈斷電時放松。2.機(jī)械手的工作過程機(jī)械手的動作順序和檢測元件、執(zhí)行元件的布置示意圖如圖8-60所示：圖8-60機(jī)械手動作順序和檢測元件、執(zhí)行元件布置示意圖321機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn)，按下起動按鈕后，機(jī)械手將依次完成下降—夾緊—上升—右移—再下降—放松—再上升—左移八個動作。機(jī)械手的下降、上升、右移、左移等動作的轉(zhuǎn)換，是由相應(yīng)的限位開關(guān)來控制的，而夾緊、放松動作的轉(zhuǎn)換是由時間來控制的。

為保證安全，機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺上無工件時才能下降，若上一次搬到右工作臺上工件尚未移走，機(jī)械手應(yīng)自動暫時等待。為此設(shè)置了一只光電開光，以檢測“無工件”信號。3.控制要求（1）手動工作方式利用按鈕對機(jī)械手每一動作單獨(dú)進(jìn)行控制。例如，按“下降”按鈕，機(jī)械手下降，按“上升”按鈕，機(jī)械手上升。用手動操作可以使機(jī)械手置于原位，還便于維修時機(jī)械手的調(diào)整；（2）單步工作方式從原點(diǎn)開始，按照自動工作循環(huán)的步序，每按一下起動按鈕，機(jī)械手完成一步的動作后自動停止。3.控制要求（3）單周期工作方式按下啟動按鈕，從原點(diǎn)開始，機(jī)械手按工序自動完成一個周期的動作，返回原點(diǎn)后停止。（4）連續(xù)工作方式按下啟動按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)開始按工序自動反復(fù)連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止按鈕，機(jī)械手自動停機(jī)。或者將工作方式選擇開關(guān)轉(zhuǎn)換到“單周期”工作方式，此時機(jī)械手在完成最后一個周期的工作后，返回原點(diǎn)自動停機(jī)。根據(jù)以上控制要求，操作臺面板布置示意圖如圖8-61圖8-61機(jī)械手操作臺面板布置示意圖二、機(jī)械手氣動驅(qū)動原理機(jī)械手的氣動驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的傳送裝置，主要實現(xiàn)機(jī)械手垂直、水平和手爪的夾緊動作。氣動系統(tǒng)工作原理如圖8-62所示：圖8-62氣動系統(tǒng)工作原理圖1.機(jī)械手水平部分運(yùn)動控制（1）當(dāng)電磁閥YV1通電時，機(jī)械手懸臂右移；（2）當(dāng)電磁閥YV1失電時，懸臂停止右移；（3）當(dāng)電磁閥YV2通電時，機(jī)械手懸臂左移；（4）當(dāng)電磁閥YV2失電時，懸臂停止左移；2.機(jī)械手垂直部分運(yùn)動控制當(dāng)電磁閥YV3通電時，機(jī)械手下降；當(dāng)電磁閥YV3失電時，機(jī)械手停止下降；當(dāng)電磁閥YV4通電時，機(jī)械手上升；當(dāng)電磁閥YV4失電時，機(jī)械手停止上升；3.氣爪控制(1)當(dāng)電磁閥YV5通電時，氣爪夾緊；(2)當(dāng)電磁閥YV5失電時，氣爪松開；三、確定輸入輸出點(diǎn)數(shù)并選擇PLC1.輸入信號

輸入信號是將機(jī)械手的工作狀態(tài)和操作的信息提供給PLC。PLC的輸入信號共有17個輸入信號點(diǎn)，需占用17個輸入端子。具體分配如下：（1）位置檢測信號有下限、上限、右限、左限共4個行程開關(guān)，需要4個輸入端子；（2）“無工件”檢測信號采用光電開關(guān)作檢測元件，需要1個輸入端子；（3）“工作方式”選擇開關(guān)有手動、單步、單周期、和連續(xù)4種工作方式，需要4個輸入端子；三、確定輸入輸出點(diǎn)數(shù)并選擇PLC1.輸入信號

輸入信號是將機(jī)械手的工作狀態(tài)和操作的信息提供給PLC。PLC的輸入信號共有17個輸入信號點(diǎn)，需占用17個輸入端子。具體分配如下：（4）手動操作時，需要有下降、上升、右移、左移、夾緊、放松6個按鈕，也需要6個輸入端子；（5）自動工作時，尚需起動按鈕、停止按鈕，也需占2個輸入端子。以上共需17個輸入信號點(diǎn)。2.輸出信號PLC的輸出信號用來控制機(jī)械手的下降、上升、右移、左移和夾緊5個電磁閥線圈，需要5個輸出點(diǎn)；機(jī)械手從原點(diǎn)開始工作，需要有1個原點(diǎn)指示燈，也要占用1個輸出點(diǎn)。所以，至少需要6個輸出信號點(diǎn)。3.PLC的選擇如果功能上再無其他特殊要求，則有多種型號的PLC可選用，此處選用FX2N-48MR。FX2N-48MR共有輸入24點(diǎn)，輸出24點(diǎn)，繼電器輸出。四、I/O地址分配及PLC外部接線圖

1.I/O地址分配表輸入端子輸出端子名稱代號端子編號名稱代號端子編號啟動按鈕SB1X0機(jī)械手下降YV3Y0下降限位ST1X1夾緊/松開YV5Y1上升限位ST2X2機(jī)械手上升YV4Y2右移限位ST3X3機(jī)械手右移YV1Y3左移限位ST4X4機(jī)械手左移YV2Y4無工件檢測SQX5原點(diǎn)指示燈L1Y5停止按鈕SB2X6

手動模式S11X7

單步模式S12X10

單周期模式S13X11

連續(xù)操作模式S14X12

下降按鈕SB3X13

上升按鈕SB4X14

右移按鈕SB5X15

左移按鈕SB6X16

夾緊按鈕SB7X17

松開按鈕SB8X20

2.PLC外部接線圖

根據(jù)對機(jī)械手的輸入輸出信號的分析以及所選的外部輸入設(shè)備的類型及PLC的機(jī)型，設(shè)計機(jī)械手PLC控制外部接線如圖8-63所示。圖8-63機(jī)械手PLC控制外部接線圖五、控制程序設(shè)計1.總體設(shè)計（1）設(shè)計思想

該機(jī)械手控制程序較復(fù)雜，運(yùn)用模塊化設(shè)計思想，采用“化整為零”的方法，將機(jī)械手控制程序分為:公共程序、手動程序和自動程序，分別編出這些程序段后，在“積零為整”，用條件跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)行選擇，用這種設(shè)計思想設(shè)計的控制程序運(yùn)行效率高，可讀性好。

系統(tǒng)運(yùn)行時首先執(zhí)行公共程序，然后當(dāng)選擇手動工作方式（手動，單步）時X007或者X010接通并跳至手動程序執(zhí)行；當(dāng)選擇自動工作方式(單周期，連續(xù)時)時X007，X010斷開，而X011或X010斷開，而X011或X012接通則跳至自動程序執(zhí)行。

工作方式選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)采取機(jī)械互鎖，因而此程序中手動程序中和自動程序可采用互鎖，也可以不互鎖。機(jī)械手的主控制程序如圖8-64所示：（2）主控程序圖8-64機(jī)械手的主控制程序2.公用程序設(shè)計（1）公用程序的作用公用程序用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及不同的工作方式之間相互切換的處理。（2）公用程序圖8-65公用程序（3）公用程序解析123左限位開關(guān)X004、上限為開關(guān)X002的常開觸點(diǎn)和表示機(jī)械手夾緊的Y001的常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時，“原點(diǎn)條件”M5變?yōu)镺N。當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài)（M5為ON），在開始執(zhí)行用戶程序（M8001為ON）、系統(tǒng)處于手動態(tài)狀態(tài)或自動回原點(diǎn)狀態(tài)（M5為ON），在開始執(zhí)行用戶程序（M8001為ON）、系統(tǒng)處于手動狀態(tài)或自動回原點(diǎn)狀態(tài)（X007為ON）時，初始步對應(yīng)的S0將被置位，為進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果此時M5為OFF狀態(tài)，S0將被復(fù)位，初始步為不活動步，即使按下啟動按鈕也不能進(jìn)入步S20，系統(tǒng)不能在單步、單周期和連續(xù)工作方式下工作。3.手動控制程序的設(shè)計手動程序分為點(diǎn)動控制和單步控制兩部分；手動操作不需要按工序順序動作，所以可按普通繼電器程序來設(shè)計。手動按鈕X013～X020分別控制下降、上升、右移、左移、夾緊、放松各個動作。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖。其中在左、右移動的梯形圖中加入了X002作為上限聯(lián)鎖，因為機(jī)械手只有處于上限位置時，才允許左右移動；由于夾緊、放松、動作是用單線圈雙位電磁閥控制，故在梯形圖中用“置位”、“復(fù)位”指令，使之有保持功能（1）點(diǎn)動控制程序圖8-66點(diǎn)動控制程序（2）單步控制程序圖8-67單步控制程序4.自動控制程序的設(shè)計機(jī)械手自動控制可分為單周期控制和自動連續(xù)控制兩種方式；（1）自動操作流程圖由于自動操作的動作較復(fù)雜，可先畫自動操作流程圖，用以表明動作的順序和轉(zhuǎn)換條件，然后再根據(jù)所采用的控制方法設(shè)計程序。矩形框表示“工步”相鄰兩工步擁有向線段連接，表明轉(zhuǎn)換的方向。小橫線表示轉(zhuǎn)換條件。若轉(zhuǎn)換條件得到滿足則程序從上一工步轉(zhuǎn)到下一共步。自動操作流程如圖8-68所示：圖8-68機(jī)械手自動操作流程圖（2）機(jī)械手自動控制主控程序設(shè)計圖8-69機(jī)械手自動控制主控程序（3）機(jī)械手自動控制程序設(shè)計圖8-70機(jī)械手自動控制程序五、氣動機(jī)械手控制案例分析機(jī)械手氣動系統(tǒng)設(shè)計時，選擇電磁線圈電壓電流時應(yīng)與PLC的輸出端子電壓電流等相一致，也是為了減