氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、機(jī)械手的工作過(guò)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(tái)搬往右工作臺(tái)，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和各部分動(dòng)作的示意圖如圖8-59所示：圖8-59機(jī)械手工作過(guò)程示意圖機(jī)械手所有的動(dòng)作均由氣壓驅(qū)動(dòng)。12它的上升與下降、左移與右移等動(dòng)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(shí)，機(jī)械手下降；下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手停止下降；只有當(dāng)上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升。3機(jī)械手的夾緊和放松用一個(gè)二位五通單控電磁換向閥來(lái)控制，線(xiàn)圈通電時(shí)夾緊，線(xiàn)圈斷電時(shí)放松。2.機(jī)械手的工作過(guò)程機(jī)械手的動(dòng)作順序和檢測(cè)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(dòng)作順序和檢測(cè)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(dòng)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(gè)動(dòng)作。機(jī)械手的下降、上升、右移、左移等動(dòng)作的轉(zhuǎn)換，是由相應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制的，而夾緊、放松動(dòng)作的轉(zhuǎn)換是由時(shí)間來(lái)控制的。

為保證安全，機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺(tái)上無(wú)工件時(shí)才能下降，若上一次搬到右工作臺(tái)上工件尚未移走，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)暫時(shí)等待。為此設(shè)置了一只光電開(kāi)光，以檢測(cè)“無(wú)工件”信號(hào)。3.控制要求（1）手動(dòng)工作方式利用按鈕對(duì)機(jī)械手每一動(dòng)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(dòng)操作可以使機(jī)械手置于原位，還便于維修時(shí)機(jī)械手的調(diào)整；（2）單步工作方式從原點(diǎn)開(kāi)始，按照自動(dòng)工作循環(huán)的步序，每按一下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步的動(dòng)作后自動(dòng)停止。3.控制要求（3）單周期工作方式按下啟動(dòng)按鈕，從原點(diǎn)開(kāi)始，機(jī)械手按工序自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作，返回原點(diǎn)后停止。（4）連續(xù)工作方式按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始按工序自動(dòng)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(dòng)停機(jī)?；蛘邔⒐ぷ鞣绞竭x擇開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換到“單周期”工作方式，此時(shí)機(jī)械手在完成最后一個(gè)周期的工作后，返回原點(diǎn)自動(dòng)停機(jī)。根據(jù)以上控制要求，操作臺(tái)面板布置示意圖如圖8-61圖8-61機(jī)械手操作臺(tái)面板布置示意圖二、機(jī)械手氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)原理機(jī)械手的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳送裝置，主要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手垂直、水平和手爪的夾緊動(dòng)作。氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理如圖8-62所示：圖8-62氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖1.機(jī)械手水平部分運(yùn)動(dòng)控制（1）當(dāng)電磁閥YV1通電時(shí)，機(jī)械手懸臂右移；（2）當(dāng)電磁閥YV1失電時(shí)，懸臂停止右移；（3）當(dāng)電磁閥YV2通電時(shí)，機(jī)械手懸臂左移；（4）當(dāng)電磁閥YV2失電時(shí)，懸臂停止左移；2.機(jī)械手垂直部分運(yùn)動(dòng)控制當(dāng)電磁閥YV3通電時(shí)，機(jī)械手下降；當(dāng)電磁閥YV3失電時(shí)，機(jī)械手停止下降；當(dāng)電磁閥YV4通電時(shí)，機(jī)械手上升；當(dāng)電磁閥YV4失電時(shí)，機(jī)械手停止上升；3.氣爪控制(1)當(dāng)電磁閥YV5通電時(shí)，氣爪夾緊；(2)當(dāng)電磁閥YV5失電時(shí)，氣爪松開(kāi)；三、確定輸入輸出點(diǎn)數(shù)并選擇PLC1.輸入信號(hào)

輸入信號(hào)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(hào)共有17個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)，需占用17個(gè)輸入端子。具體分配如下：（1）位置檢測(cè)信號(hào)有下限、上限、右限、左限共4個(gè)行程開(kāi)關(guān)，需要4個(gè)輸入端子；（2）“無(wú)工件”檢測(cè)信號(hào)采用光電開(kāi)關(guān)作檢測(cè)元件，需要1個(gè)輸入端子；（3）“工作方式”選擇開(kāi)關(guān)有手動(dòng)、單步、單周期、和連續(xù)4種工作方式，需要4個(gè)輸入端子；三、確定輸入輸出點(diǎn)數(shù)并選擇PLC1.輸入信號(hào)

輸入信號(hào)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(hào)共有17個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)，需占用17個(gè)輸入端子。具體分配如下：（4）手動(dòng)操作時(shí)，需要有下降、上升、右移、左移、夾緊、放松6個(gè)按鈕，也需要6個(gè)輸入端子；（5）自動(dòng)工作時(shí)，尚需起動(dòng)按鈕、停止按鈕，也需占2個(gè)輸入端子。以上共需17個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)。2.輸出信號(hào)PLC的輸出信號(hào)用來(lái)控制機(jī)械手的下降、上升、右移、左移和夾緊5個(gè)電磁閥線(xiàn)圈，需要5個(gè)輸出點(diǎn)；機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始工作，需要有1個(gè)原點(diǎn)指示燈，也要占用1個(gè)輸出點(diǎn)。所以，至少需要6個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)。3.PLC的選擇如果功能上再無(wú)其他特殊要求，則有多種型號(hào)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(xiàn)圖

1.I/O地址分配表輸入端子輸出端子名稱(chēng)代號(hào)端子編號(hào)名稱(chēng)代號(hào)端子編號(hào)啟動(dòng)按鈕SB1X0機(jī)械手下降YV3Y0下降限位ST1X1夾緊/松開(kāi)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(wú)工件檢測(cè)SQX5原點(diǎn)指示燈L1Y5停止按鈕SB2X6

手動(dòng)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(kāi)按鈕SB8X20

2.PLC外部接線(xiàn)圖

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

該機(jī)械手控制程序較復(fù)雜，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)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(dòng)程序和自動(dòng)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(jì)思想設(shè)計(jì)的控制程序運(yùn)行效率高，可讀性好。

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

工作方式選擇轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)采取機(jī)械互鎖，因而此程序中手動(dòng)程序中和自動(dòng)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(jì)（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(kāi)關(guān)X004、上限為開(kāi)關(guān)X002的常開(kāi)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(shí)，“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(kāi)始執(zhí)行用戶(hù)程序（M8001為ON）、系統(tǒng)處于手動(dòng)態(tài)狀態(tài)或自動(dòng)回原點(diǎn)狀態(tài)（M5為ON），在開(kāi)始執(zhí)行用戶(hù)程序（M8001為ON）、系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)或自動(dòng)回原點(diǎn)狀態(tài)（X007為ON）時(shí)，初始步對(duì)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(shí)M5為OFF狀態(tài)，S0將被復(fù)位，初始步為不活動(dòng)步，即使按下啟動(dòng)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(dòng)控制程序的設(shè)計(jì)手動(dòng)程序分為點(diǎn)動(dòng)控制和單步控制兩部分；手動(dòng)操作不需要按工序順序動(dòng)作，所以可按普通繼電器程序來(lái)設(shè)計(jì)。手動(dòng)按鈕X013～X020分別控制下降、上升、右移、左移、夾緊、放松各個(gè)動(dòng)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(dòng)的梯形圖中加入了X002作為上限聯(lián)鎖，因?yàn)闄C(jī)械手只有處于上限位置時(shí)，才允許左右移動(dòng)；由于夾緊、放松、動(dòng)作是用單線(xiàn)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(dòng)控制程序圖8-66點(diǎn)動(dòng)控制程序（2）單步控制程序圖8-67單步控制程序4.自動(dòng)控制程序的設(shè)計(jì)機(jī)械手自動(dòng)控制可分為單周期控制和自動(dòng)連續(xù)控制兩種方式；（1）自動(dòng)操作流程圖由于自動(dòng)操作的動(dòng)作較復(fù)雜，可先畫(huà)自動(dòng)操作流程圖，用以表明動(dòng)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(jì)程序。矩形框表示“工步”相鄰兩工步擁有向線(xiàn)段連接，表明轉(zhuǎn)換的方向。小橫線(xiàn)表示轉(zhuǎn)換條件。若轉(zhuǎn)換條件得到滿(mǎn)足則程序從上一工步轉(zhuǎn)到下一共步。自動(dòng)操作流程如圖8-68所示：圖8-68機(jī)械手自動(dòng)操作流程圖（2）機(jī)械手自動(dòng)控制主控程序設(shè)計(jì)圖8-69機(jī)械手自動(dòng)控制主控程序（3）機(jī)械手自動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)圖8-70機(jī)械手自動(dòng)控制程序五、氣動(dòng)機(jī)械手控制案例分析機(jī)械手氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇電磁線(xiàn)圈電壓電流時(shí)應(yīng)與PLC的輸出端子電壓電流等相一致，也是為了減