分享機械手控制系統應用設計及編程方法

2021-01-10 高峽平湖JIA
（圖片來源網絡）

應用PLC技術實現對機械手的控制，其任務是將工件從傳送帶A搬運到傳送帶B。採用移位指令設計順控程序。

機械手的動作示意圖如圖1所示，它是一個能夠產生水平/垂直位移的機械設備，用來將工件由左工作檯搬運到右工作檯。

圖 1

1、工藝過程與控制要求

機械手的全部動作由氣缸驅動，而氣缸又由相應的電磁閥控制。其中，上升/下降和左轉/右轉分別由雙線圈兩位電磁閥控制。例如：當下降電磁閥通電時，機械手下降；當下降電磁閥斷電時，機械手下降停止。只有當上升電磁閥通電時，機械手才上升；當上升電磁閥斷電時，機械手上升停止。同樣，左轉/右轉分別由左轉電磁閥和右轉電磁閥控制。機械手的放鬆/夾緊由一個單線圈兩位電磁閥(稱為夾緊電磁閥)來控制氣缸的運動。當該線圈通電時，機械手夾緊；當該線圈斷電時，機械手放鬆。

當機械手右移到位並準備下降時，為了確保安全，必須在右工作檯無工件時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到右工作檯上的工件尚未搬走時，機械手應自動停止下降，用光電開關I0.5進行無工件檢測。

機械手的動作過程如圖2所示。從原點開始，按下啟動按鈕，下降電磁閥通電，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；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊。夾緊後，上升電磁閥通電，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，碰到右限位開關，右移電磁閥斷電，右移停止。若此時右工作檯上無工件，則光電開關接通，下降電磁閥通電，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，機械手放鬆。放鬆後，上升電磁閥通電，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；同時接通左移電磁閥，機械手左移。左移到原點時，碰到左限位開關，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機械手經過八步動作完成了一個周期的動作。

圖 2

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步進、單周期和連續操作三種方式。

（1）手動操作：就是用按鈕操作對機械手的每步運動單獨進行控制。例如，當選擇上/下運動時，按下啟動按鈕，機械手下降；按下停止按鈕，機械手上升。當選擇左/右運動時，按下啟動按鈕，機械手右移；按下停止按鈕，機械手左移。當選擇夾緊/放鬆運動時，按下啟動按鈕，機械手夾緊；按下停止按鈕，機械手放鬆。

（2）步進操作：每按一次啟動按鈕，機械手完成一步動作後自動停止。

（3）單周期操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作後停止。

（4）連續操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手的動作將自動地、連續不斷地周期性循環。在工作中若按下停止按鈕，則機械手將繼續完成一個周期的動作後，回到原點自動停止。

2、操作面板布置

圖3位操作面板布置圖。

接通I0.7是單操作方式。按加載選擇開關的位置，用啟動/停止按鈕選擇加載操作，當加載選擇開關打到「左右」位置時，按下啟動按鈕，機械手右行;若按下停止按鈕，機械手左行。用上述操作可使機械手停在原點。

接通I1.0是步進方式。機械手在原點時，按下啟動按鈕，向前操作一步;每按啟動按鈕一次，操作一步。接通I1.1是單周期操作方式。機械手在原點時，按下啟動按鈕，自動操作一個周期。接通I1.2是連續操作方式。機械手在原點時，按下啟動按鈕，連續執行自動周期操作，當按下停止按鈕，機械手完成此周期動作後自動回到原點並不再動作。

圖 3

3、輸入/輸出端子地址分配機械手控制系統所採用的PLC是德國西門子公司生產的S7-200CPU214，圖4是S7-200 CPU214輸入/輸出端子地址分配圖。該機械手控制系統共使用了14個輸入量，6個輸出量。

圖 4

4、整體程序結構

機械手的整體程序結構如圖5所示。若選擇單操作工作方式，I0.7斷開,接著執行單操作程序。(單操作程序可以獨立於自動操作程序，可另行設計)。

在單周期工作方式和連續操作方式下，可執行自動操作程序。在步進工作方式，執行步進操作程序，按一下啟動按鈕執行一個動作，並按規定順序進行。

在需要自動操作方式時，中間繼電器M1.0接通。步進工作方式、單操作工作方式和自動操作方式，都用同樣的輸出繼電器。

圖 5

5、實現單操作工作的程序

圖6是實現單操作工作的梯形圖程序。為避免發生誤動作，插入了些連鎖電路。例如，將加載開關扳到「左右」擋，按下啟動按鈕，機械手向右行；按下停止按鈕，機械手向左行。這兩個動作只能當機械手處在上限位置時才能執行(即為安全起見，設上限安全連鎖保護)。

將加載選擇開關扳到「夾/松」擋，按啟動按鈕，執行夾緊動作；按停止按鈕，鬆開。

將加載選擇開關扳到「上下」擋，按啟動按鈕，下降；按停止按鈕，上升。

圖 6

6、自動操作程序

圖7是機械手自動操作流程圖(或稱功能圖)，圖8是與之對應的梯形圖。

圖 7

在自動程序裡，PLC由STOP轉為RUN時，初始脈衝SM0.1對狀態進行初始復位。

當機械手在原點時，將狀態繼電器S0.0置1,這是第一步。按下啟動按鈕後，置位狀態繼電器S0.1, 同時將原工作狀態繼電器S0.0清零，輸出繼電器Q0.0得電，Q0.5 復位，原點指示燈熄滅，執行下降動作。當下降到底碰到下限位開關時，I0.1接通，將狀態繼電器S0.2置1,同時將狀態繼電器S0.1清零，輸出繼電器Q0.0復位，Q0.2 置1,於是機械手停止下降，執行夾緊動作;定時器T37開始計時，延時1.7s 後，接通T37動合觸點將狀態繼電器S0.3置1，同時將狀態繼電器S0.2清零，而輸出繼電器Q0.1得電，執行上升動作。由於Q0.2已被置1,夾緊動作繼續執行。當上升到上限位時，I0.2接通，將狀態繼電器S0.4 置1，同時將狀態繼電器S0.3清零，Q0.1 失電，不再上升，而Q0.3得電，執行右行動作。當右行至右限位時，I0.3接通，Q0.3失電，機械手停止右行，若此時I0.5接通，則將狀態繼電器S0.5置1,同時將狀態繼電器S0.4清零，而Q0.0再次得電，執行下降動作，當下降到底碰到下限位開關時，I0.1接通，將狀態繼電器S0.6置1.同時將狀態繼電器S0.5清零，輸出繼電器Q0.0復位，Q0.2被復位，於是機械手停止下降，執行鬆開動作;定時器T38開始計時，延時1.5s 後，接通T38動合觸點將狀態繼電器S0.7 置1,同時將狀態繼電器S0.6 清零，而輸出繼電器Q0.1再次得電，執行上升動作。行至上限位置，I0.2 接通，將狀態繼電器S1.0置1,同時將狀態繼電器S0.7清零，Q0.1失電，停止上升，而Q0.4得電，執行左移動作。到達左限位，I0.4接通，將狀態繼電器S1.0清零。如果此時為連續工作狀態，M1.0 置1,即將狀態繼電器S0.1置1,重複執行自動程序。若為單周期操作方式，狀態繼電器SO.0置1,則機械手停在原點。

圖 8

在運行中，如按停止按鈕，機械手的動作執行完當前一個周期後，回到原點自動停止。

在運行中，若PLC掉電，機械手動作停止。重新啟動時，先用手動操作將機械手移回原點，再按啟動按鈕，便可重新開始自動操作。

（圖片來源網絡）

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