物料搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

呂珊珊

摘 要：機(jī)械手的全部動(dòng)作均由汽缸驅(qū)動(dòng)，而汽缸又由相關(guān)的電磁閥控制。其中，上升/下降、伸出/收縮和放松/夾緊均由一個(gè)線圈兩位置的電磁閥控制。物料搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)是一個(gè)以PLC為核心控制器、汽缸、電磁閥、傳感器為外圍設(shè)備所構(gòu)成的PLC單機(jī)控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)以PLC硬件電路、氣動(dòng)控制電路為基礎(chǔ)，以PLC控制軟件（控制程序）為核心。

關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)械手；物料；FX系列

一、物料搬運(yùn)機(jī)械手的工作原理

本設(shè)計(jì)中的氣動(dòng)物料搬運(yùn)機(jī)械手任務(wù)是將工作件從A處搬運(yùn)到運(yùn)輸帶上的B處，然后由運(yùn)輸帶將工作件運(yùn)輸出去。機(jī)械手的全部動(dòng)作均由汽缸驅(qū)動(dòng)，而汽缸又由相關(guān)的電磁閥控制。其中，上升/下降、伸出/收縮和放松/夾緊均由一個(gè)線圈兩位置的電磁閥控制。

在機(jī)械手“取與放”搬運(yùn)系統(tǒng)中，定義原點(diǎn)為左下方所到達(dá)的極限位置，機(jī)械手處于放松狀態(tài)。機(jī)械手的工作過(guò)程為：?jiǎn)?dòng)后機(jī)械手夾緊工作-夾住工作件上升到頂端-橫向移動(dòng)到右端-下降到B處-機(jī)械手松開(kāi)，把工作件放到B處-機(jī)械手上升到頂端-橫向左移到左極限-下降到下線原點(diǎn)處，如此循環(huán)往復(fù)。若中途按停止按鈕，機(jī)械手并不立即停止，而是在當(dāng)次循環(huán)所有過(guò)程都執(zhí)行完后回到原點(diǎn)才能停止。

二、FX系列PLC步進(jìn)順序指令

在實(shí)際應(yīng)用中不難發(fā)現(xiàn)，用基本邏輯指令實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的順序控制時(shí)，程序設(shè)計(jì)困難，梯形圖比較復(fù)雜，不易理解。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖編程就是針對(duì)這些問(wèn)題而問(wèn)世的。PLC廠家為了方便用戶的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出步進(jìn)順序控指令，使復(fù)雜的程序得以方便地實(shí)現(xiàn)。FX系列PLC的步進(jìn)順控指令有兩條：一條為步進(jìn)觸電（步進(jìn)開(kāi)始）指令STL，一條是步進(jìn)返回（步進(jìn)結(jié)束）指令RET。

STL步進(jìn)觸電指令用于“啟動(dòng)”某個(gè)狀態(tài)，操作組件為狀態(tài)繼電器S0～S899。RET指令用于返回主母線，其表示狀態(tài)（S）流程的結(jié)束。每個(gè)狀態(tài)器有3個(gè)功能：驅(qū)動(dòng)有關(guān)負(fù)載、指定轉(zhuǎn)換目標(biāo)和指定轉(zhuǎn)移條件。狀態(tài)S40驅(qū)動(dòng)輸出Y000，其轉(zhuǎn)換條件為X001，當(dāng)X001的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合時(shí)，狀態(tài)S40向S41轉(zhuǎn)換。STL觸電與母線相連，與STL相連的起始觸電要用LD、LDI指令。使用STL指令后，相當(dāng)于母線右移到STL觸點(diǎn)右側(cè)，一直到出現(xiàn)下一條STL指令或者出現(xiàn)RET指令為止。RET指令使右移后的母線回到原來(lái)的母線。使用STL指令使新的狀態(tài)置位，前一狀態(tài)自動(dòng)復(fù)位。STL指令和RET指令是一對(duì)步進(jìn)（開(kāi)始和結(jié)束）指令。在一系列指令STL后，加上RET指令，表明步進(jìn)梯形指令功能的結(jié)束，LD點(diǎn)返回到原來(lái)母線。

三、控制電路設(shè)計(jì)

1.明確輸入/輸出設(shè)備，分配PLC的I/O地址

（1）確定輸入/輸出點(diǎn)。根據(jù)控制要求分析，機(jī)械手PLC輸入設(shè)備有1個(gè)啟動(dòng)按鈕、1個(gè)停止按鈕、氣爪的抓緊釋放檢測(cè)開(kāi)關(guān)1個(gè)、升降汽缸的位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)2個(gè)和伸縮汽缸的位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)2個(gè)。由此確定，PLC需要7個(gè)輸入點(diǎn)。

本設(shè)計(jì)需要控制伸縮汽缸的伸出和縮回、升降汽缸的上升與下降和氣爪的夾緊與釋放，故需要5路控制輸出信號(hào)。由此確定，PLC需要5個(gè)輸出點(diǎn)與其連接。

（2）PLC的選擇。PLC的選擇主要根據(jù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)以及輸入/輸出形式來(lái)選擇。本系統(tǒng)共需要7個(gè)輸入點(diǎn)和5個(gè)輸出點(diǎn)，為考慮系統(tǒng)將來(lái)的擴(kuò)展裕量（20%的裕量），應(yīng)選擇輸入點(diǎn)為9個(gè)，輸出點(diǎn)為6個(gè)的小型PLC以滿足本項(xiàng)目的控制要求。接觸器的電壓和電流要根據(jù)其中控制的伸縮汽缸、升降汽缸和氣爪的額定電壓和電流選擇，電磁閥要根據(jù)伸縮汽缸和升降汽缸的功率選擇。

（3）系統(tǒng)控制電路。物料搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的PLC控制短路。如圖1所示。

四、PLC控制程序設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)要求和控制系統(tǒng)的具體情況繪制程序流程圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，這是整個(gè)程序設(shè)計(jì)的核心部分。采用合理的編程方法設(shè)計(jì)PLC程序，程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。

將設(shè)計(jì)好的程序用編程器或編程軟件輸入PLC中進(jìn)行檢查，修改程序中的錯(cuò)誤。用模擬設(shè)備按照工藝要求和控制要求進(jìn)行模擬調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)立即修改和調(diào)整程序，直到滿足工藝流程和控制要求為止。根據(jù)物料搬運(yùn)機(jī)械手的工藝過(guò)程和I/O分配，繪制出系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖就是右狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件及轉(zhuǎn)移方向構(gòu)成的流程圖。步進(jìn)順控的編程過(guò)程就是設(shè)計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的過(guò)程，其一思想為：將一個(gè)復(fù)雜的控制過(guò)程分解為若干工作狀態(tài)，搞清楚各狀態(tài)的工作細(xì)節(jié)（各狀態(tài)的功能、轉(zhuǎn)移條件和轉(zhuǎn)移方向），再依據(jù)總的控制順序要求，將這些狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)，就形成了狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。

參考文獻(xiàn)：

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