機械手操作PLC控制裝置詳解

1、機械手操作控制裝置1課題內(nèi)容用PLC對機械手（實物模型）操作進行控制，設(shè)機械手起始點位乙地，工作時可將工件從甲地取起，將工件翻轉(zhuǎn)后放至丙地，周而復(fù)始完成每個工件的翻轉(zhuǎn)，機械手的動作步驟如下：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)）輸入輸出點的分配：10001左轉(zhuǎn)限位E100001左轉(zhuǎn)Ml10002右轉(zhuǎn)限位E200002右轉(zhuǎn)Ml10003抓手開放度限位E300003抓取M210004抓手開放度限位E400004抓取M22工藝過程與控制要求機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)

2、迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手。機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、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，工業(yè)上機械手的應(yīng)用業(yè)越來越廣泛，對機械手的控制要求和精度也越來越高。下面設(shè)計一個簡單的機械手移動工件控制系統(tǒng)。圖a所示為一簡易機械手的工藝過程。該機械手石一個水平/垂直位移的機械設(shè)備，其操作是將工件從左工作臺搬運到右工作。如圖是機械手的控制示意圖，其過程并

3、不復(fù)雜，一共有6個動作，分為3組，即上升/下降，左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)和放松/夾緊。圖1機械手控制示意圖機械手的全部動作由汽缸驅(qū)動，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。機械手的放松/夾緊動作由一個單線圈的兩位電磁閥控制。當該線圈通電時，機械手夾緊；當該線圈斷電時，機械手放松。當機械手右移到位并準備下降時，為了確保安全，必須在右工作臺上無工件時才允許機械手下降。也

4、就是說，若上一次搬運到右工作臺上的工件尚未搬走，機械手應(yīng)自動停止下降，用光電開關(guān)進行有無工件的檢測。51234原位i下降_夾緊上升9876左移上升放松一，右移5下降圖2機械手的動作過程圖從原點開始，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(guān)，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，夾緊后，上升電磁閥通電，機械手上升，上升到頂后，碰到上限位開關(guān)，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。右移到位后碰到右限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，右移停止。若此時右工作臺上無工件，則光電開關(guān)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(guān)，下降電

5、磁閥斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂后，碰到上限位開關(guān)上升電磁閥斷電，機械手停止上升；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(guān)后，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機械手經(jīng)過9步動作完成了一個周期的工作。機械手的每次循環(huán)動作均由原位開始。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(xù)操作。手動操作：利用按鈕操作對機械手的每一步運動進行單獨控制。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，機械手夾緊；按下停止按鈕，

6、機械手放松；步進操作：每按一次啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。單周期操作：機械手從原點開始，按下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止。連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一次啟動按鈕，機械手的動作將自動地，連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。3操作面板布置操作面板布置如圖3所示上/下步進選擇單周期左/右夾/緊單操作連續(xù)加載選擇工作方式選擇啟動停止指示燈組圖3PLC操作面板示意圖4輸入/輸出端子地址分配該機械手控制系統(tǒng)所采用的PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200CPU224，圖4是S7-200CPU224輸入/輸出端子

7、地址分配圖。該機械手控制系統(tǒng)共使用了14個輸入點，6個輸出點。工作方式選擇加載選擇啟動下限上限右限左限無件停止單操作步進單周期-連續(xù):左右上下夾松10.010.110.210.310.410.510.610.7I1.0I1.1I1.211.311.411.5Q0.0Q0.1S7-200Q0.2CPU224Q0.3Q0.4Q0.5夾緊右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)原點指示下降上升圖4機械手的輸入/輸出接線圖5整體程序結(jié)構(gòu)機械手的整體程序結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。I0.7LDNI0.7JMP1LBL1LDNI1.0JMP2LBL2LDNI1.1ANI1.2JMP3LDI1.2AI0.0SM1.0,1LDI1.1OI0.6RM1

8、.0,1LBL3LDSM0.0END圖5機械手控制系統(tǒng)整體程序圖若選擇單操作工作方式，10.7斷開，接著執(zhí)行單操作程序。單操作程序可以獨立于自動操作程序，可另行設(shè)計。在單周期工作方式下，可執(zhí)行自動操作程序。在步進工作方式下，執(zhí)行步進操作程序，按一下按鈕執(zhí)行一個動作并按規(guī)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。6單操作工作的程序如圖6是實現(xiàn)單操作工作的梯形圖程序右行左行夾緊放松I1.3 I0.2IO.OQ04Q0.3HHMT:I0.6Q0.3Q0.411.5 i0.0Qo?THISj11.5 I0.6Q0.02一

9、IIIRjI0.4 IO.Oqo.iQ0.0斗III/|:下降I0.4 I0.6QO.OQ.lIII/）上升圖6機械手單操作梯形圖為避免發(fā)生誤動作，插入了一些連鎖電路。例如，將加載開關(guān)扳到“左右”檔時，按下啟動按鈕，機械手右行；按下停止按鈕，機械手向左行。這兩個動作只有當機械手處在上限時才能執(zhí)行。將加載開關(guān)扳到“夾/松”檔，按下啟動按鈕，執(zhí)行夾緊動作；按下停止按鈕，松開。將加載開關(guān)扳到“上/下”檔，按下啟動按鈕，下降；按停止按鈕，上升7自動操作程序如圖7是機械手自動操作功能圖復(fù)位10.2寸10.4Q0.5SO.OI0.0Q0.0SQ7I(汁10.1Q0.2S0.2|-；T37-S0.3INID

10、N17Q0.1ZEZI0.2I0.350.410.5三二10.3Q0.050.5.十，10.1,Q02S0.6T38S0.7zJlNIDN15Q0.1S1.010.2Q0.4原點指示下降夾緊上升右行下降松開上升左行10.4M1.0M1.0圖7自動操作順序功能圖（SFC）PLC由STOP轉(zhuǎn)為RUN時，初始脈沖SM0.1對狀態(tài)進行初始復(fù)位。當機械手在原點時，將狀態(tài)繼電器S0.0置1,這是第一步。按下啟動按鈕后，置位狀態(tài)繼電器S0.1，同時將原工作狀態(tài)繼電器S0.0清零，輸出繼電器Q0.0得電，Q0.5復(fù)位，原點指示燈熄滅，執(zhí)行下降動作。當下降到底碰到下限位開關(guān)時，I0.1接通，將狀態(tài)繼電器S0.2

11、置1,同時將狀態(tài)繼電器S0.1清零，輸出繼電器S0.0復(fù)位，Q0.2置1,于是機械手停止下降，執(zhí)行夾緊動作；定時器T37開始計時，延時1.7s后，接通T37動合觸點將狀態(tài)繼電器S0.3置1，同時將狀態(tài)繼電器S0.2清零，而輸出繼電器Q0.1得電，執(zhí)行上升動作。由于Q0.2已經(jīng)被置1，夾緊動作繼續(xù)執(zhí)行。當上升到上限位時，I0.2接通，將狀態(tài)繼電器S0.4置1，同時將繼電器S0.3清零，Q0.1失電，不再上升，而Q0.3得電，執(zhí)行右行動作。當右行至右限位時，I0.3接通，Q0.3失電，機械手右行停止，若此時I0.5接通，則將狀態(tài)繼電器S0.5置1，同時將狀態(tài)繼電器S0.4清零，而Q0.0再次得電，

12、執(zhí)行下降動作。當下降到底碰到下限位開關(guān)時，10.1接通，將狀態(tài)繼電器S0.6置1,同時將狀態(tài)繼電器S0.5清零，輸出繼電器Q0.0復(fù)位，Q0.2置1,于是機械手停止下降，執(zhí)行松開動作；定時器T38開始計時，延時1.5s后，接通T38動合觸點狀態(tài)繼電器S0.7置1，同時將狀態(tài)繼電器S0.6清零，而輸出繼電器Q0.1再次得電，執(zhí)行上升動作。行至上限位置，I0.2接通，將狀態(tài)繼電器S1.0置1,同時將狀態(tài)繼電器S0.7清零，Q0.1失電，停止上升而Q0.4得電，執(zhí)行左行動作。到達左限位，10.4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

13、復(fù)執(zhí)行自動程序。若為單周期操作方式，狀態(tài)繼電器S0.0置1，則機械手停在原點。在運行中，如按停止按鈕，機械手的動作執(zhí)行完當前一個周期后，回到原點自動停止。在運行中，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。步進動作是指按下啟動按鈕動作1次。步進動作功能圖與圖7相似，只是每步動作都需按1次啟動按鈕。步進操作所用的輸出繼電器，定時器與其他操作所用的輸出繼電器，定時器相同。機械手自動操作梯形圖如下:9Xxx：機械手控制裝置SM0.0I0.3qo.3I:J10.310.5S0.5HHISCRTSCRES0.5SCR-SM0.0M2.111

14、:)l0.1S0.6SCRTSCRES0.6SCRSM0.0Q0.2-R1T38INTONPT15tqo138S0.7SCRTS0.7SCRESCRI0.2SM0.0M2.3SCRES0.1SCRTS1.0SCRSM0.0Q0.4圖8機械手自動操作梯形圖8.PLC外圍端子接線圖120/240AC電源原點指示左行電磁閥nl右行電磁閥夾緊電磁閥上升電磁閥下降電磁閥(N13QQOSoes-SGSSS0IL0.00.10.20.3*2L0.40.50.6*3L0.71.01.了件NLIAC1M0.00.10.20.30.40.50.60.72M1.01.11.21.31.41.5ML+00000000

15、000000000024VDC傳感器一電源輸出上與下左與右連續(xù)操作單周期操作步進操作單操作停止按鈕無式件檢測開關(guān)左限限位開關(guān)右限限位開關(guān)上限限位開關(guān)下限限位開關(guān)啟動按鈕圖9PLC端子外圍接線圖設(shè)計總結(jié)通過這次PLC控制機械手的設(shè)計，讓我對了PLC的設(shè)計原理,PLC梯形圖、指令表、外部接線圖等有了更深的了解。從而在PLC的工程項目上有了更深的認識。在機械手自動控制系統(tǒng)的設(shè)計中，采用了技術(shù)先進，可靠性較高的可編程控制器，這使機械設(shè)備更靈活有效，動作準確，易于維護勞動生產(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，具有很強的實用性。機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、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點。通過現(xiàn)場實踐證明，采用西門子S7系列PLC對機械手進行控制，大大提高了機械手的工作效率，節(jié)省了勞動成本，而且它的安全可靠性較高。參考文獻1