【文章內(nèi)容簡介】 定使用的力和搬運的路徑，目的是為了獲得一個快速和最佳的工作周期。 機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 12 頁 共 36 頁 3 機械手 PLC 控制的設(shè)計 送料機械手的動作示意圖如圖 31 所示。他是一個水平 /垂直位移的機械設(shè)備，用來將工作由左工 作臺搬到右工作臺。 圖 31 送料機械手的工作示意圖 根據(jù)工藝過程分析控制要求 機械手的全部動作有汽缸驅(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；當上升電磁閥端電時，機械手上升停止。同樣，左移 /右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機械的放松 /加緊由一個單線圈兩位置電磁閥機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 13 頁 共 36 頁 （稱為加緊電磁閥）控制。 當該線圈通電時，機械手加緊，該線圈斷電時，機械手放松。 當機械手處于原點時（即左限位開關(guān)和上限位開關(guān)合上），啟動以后，機械手移向 A 點，加緊工件，然后回到原位，移向 B 點，放下工件，再回到原位完成一次動作。 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作時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到右工作臺上的工件尚未搬走時，機械手應(yīng)自動停止下降。 機械手的動作過程如圖 32 所示。從原點開始，按下啟動按鈕時，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。上升到頂時，碰到上位開關(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。右移到位時，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作，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。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，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(guān)，左移 電磁閥斷電，左移停止。至此，機械手經(jīng)過八步動作完成一個周期。 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單步、單周期和連續(xù)操作方式。 手動操作 手動操作：就是用按鈕操作對機械手的每一種運動單獨進行控制。例如，當選擇上 /下運動時，按下啟動按鈕，機械上升；按下停止按鈕，機械手下降。當選擇左右運動時，按下起動按鈕，機械手左移；按下停止按鈕，機械手右移。當選擇夾緊 /放松運動時，按下起動按鈕，機械手夾緊；按下停止按鈕，機械手放松。 機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 14 頁 共 36 頁 圖 32 機械手動作過程 單步操作 單步操作：每按一次起動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止 單周期操作 單周期操作：機械手從原點開始，按一下起動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止。在工作中若按一下停止按鈕，則機械手停止重新起動時，需要手動操作方式將機械手移回原點，然后按一下起動按鈕，機械手又重新開始單周期操作。 連續(xù)操作 連續(xù)操作：機械手從原點開 始，按一下起動按鈕，機械手的動作將自動的、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。 在工作中若按一下停止按鈕，則機械手動作停止。重新起動時，須用手動操機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 15 頁 共 36 頁 作方式將機械手移回原點，然后按一下起動按鈕，機械手又重新開始連續(xù)操作。 在工作中若按一下復位按鈕，則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。 確定所需的用戶輸入 /輸出設(shè)備及 I/O 點數(shù) 1. 輸入設(shè)備 用以生產(chǎn)輸入控制信號。 本設(shè)計中應(yīng)包括： 操作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)：該開關(guān)應(yīng)有手動、單步、單周期、連續(xù)等四個位置可供選擇。 手動時運動選擇開關(guān)：該 開關(guān)應(yīng)有上 /下，左 /右，夾緊 /放松等三個位置可供選擇。 起動、停止及復位按鈕。 開關(guān)及按鈕在操作屏上的布置如圖 33 所示。 位置檢測元件：機械手的運動是按行進程原則進行控制的。其上限、下限、左限、右限的位置分別用限位開關(guān)來檢測。 無工件檢測元件：右工作臺上無工件用光電開關(guān)來檢測。 各限位開關(guān)及光電開關(guān)的配置如圖 32 所示。 2. 輸出設(shè)備 — 由 PLC 的輸出信號驅(qū)動的執(zhí)行元件。 本設(shè)計中應(yīng)包括下降電磁閥、上升電磁閥、右移電磁閥、左移電磁閥、夾緊電磁閥。 機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 16 頁 共 36 頁 圖 33 操作屏布置 為了對機械手處于原點進行指示，還可以配置一個原點的指示燈。 各輸出設(shè)備的配置如圖 32 所示。 根據(jù)所確定的用戶輸入設(shè)備及輸出設(shè)備，可畫出 PLC 的 I/O 連接圖，如圖14 所示。由圖可見， PLC 共需要 15 點輸入， 6 點輸出。 機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 17 頁 共 36 頁 圖 34 I/O 連接圖 機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 18 頁 共 36 頁 PLC 的選擇 該機械手的控制為純開關(guān)量控制，且所要的 I/O 點數(shù) 不多，因此選擇一般小型抵擋機即可。 該控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的是步進控制，可以用一般 PLC 所具有的移位寄存器和移位指令來編程，但若選擇具有步進指令功能或鼓型控制器功能的 PLC，則實現(xiàn)步進控制就更加方便了。 由于所要的 I/O 點數(shù)為 15/6 點，考慮到機械手操作的工藝固定， PLC 的 I/O點基本上可不留裕量。根據(jù)資料的機型，可選擇： 1） ACMYS256 可選用 32 點主機（ I/O 點數(shù)為 16/16）或 40 點主機（ I/O 點數(shù)為 24/16）。 2） GEI/J（ SR10）其主機 I/O 點數(shù)為 15/9?；蜻x用 GEI（ SR20） ，采用 5槽主機框架，一塊 16 點輸入模塊，一塊 8 點輸出模塊（或兩塊 8 點輸入模塊，一塊 8 點輸出模塊）。 3） F140M 其主機 I/O 點數(shù)為 24/16 點。 4） 具體選擇何種機型，還需要比較價格，同時考慮使用維修方便等因素，使之更加經(jīng)濟合理。 故選擇 F140M 機型。 分配 PLC I/O 點的編號（定義號） 由于不同記性的 PLC，其 I/O 點的編號不同，因此應(yīng)根據(jù)所選擇的機型，對PLC 的 I/O 點分配編號。如圖 14 所示的編號。 PLC 程序設(shè)計 為了便于編程 ,先繪制出整個控制程序的結(jié)構(gòu)框圖 ,如圖 35 所示。 機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 19 頁 共 36 頁 圖 35 總結(jié)構(gòu)程序框圖 在該結(jié)構(gòu)框圖中，當操作方式選擇開關(guān)置于“手動”時，輸入點 X407 接通，其輸入繼電器常閉接點斷開，執(zhí)行手動操作程序。 當操作選擇開關(guān)置于“單步”、“單周期”、“連續(xù)”時，其對應(yīng)的輸入點 X4X41 X412 接通，其輸入繼電器常閉接點斷開，執(zhí)行自動操作程序。 機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 20 頁 共 36 頁 在執(zhí)行自動操作時，如選擇開關(guān)置于“連續(xù)”時，起動后輔助繼電器 M200接通，程序自動循環(huán)。操 作選擇開關(guān)置于“單步”時， M200 同樣接通，程序也可以循環(huán)，但必須是每按一次起動按鈕執(zhí)行一步。如果操作選擇開關(guān)置于“單周期”或運行過程中按下復位按鈕時，則輔助繼電器 N200 復位，程序執(zhí)行完一個周期（即機械手回到原點）時自動停止。 由于手動程序和自動程序采用了跳轉(zhuǎn)指令，因此在著兩個程序段可以采用同樣的一套輸出繼電器。 下面是各程序的設(shè)計。 （一） 手動操作程序 在手動操作方式下，各種動作都是用按鈕操作來實現(xiàn)，其控制程序可以獨立于自動操作程序而另行設(shè)計。手動操作控制很簡單，可以很方便地按一般繼電器控制線路來設(shè)計 ，其梯形圖如圖 36 所示。 為了安全，機械手的左 /右移動只有當機械手處于上限位置時才能進行，因此需要在左 /右移動的電路中設(shè)置上限聯(lián)鎖保護。 另外，由于左 /右，上 /下運動采用雙線圈兩位電磁閥控制，兩個線圈不能同時通電，因此在左 /右，上 /下移動的電路中了互鎖環(huán)節(jié)。 當運動選擇開關(guān)置于“左 /右”時，如機械手處于上限位置，則按起動按鈕機械手右移，按停止按鈕機械手左移。 當運動選擇開關(guān)置于“夾 /松”時，按起動按鈕時夾緊，按停止按鈕時放松。 當運動選擇開關(guān)置于“上 /下”時，按起動按鈕時下降，按停止按鈕時上升。 機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 21 頁 共 36 頁 圖 36 自動梯形圖 （二） 自動操作程序 本設(shè)計是一個按順序動作的典型步進控制。 步進控制可以用一般 PLC 都具有的位移寄存器來實現(xiàn)，但更方便的是用步進指令和鼓形控制來實現(xiàn)。 F140M 具有位移寄存器和步進指令的功能，本設(shè)計用位移寄存器編程。 用移位器編程： 由于自動操作的控制比較，不容易直接設(shè)計出梯形圖，因此可以先畫出自動的操作流程圖，用以表明動作的順序和條件，如圖 37 所示。 機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 22 頁 共 36 頁 圖 37 自動操作流程圖 圖中，矩形方框代表完成某一動作的控制程序，方框之間的箭頭線用以表示程序的轉(zhuǎn)換，箭頭線上的小橫線用以表示轉(zhuǎn)換的條件。 機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 23 頁 共 36 頁 當機械手處于原點時，壓下上限位開關(guān)和左限開關(guān)，輸入點 X402 和 X404接通，產(chǎn)生原點指示輸出。 機械手的動作從按下起動按鈕開始，執(zhí)行第一程序，產(chǎn)生下降輸出，機械手下降。當機械手下降到底碰到下限位開關(guān)時， 輸入點 X401 接通，轉(zhuǎn)入第二程序，產(chǎn)生夾緊輸出并開始計時，機械手夾緊，經(jīng) 3S 延時后。計 時器 T450 動作，轉(zhuǎn)入第三程序，產(chǎn)生上升輸出，機械手上升。當機械手上升。當機械手上升到頂碰到上限位開關(guān)時，輸入點 X402 接通，轉(zhuǎn)入第四程序，產(chǎn)生右移輸出，機械手右移。當機械手右移到位碰到右限位開關(guān)時，輸入點 X403 接通，轉(zhuǎn)入第五程序，當右工作臺無工件時，光電開關(guān)發(fā)出信號使輸入點 X405 接通，產(chǎn)生下降輸出，機械手下降。當機械手下降到底碰到下限位開關(guān) X401 時，轉(zhuǎn)入第六成程序，產(chǎn)生放松輸出并開始計時，機械手放松，經(jīng)過 2s 延時后，計時器 T451 動作，轉(zhuǎn)入第七程序，產(chǎn)生上升輸出，機械手上升到頂碰到上限位開關(guān) X402 時，轉(zhuǎn)入第八程序，產(chǎn)生左移輸出，機械手左移。當機械手左移到原點位碰到左限位開關(guān) X404時，又產(chǎn)生原點指示輸出，完成了一個周期的動作。這時，如果是單周期操作，則輔助繼電器 M200 斷開，機械手停止在原位，不在循環(huán)執(zhí)行程序。如果是連續(xù)操作，則輔助繼電器 M200 接通，又開始從第一程序往下執(zhí)行，然后不斷循環(huán)。 根據(jù)自動操作的流程圖，就可以設(shè)計自動操作的梯形圖如圖 38 所示。 機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 24 頁 共 36 頁 圖 38 自動操作梯形 圖 機械手畢業(yè)設(shè)計論文 第 25 頁 共 36 頁 梯形圖的控制原理： （ 1）連續(xù)及單周期操作 在連續(xù)及單周期操作方式下，單步輸入點 X410 斷開，輸入繼電器 X410常閉接點閉合，將位移寄存器的位移輸入直接接入輸入端。 當機械手處于原點時，壓下上限位開關(guān)和左限位開關(guān)，輸入點 X402 和X404 接通， Y435 接通，原點指示燈亮。 ① 按下起動按鈕， M120 接通并自保，移位器數(shù)據(jù)輸入端接通， M100置“ 1”， Y430 接通，下降電磁閥得電，機械手下降。 ② 下降到底碰到下限位開關(guān)時，輸入繼電器 X401 接通， Y430 斷開，下降停止，同時產(chǎn)生移位信號， 將 M100 的“ 1”態(tài)移到 M101。 M101 的常開接點將 Y431 接通，夾緊電磁閥的電，機械手夾緊工件， T450 開始計時。同時， M101 的常閉接點將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開，使 M100 置“ 0”。 ③ T450 延 3s 后，其常開接點閉合，產(chǎn)生移位信號，將 M102 置“ 1”，M101 置“ 0”。 M102 的常開接點將 Y432 接通，上升電磁閥得電，機械手上升。同時， M102 的常閉接點將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。 ④ 上升到頂碰到上限位開關(guān)時，輸入繼電器 X402 接通， Y432 斷開，上升停止，同時產(chǎn)生移位信號，將 M103 置“ 1”， M102 置“ 0”， M103 的常開接點將 Y433 接通，右移電磁閥得電，機械手右移。同時， M103 的常