【文章內容簡介】 的改變，操作者可以正確的確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)設計論文 第 12 頁 共 36 頁 3 機械手 PLC 控制的設計 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 根據工藝過程分析控制要求 機械手的全部動作有汽缸驅動，而汽缸又由相應的電磁閥控制。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（即左限位開關和上限位開關合上），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，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，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。若此時右工作臺上無工作，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，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 /輸出設備及 I/O 點數 1. 輸入設備 用以生產輸入控制信號。 本設計中應包括： 操作方式轉換開關：該開關應有手動、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：該開關應有上 /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來檢測。 無工件檢測元件：右工作臺上無工件用光電開關來檢測。 各限位開關及光電開關的配置如圖 32 所示。 2. 輸出設備 — 由 PLC 的輸出信號驅動的執(zhí)行元件。 本設計中應包括下降電磁閥、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。 各輸出設備的配置如圖 32 所示。 根據所確定的用戶輸入設備及輸出設備，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)設計論文 第 17 頁 共 36 頁 圖 34 I/O 連接圖 機械手畢業(yè)設計論文 第 18 頁 共 36 頁 PLC 的選擇 該機械手的控制為純開關量控制，且所要的 I/O 點數不多，因此選擇一般小型抵擋機即可。 該控制系統(tǒng)要實現的是步進 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，則實現步進控制就更加方便了。 由于所要的 I/O 點數為 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。根據資料的機型，可選擇： 1） ACMYS256 可選用 32 點主機（ I/O 點數為 16/16）或 40 點主機（ I/O 點數為 24/16）。 2） GEI/J（ SR10）其主機 I/O 點數為 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，因此應根據所選擇的機型，對PLC 的 I/O 點分配編號。如圖 14 所示的編號。 PLC 程序設計 為了便于編程 ,先繪制出整個控制程序的結構框圖 ,如圖 35 所示。 機械手畢業(yè)設計論文 第 19 頁 共 36 頁 圖 35 總結構程序框圖 在該結構框圖中，當操作方式選擇開關置于“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。 當操作選擇開關置于“單步”、“單周期”、“連續(xù)”時，其對應的輸入點 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)設計論文 第 20 頁 共 36 頁 在執(zhí)行自動操作時，如選擇開關置于“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，其控制程序可以獨立于自動操作程序而另行設計。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 /右移動的電路中設置上限聯鎖保護。 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，但更方便的是用步進指令和鼓形控制來實現。 F140M 具有位移寄存器和步進指令的功能，本設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換，箭頭線上的小橫線用以表示轉換的條件。 機械手畢業(yè)設計論文 第 23 頁 共 36 頁 當機械手處于原點時，壓下上限位開關和左限開關，輸入點 X402 和 X404接通，產生原點指示輸出。 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時， 輸入點 X401 接通，轉入第二程序，產生夾緊輸出并開始計時，機械手夾緊，經 3S 延時后。計時器 T450 動作，轉入第三程序，產生上升輸出，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時，輸入點 X402 接通，轉入第四程序，產生右移輸出，機械手右移。當機械手右移到位碰到右限位開關時，輸入點 X403 接通，轉入第五程序，當右工作臺無工件時，光電開關發(fā)出信號使輸入點 X405 接通，產生下降輸出，機械手下降。當機械手下降到底碰到下限位開關 X401 時，轉入第六成程序，產生放松輸出并開始計時，機械手放松，經過 2s 延時后，計時器 T451 動作，轉入第七程序，產生上升輸出，機械手上升到頂碰到上限位開關 X402 時，轉入第八程序，產生左移輸出，機械手左移。當機械手左移到原點位碰 到左限位開關 X404時，又產生原點指示輸出，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)。 根據自動操作的流程圖，就可以設計自動操作的梯形圖如圖 38 所示。 機械手畢業(yè)設計論文 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，壓下上限位開關和左限位開關，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，移位器數據輸入端接通， 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時，輸入繼電器 X401 接通， Y430 斷開，下降停止，同時產生移位信號，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據輸入端斷開，使 M100 置“ 0”。 ③ T450 延 3s 后，其常開接點閉合，產生移位信號，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據輸入端斷開。 ④ 上升到頂碰到上限位開關時，輸入繼電器 X402 接通， Y432 斷開，上升停止，同時產生移位信號，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