【文章內容簡介】 特點進行分揀；機械手則迅速返回，等待下一輪分揀抓取。 整個系統(tǒng)的 工作流程如圖 所示，工藝流程如下所示 。 （ 1）按啟動按扭后，啟動送料電機驅動放料盤旋轉，物料由送料槽滑到物料提升位置，物料檢測光電傳感器開始檢測； （ 2）如果送料電機運行一定時間后，并且 物料檢測光電傳感器仍未檢測到物料，則說明送料機構已經無物料，這時要停機并報警； （ 3）當物料檢測光電傳感 器檢測到有物料，將發(fā)出信號，上料單向電磁閥驅動上料，機械手臂 下降 ， 手爪抓 緊 物 體 ，然后 手臂 手爪 上升到上限位 ，手臂向右旋轉到右限位，手臂下降 至下限位，手爪放松物體， 將物料放到傳送帶上； （ 4）傳送帶輸送物料，傳感器則根據物料性質（金屬和非金屬），分別控制相 應電磁閥使氣缸動作，對物料進行分揀； （ 5）最后機械手返回原位重新開始下一個流程。 無 物 料 報 警 停 機送 料 機 構物 料 光 電 檢 測有 物 料 驅 動 機 械 手機 械 手 抓 料機 械 手 臂 旋 轉機 械 手 放 料傳 送 和 分 揀 機 構開 始 圖 機械手自動分揀裝置工作流程 武漢工程大學 畢業(yè)設計 10 為了滿足生產要求，機械手需要設置 手動工作方式和自動工作方式，而自動工作方式又分為單步、單周期和連續(xù)工作方式。 （ 1）手動工作方式 利用按鈕對機械手每一步動作進行控制。例如，按下“下降”按鈕，機械手下降；按下“上升”按鈕，機械手上升。手動操作可用于調整工作位置和緊急停車后機械手返回原點。 （ 2）單步工作方式 每按一次操作按鈕，機 械手就完成一個工作步。例如，按一次啟動按鈕機械手就開始下降，下到左工位壓動下限位開關自停，欲使之運行下一個工作步，必須再按一次啟動按鈕等。 （ 3）單周期工作方式 機械手在原位壓左限位開關和上限位開關。按一次啟動按鈕機械手開始下降，下降到左工位壓動下限位開關后自停；接著機械手夾緊物料后開始上升，上升到原位壓動上限位開關后自停；接著機械手開始右行直至壓動右限位開關后自停；接著機械手下降，下降到右工位壓動下限位開關（兩個工位用一個下限位開關）后自停；接著機械手放松物料后開始上升直至壓動上限位開關后自停（兩個工位 用一個下限位開關）；接著機械手開始左行直至壓動左限位開關后自停。至此一個周期的結束，再按一次啟動按鈕則開始下一個周期的運行。 （ 4）連續(xù)工作方式 啟動后機械手反復運行單周期方式中的動作過程，即周期性連續(xù)運行。 系統(tǒng)的總體方案 根據系統(tǒng)的控制要求， 該 PLC 系統(tǒng)的硬件部分主要是輸入接口端與輸出接口端的信號地址選擇。其 輸入接口端有運行方式選擇開關信號、限位開關信號、檢測信號和內指令信號，這些信號將通過輸入接口電路在掃描周期存入映像寄存器，以供 PLC 內部的程序執(zhí)行，執(zhí)行后的輸出信號存在另一映像寄存器，將 通過輸出接口輸出，在輸出接口端主要是電機驅動線圈、指示燈信號、推桿驅動線圈和電磁閥線圈。其基本結構圖如圖 。 輸入接口 PLC 輸出接口 圖 系統(tǒng)的基本結構圖 內指令信號 電機驅動線圈 限位開關 信號 檢測信號 指示燈信號 推桿驅動線圈 電磁閥線圈 運行方式選 擇開關 信號 武漢工程大學 畢業(yè)設計 11 該系統(tǒng)可以采用不同的 PLC 型號，例如西門子，三菱，歐姆龍等，綜合考慮價格以及系統(tǒng)規(guī)模因素，選用歐姆龍系列的 PLC 更加合理一些。根據系統(tǒng)的工作流程，可以將系統(tǒng)的 軟件部分采用順序控制方式來實現，順序控制方式既可以采用步控制指令，也可以采用移位寄存器來實現。如果采用步控制指令實現功能，程序清晰明了，分 布明顯，但程序較長；如果采用移位寄存器實現功能，程序較為復雜，但 程序比較簡明，而且系統(tǒng)的循環(huán)過程更好一些。綜合上述兩種情況，本次設計選擇移位寄存器來實現順序控制過程。 PLC 選型及 I/O 地址分配 （ 1） 輸入信號 啟動按鈕和停止按鈕需要兩個輸入端子； 物料盤 和傳送帶物料檢測信號：用光電開關作檢測元件，需要兩個輸入端子； 手指抓緊檢測信號：同樣用光電開關檢測元件，需要一個輸入端子； 物料臺限位開關：上升和下降，需要兩個輸入端子； 機械手臂限位開關：上升，下降，左旋和右旋，需要四個輸入端子； 機械手工作方 式 選擇開關：有手動、單步、單周期和連續(xù) 四 種工作方式，需要 四個輸入端子； 機械手手動方式動作選擇開關：有上升 /下降，左旋 /右旋，抓緊和放松三個，需要三個輸入端子； 金屬和非金屬檢測信號：用電感傳感器和電容傳感器分別作檢測元件，需要兩個輸入端子。 以上共需要 20 個輸入信號。 （ 2）輸出信號 PLC 的輸出用于控制機械手的下降、上升、右旋、左旋 、 抓 /放， 共需要 5 個輸出點； 物料盤驅動電機、上料單向電磁驅動和傳送帶驅動電機，共需要三個輸出點； 送料指示、 機械手 指抓緊和放松指示，共 需要 三個輸出點； 分揀金屬和非金屬的 推桿驅動，需要兩個輸出點。 以上共需要有 13 個輸出點。 由于 該系統(tǒng)的控制屬于開關量控制，在功能上未提出特殊要求， 因此任何型號的小型 PLC 均可滿足要求。根據所需的 I/O 總點數并留有一定的備用量，可選用 歐姆龍系列的 40 點型 CPM1A 型， 其輸入 有 24 點， 輸出有 16 點。 PLC 的輸入輸出端子分配表， 如表 31 所示。 其外部接線圖見附錄一。 武漢工程大學 畢業(yè)設計 12 表 31 PLC 輸入輸出分配表 輸 入 輸 出 啟動按鈕 SB0 00000 物料盤驅動電機接觸器 KM1 20200 停止按鈕 SB1 00001 上料單向電磁閥驅 動線圈 KM3 20202 手指抓緊檢測開關 LS1 00002 送料指示燈 L 20203 手臂左旋限位開關 LS2 00003 手臂左旋電磁閥線圈 YV1 01000 手臂右旋限位開關 LS3 00004 手臂右旋電磁閥線圈 YV2 01001 手臂上升限位開關 LS4 00005 手臂上升電磁閥線圈 YV3 01002 手臂下降限位開關 LS5 00006 手臂下降電磁閥線圈 YV4 01003 物料盤光電開關 PS1 00007 手指抓 /放電磁閥線圈 YV5 01004 傳送帶光電開關 PS2 00008 傳送帶 驅動電機接觸器 KM2 20201 物料臺上升限位開關 LS6 00100 推桿 1（金屬）驅動線圈 KM4 20204 物料臺下降限位開關 LS7 00101 推桿 2（非金屬）驅動線圈 KM5 20205 電感傳感器 LS8 00102 夾緊指示燈 01005 電容傳感器 LS9 00103 放松指示燈 01006 單步方式 00104 單周期方式 00105 連續(xù)方式 00106 手動方式 00107 上升 /下降選擇 00009 左旋 /右旋選擇 00010 抓緊 /放松選擇 00011 PLC 控制系統(tǒng)的設計 送料機構 PLC 控制系統(tǒng)的設計 機械手自動分揀裝置的第一部分是送料機構，它是負責所有將所有的物料在放料轉盤的轉動下，逐個通過物料滑槽，等待提升氣缸從提升臺向上運送 。送料機構主要由放料轉盤，物料滑槽和提升臺三部分組成。 在物料下滑到指定位置處用光 電漫反射型傳感器 進行 物料檢測，主要 是 為 PLC 提供一個輸入信號。如果有物料在提升臺上，就會驅動提升氣缸提升物料；如果運行中，光電傳感器沒有檢測到物料并保持一定的時間后，讓系統(tǒng)停機然后報警 。 提升臺 采用的是上料氣缸進 行動作，而 上料氣缸使用的是單向電控氣閥。當電控氣閥得電，物料提升臺上升，當電控氣閥斷電，則物料提升臺下降。 在進行程序設計之前，先畫出 送料 的 控制 流程圖，如圖 所示。 送料機構的簡單程序梯形圖見附錄二。其功能分析如下。 （ 1）按下啟動按鈕 SB0，保持繼電器保持信號，驅動電機線圈 通電，轉盤旋轉，開始送料； 武漢工程大學 畢業(yè)設計 13 （ 2）當物料檢測開關檢測到有物料下滑到指定位置時，上料單向電磁閥驅動線圈 通電，氣缸動作； （ 3）當物料檢測開關沒有檢測到有物料下滑到指定位置 15s 后，轉盤停止旋轉，并將保持繼電器復位 ，系統(tǒng)停止運行； （ 4）用一個送料指示燈來顯示送料過程的運行，在正常運行時指示燈亮，正常停止時指示燈滅，故障運行時指示燈閃爍。 轉 盤 送 料檢 測 到 有 物 料 ？啟 動氣 缸 動 作有無保 持 器 保 持開 始 圖 送料的控制流程圖 機械手 PLC 控制系統(tǒng)的設計 機械手分揀裝置的搬運機構能完成三 個自由度動作，手臂 上升下降 、手臂 左右 旋轉、手爪緊松 。主要由兩個雙向電控氣閥和一個單向電控氣閥來控制手臂手指的動作。在進行程序設計之前，先畫出機械手的 控制 流程圖，如圖 。在流程圖中，能清楚地看到機械手每一步的動作內容及 步間的轉換關系。 根據流程圖，設計出應用程序的總體方案如圖 所示。把整個程序分成兩大塊，即手動和自動兩部分。當開關撥到手動方式時，輸入點 位 ON，其常開觸點接通，開始執(zhí)行手動程序；當選擇開關撥到單步、單周期或連續(xù)方式時，輸入點 斷開，其常閉觸點閉合，開始執(zhí)行自動程序。至于執(zhí)行自動方式的哪一種，則取決于方式選擇開關是在單步、單周期還是連續(xù)的位置上。 武漢工程大學 畢業(yè)設計 14 機 械 手 停 在 原 位下 降 到 位 ？ 夾 緊 物 料物 料 夾 緊 ？啟 動機 械 手 下 降上 升 到 位 ？機 械 手 上 升右 位 物 料 檢 測松 開 物 料機 械 手 左 旋機 械 手 上 升機 械 手 下 降機 械 手 右 旋右 旋 到 位 ？左 旋 到 位 ？上 升 到 位 ？物 料 松 開 ？下 降 到 位 ？ 右 位 有 物 料 ？有無否是否是否是否是否否否否是是是是 圖 機械手的自動運行 控制 流程圖 圖 程序的總體方案 根 據要求設計的手動控制程序的梯形圖見附錄三，此時工作方式選擇開關是撥在手動位置上的，對其功能有如下分析。 自 動程序 手 動程序 武漢工程大學 畢業(yè)設計 15 （ 1）上升 /下降的控制（工作方式選擇開關撥在手動位） 手動控制機械手的升 /降、左 /右旋、物料的夾緊 /放松操作，是通過方式開關、啟動和停止按鈕的配合來完成的。 欲進行機械手上升 /下降操作時，要把動作選擇開關撥在升 /降位。使 接通。 下降操作：按下啟動按鈕時，輸入點 接通，則 （下降電磁閥線圈）接通使機械手下將，松開按鈕則機械手停。當按住啟動按鈕不放時，機械手下降到位壓動下限位開關 時自停。 上升操作：按下停止按鈕時輸入點 接通，則 （上升電磁閥線圈）接通使機械手上升，松開按鈕時機械手停。當按住停止按鈕不放時，機械手上升到位壓動上限位開關 后自停。 （ 2）夾緊 /放松控制（工作方式選擇開關撥在手動位） 只有機械手停在左或右工作位且下限位開關 受壓（其常開觸點接通）時，夾緊 /放松操作才能進行。要把動作選擇開關撥在夾緊 /放松位，使其輸入點 接通。 若機械手停在左工作位且此時有物料時，當按住啟動按鈕時有如下動作：其一， 被置位，機械手開始夾緊物料；其二， 位 ON，夾緊動作指示燈亮，表示正在進行夾緊的動作；其三， TIM003 開始夾緊定時。當定時時間到且夾緊動作指示燈滅時，方可松開按鈕。此時 仍保持接通狀態(tài)， TIM003 被復位。 若機械手停在右工作位且夾有物料時，當按住停止按鈕時有如下動作：其一， 被復位，機械手開始放松物料；其二， 位 ON 使放松動作指示燈亮，表示正在進行放松的動作；其三， TIM004 開始放松定時。當定時時間到且放松動作指示燈滅時，方可松開按鈕。此時 仍保持斷開狀態(tài)， TIM004 被復位。 （ 3）左旋 /右旋控制（工作方式選擇開關撥在手動位） 把動作選擇開關撥到左旋 /右旋位，使輸入點 接通。 右旋的操作：按住啟動按鈕 ,（右旋電磁閥線圈）得電使機械手右旋，松開按鈕則機械手停。當按住啟動按鈕不動時，機械手右旋，右旋到位壓動右限位開關 時自停。 左旋的操作：按住停止按鈕 ,（左旋電磁閥線圈）得電使機械手左旋，松開按鈕則機械手停。當按住停止按鈕不動時，機械手左旋，左旋到位壓動左限位開關 時自停。 根據要求設計的自動控制程序的梯形圖見附錄四，對其功能有如 下分析。 （ 1）連續(xù)運行方式的控制（工作方式選擇開關撥到連續(xù)位上） 連續(xù)運行方式的啟動須從原位開始。如果機械手沒在原位，要用手動操作讓機械手返回原位才可以運行。 方式選擇開關撥在連續(xù)位且輸入點 接通，使 置位，且使 SFT 得移位脈沖輸入端接通。 移位寄存通道 201 是由停止按鈕 進行復位的。 由于機械手在原位，上限位開關和左限位開關受壓，常開觸點 和 都閉合，武漢工程大學 畢業(yè)設計 16