【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 所以本課題機(jī)械手控制系統(tǒng)的 PLC 選用西門(mén)子 S7200 類(lèi)型 [7]。 PLC 的 選型 西門(mén)子 226 CPU 集成 24 輸入 /16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn) [8]。 它有 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 ， 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器 ， 2 個(gè) RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能 [9]?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 再 考慮冗余的設(shè)計(jì)要求 ， I/O 點(diǎn)需要10%的冗余量。 通過(guò) 對(duì) 系統(tǒng)的分析，本課題的機(jī)械手控制共有 18 輸入點(diǎn)， 6 個(gè)輸出點(diǎn)。根據(jù) PLC 選型 I/O 點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量要有一定的冗余 量 以及通信能力較強(qiáng)的要求，本課 題控制主機(jī) 類(lèi)型 選擇德國(guó)西門(mén)子公司的 S7200 CPU226[10]。 由以上描述可知， CPU226 的 I/O 點(diǎn)充足 并且還有冗余， 最大負(fù)載電流為1000mA 以及其它功能均能滿足本文控制系統(tǒng)需要，故 該控制 系統(tǒng)不必添加擴(kuò)展模塊。 PLC 在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 8 輸入 /輸出端子地址分配 機(jī)械手 控制系統(tǒng)共用 了 18 個(gè)輸入量， 6 個(gè)輸出量。 其 I/O 具體分配如表 31所 列 [11]。 表 31 輸入 /輸出地址分配表 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 端子編號(hào) 作 用 端子編號(hào) 作 用 自動(dòng)方式下啟動(dòng) 電磁閥下降線圈 下限位開(kāi)關(guān) 電磁閥上升線圈 上限位開(kāi)關(guān) 夾緊電磁閥線圈 右限位開(kāi)關(guān) 電磁閥右移線圈 左限位開(kāi)關(guān) 電磁閥左移線圈 工件檢測(cè)開(kāi)關(guān) 機(jī)械手原點(diǎn)指示 自動(dòng)方式下停止 手動(dòng) /自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān) 自動(dòng)方式下步進(jìn)操作 自動(dòng)方式單周期操作 自動(dòng)方式下連續(xù)操作 手動(dòng)上升操作 手動(dòng)下降操作 手動(dòng)右移操作 手動(dòng)左移操作 手動(dòng)夾緊操作 手動(dòng)放松操作 急停按鈕 注：急停按鈕選用手動(dòng)復(fù)位按鈕，即按一下按鈕不會(huì)彈起。 控制系統(tǒng)的電氣原理圖 如圖 31 所示為 機(jī)械手控制系統(tǒng)的輸入 /輸出電氣原理圖 。 由表 31 分析可以得出， 該系統(tǒng)共有 18 輸入 /6 輸出。 結(jié)合著圖 23 控制盤(pán)面板布置圖和該圖一起使用，先選定工作方式即自動(dòng)或手動(dòng)。自動(dòng)工作方式下啟動(dòng)后，再設(shè)置相應(yīng)運(yùn)行PLC 在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 9 模式即自動(dòng)方式下步進(jìn)操作、自動(dòng)方式下單周期操作或自動(dòng)方式下連續(xù)操作。手動(dòng)工作方式下啟動(dòng)后，只需要操作面板上相應(yīng)動(dòng)作的按鈕即可實(shí)現(xiàn)所需的機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程。另外， 為了保證在緊急情況下 能及時(shí)停車(chē)，本文設(shè)置了一個(gè)急停按鈕 。當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，按下急停按鈕，切斷了各個(gè)動(dòng)作的控制線圈回路，而此時(shí) PLC 仍能正常工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的可靠控制。當(dāng)緊急情況解除后，再按一下 急停按鈕，線圈通電，系統(tǒng)恢復(fù)正常。 1 . 31 . 42 4 V D C1 M0 . 10 . 20 . 70 . 60 . 50 . 41 . 11 . 21 . 51 . 61 . 72 . 00 . 00 . 3P L CC P U 2 2 6A C / D C/ 繼 電 器0 . 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 71 . 02 2 0 V A C 電 源1 . 02 MML +1 LN。.自 動(dòng) 啟 動(dòng) 開(kāi) 關(guān)下 限 位 開(kāi) 關(guān)上 限 位 開(kāi) 關(guān)右 限 位 開(kāi) 關(guān)左 限 位 開(kāi) 關(guān)工 件 檢 測(cè) 開(kāi) 關(guān)手 動(dòng) / 自 動(dòng) 選 擇 開(kāi) 關(guān)自 動(dòng) 方 式 下 步進(jìn) / 單 周 期 / 連續(xù) 選 擇 開(kāi) 關(guān)自 動(dòng) 停 止 開(kāi) 關(guān)手 動(dòng) 右 移 操 作手 動(dòng) 上 升 操 作手 動(dòng) 下 降 操 作手 動(dòng) 左 移 操 作手 動(dòng) 夾 緊 操 作手 動(dòng) 放 松 操 作電 磁 閥 下 降 線 圈電 磁 閥 上 升 線 圈加 緊 電 磁 閥 線 圈電 磁 閥 右 移 線 圈電 磁 閥 左 移 線 圈機(jī) 械 手 原 點(diǎn) 指 示2 . 1急 停 按 鈕 圖 31 控制系統(tǒng)輸入 /輸出電氣原理圖 PLC 在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 10 4 機(jī)械手控制系統(tǒng)的 PLC控制的 軟件 設(shè)計(jì) PLC 程序設(shè)計(jì)思想 根據(jù)控制過(guò)程要求的復(fù)雜程度不同，可將 程序按結(jié)構(gòu)形式分為基本程序和模塊化程序。 基本程序：既可以作為獨(dú)立程序控制簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝過(guò)程，也可以作為組合中的單元程序。依據(jù)計(jì)算機(jī)程序的設(shè)計(jì)思想，基本程序的機(jī)構(gòu)方式只有三種，即順序結(jié)構(gòu)、條件分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)機(jī)構(gòu)。 模塊化程序：把一個(gè)總的控制目標(biāo)程序分成多個(gè)具有明確控制任務(wù)的程序模塊，分別 對(duì)其 編寫(xiě)和調(diào)試，最后組合成一個(gè)完成總?cè)蝿?wù)的完整程序。這種設(shè)計(jì)方法叫做模塊化程序設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)時(shí)常采用這種設(shè)計(jì)思想，因?yàn)楦髂K具有相對(duì)獨(dú)立性，相互連接關(guān)系簡(jiǎn)單，程序易于調(diào)試修改，特別是用于復(fù)雜控制要求的生產(chǎn)過(guò)程。 根據(jù) 第二章機(jī)械手控制系統(tǒng)的 分析可知， 在每一種工作方式下 機(jī)械手的動(dòng)作是按照 原點(diǎn) 174。 下降 174。 夾緊 174。 上升 174。 右移 174。 下降 174。 放松 174。 上升 174。 左移 174。 原點(diǎn)這一過(guò)程 來(lái)完成的 ，系統(tǒng)通過(guò)相應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)來(lái)判斷是否完成相應(yīng)的動(dòng)作，完全是按照動(dòng)作先后順序來(lái)控制機(jī)械手 。 因此，每種工作方式下 機(jī)械手的動(dòng)作選用順序機(jī)構(gòu)控制。將各個(gè)工作方式下的控制動(dòng)作 模塊組合在一塊就能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制功能。 由此可知， 該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用 了 基本程序中的順序結(jié)構(gòu) 和模塊化程序來(lái)編寫(xiě)系統(tǒng)軟件。這樣設(shè)計(jì)系統(tǒng)能較簡(jiǎn)便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。 系統(tǒng)的程序流程圖 系統(tǒng)流程圖是 PLC 程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。只有設(shè)計(jì)出系統(tǒng)流程圖，才可能順利而便捷地寫(xiě)出梯形圖或?qū)懗稣Z(yǔ)句表，最終完成程序的設(shè)計(jì)。所以寫(xiě)出系統(tǒng)流程圖是非常關(guān)鍵也是程序設(shè)計(jì)首先要做的任務(wù)。 根據(jù)機(jī)械手順序動(dòng)作的過(guò)程， 設(shè)計(jì) 出機(jī)械手動(dòng)作的流程圖，如圖 41 所示。 軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)要求將系統(tǒng)流程圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，這是 PLC 應(yīng)PLC 在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 11 用最關(guān)鍵的問(wèn)題。程序的編寫(xiě)是軟件設(shè)計(jì)的具體表現(xiàn)，簡(jiǎn)單合理的程序能使系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行，而且便于系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。 一個(gè)良好的軟件設(shè)計(jì)是軟件設(shè)計(jì)者控制程序的深刻理解和把握，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)者豐富的軟件設(shè)計(jì)技巧和方法。 在 控 制工程的應(yīng)用中，良好的軟件設(shè)計(jì) 更 方便 工程技術(shù)人員理解 、 掌握、調(diào)試系統(tǒng)與日常系統(tǒng)維護(hù)。 開(kāi) 始下 降 到 位 ？機(jī) 械 手 下 降夾 緊 工 件機(jī) 械 手 上 升機(jī) 械 手 右 移機(jī) 械 手 下 降右 工 作 臺(tái) 工 件 檢 測(cè)松 開(kāi) 工 件機(jī) 械 手 上 升機(jī) 械 手 停 在 原 點(diǎn)機(jī) 械 手 左 移工 件 夾 緊 ？上 升 到 位 ？右 位 有 工 件 ？下 降 到 位 ？右 移 到 位 ？循 環(huán) 操 作 ？左 移 到 位 ？工 件 松 開(kāi) ？上 升 到 位 ？結(jié) 束NYNNNNNNNNNYYYYYYYYY 圖 41 機(jī)械手動(dòng)作的流程圖 PLC 在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 12 機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件的整體設(shè)計(jì) (1) 機(jī)械手控制系統(tǒng)主程序 機(jī)械手控制系統(tǒng)主程序主要有 4 個(gè)子程序組成，即自動(dòng)方式步進(jìn)控制子程序、自動(dòng)方式單周期控制子程序、自動(dòng)方式連續(xù)控制子程序、手動(dòng)控制子程序。如圖42 所示。 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng) /手動(dòng)方式的切換，本課題中設(shè)置了一個(gè) ，不 對(duì)其動(dòng)作時(shí)為手動(dòng)操作，按下時(shí)為自動(dòng)操作。 手動(dòng)操作的控制見(jiàn) （ 5）手動(dòng)操作控制子程序的分析。自動(dòng)方式下操作是通過(guò)按鈕 、 、 分別選擇步進(jìn)控制、單周期控制、連續(xù)控制。在主程序中還分別設(shè)計(jì)了上升、下降、夾緊、左移、右移的線圈，它們分別由子程序中相應(yīng)動(dòng)作的中間繼 電器來(lái)控制。只要這些繼電器中一個(gè)有信號(hào)都能使相應(yīng)的線圈帶電，進(jìn)而使機(jī)械手執(zhí)行對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。例如，控制機(jī)械手下降操作的中間繼電器有 、 、 、 、 、 、 只要其中一個(gè)有輸入信號(hào)，都會(huì)使控制下降操作 的 線圈 帶點(diǎn)，使得對(duì)應(yīng)的電機(jī)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)完成機(jī)械手的下降動(dòng)作。 另外， 為了保證在緊急情況下 能及時(shí)停車(chē)，在主程序各個(gè)控制動(dòng)作的線圈處設(shè)置了一個(gè)急停按鈕 ，此按鈕為手動(dòng)復(fù)位常閉按鈕。當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，按下急停按鈕，切斷了各個(gè)動(dòng)作的控制線圈回路，而此時(shí) PLC 仍能正常工作 ，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的可靠控制。當(dāng)緊急情況解除后，再按一下急停按鈕復(fù)位，線圈又通電，系統(tǒng)恢復(fù)正常。 (2) 自動(dòng)方式下步進(jìn)控制子程序 當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)撥到步進(jìn)控制位置時(shí)，進(jìn)入步進(jìn)控制子程序，完成機(jī)械手一步一步地動(dòng)作。輸入端 為每一步的啟動(dòng)，由啟動(dòng)操作按鈕來(lái)完成， 為每一步的停止，由停止按鈕來(lái)完成。例如 按下 ， 置位上電，會(huì)使主程序中的線圈 帶電進(jìn)而使控制機(jī)械手下降操作的電機(jī)工作完成下降動(dòng)作；按下 時(shí)會(huì)使 復(fù)位失電，機(jī)械手停止下降。然后進(jìn)入夾緊動(dòng)作的操作，其分析同下降操作。程序完全是按照 原點(diǎn) 174。 下降 174。 夾緊 174。 上升 174。 右移 174。 下降 174。 放松 174。上升 174。 左移 174。 原點(diǎn)這一過(guò)程 來(lái)編寫(xiě)。 自動(dòng)方式下步進(jìn) 控制子程序如圖 43所示。 PLC 在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 13 ( )( S )1S B R 0E NS B R 1E NS B R 2E NS B R 3E N( )( )( )( )( )( R )1( R )5 0( R )5 0M 0 . 0S M 0 . 1I 0 . 7I 0 . 7I 1 . 0I 1 . 1I 1 . 2I 1 . 2Q O . 5M 5 . 0M 5 . 0I 0 . 0I 0 . 6S 0 . 0Q 0 . 0M 2 . 0M 1 . 1M 3 . 4M 1 . 0M 3 . 0M 2 . 4M 4 . 0M 4 . 4I 0 . 7I 0 . 7I 0 . 7M 2 . 2M 2 . 5M 3 . 2M 3 . 5M 4 . 2Q 0 . 1M 4 . 5M 1 . 3 Q 0 . 4M 2 . 6M 4 . 6M 3 . 6M 4 . 3M 2 . 3M 1 . 2M 3 . 3M 1 . 4M 2 .