【導(dǎo)讀】機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作，如。搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。應(yīng)用PLC控制機(jī)械手實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序。動(dòng)作，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。為使機(jī)械手動(dòng)作準(zhǔn)確，在機(jī)。左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、上升、下降動(dòng)作的限位，并發(fā)出動(dòng)作到位的輸入信號(hào)。傳送帶A上裝有光電。開關(guān)SP，用于檢測(cè)傳送帶A上物品是否到位。機(jī)械手的起、停由圖中的起動(dòng)按鈕SB1、停。傳送帶A、B由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。機(jī)械手的上、下、左、右、抓緊、放松等動(dòng)作由液壓驅(qū)動(dòng)，并分別由六個(gè)電磁閥來控制。PLC的定義有許多種。國際電工委員會(huì)對(duì)PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字。步的熟悉它的工作情況，再根據(jù)PLC知識(shí)編寫機(jī)械手工作的程序?，F(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。

　　

【正文】 如上圖所示為機(jī)械手系統(tǒng)的 PLC 梯形圖程序的總體結(jié)構(gòu)，將程序分為公用程序、自動(dòng)程序、手動(dòng)程序和回原位程序四個(gè)部分，其中自動(dòng)程序包括單步、單周期和連續(xù)工作的程序，這是因?yàn)樗鼈兊墓ぷ鞫际前凑胀瑯拥捻樞蜻M(jìn)行，所以將它們合在一起編程更加簡單。梯形圖中使用跳轉(zhuǎn)指令使得自動(dòng)程序、手動(dòng)程 序和回原位程序不會(huì)同時(shí)執(zhí)行。假設(shè)選擇“手動(dòng)”方式，則 X0 為 ON、 X1 為 OFF，此時(shí) PLC 執(zhí)行完公用程序后，將跳過自動(dòng)程序到 P0 處，由于X0 常閉觸點(diǎn)為斷開，故執(zhí)行“手動(dòng)程序”，執(zhí)行到 P1 處，由于 X1 常閉觸點(diǎn)為閉合，所以又跳過回原位程序到 P2處；假設(shè)選擇分“回原位”方式，則 X0 為 OFF、 X1 為 ON，跳過自動(dòng)程序和手動(dòng)程序執(zhí)行回原位程序；假設(shè)選擇“單步”或“單周期”或“連續(xù)”方式，則X0、 X1 均為 OFF，此時(shí)執(zhí)行完自動(dòng)程序后，跳過手動(dòng)程序和回原位程序 PLC 選型及其 I/O 點(diǎn)編號(hào)分配 PLC 的選型 由于機(jī)械手系統(tǒng)的輸入 /輸出接點(diǎn)少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計(jì)算機(jī)對(duì) PLC 進(jìn)行監(jiān)控和管理，故選用日本 OMRON（立石）公司生產(chǎn)的多功能小型 C20P 主機(jī)。該機(jī)輸入點(diǎn)為 12，輸出點(diǎn)為 8。內(nèi)部主要有： 136 個(gè)輔助繼電器、 16 個(gè)特殊功能繼電器、 160 個(gè)保持繼電器、 8 個(gè)暫存繼電器、 48 個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器、 64 個(gè) 16 位數(shù)據(jù)存貯器。 I/O 點(diǎn)編號(hào)分配 根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作流程圖，可以確定電氣控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)分配，如 下表 所示。 機(jī)械手控制 I/O 分配表 根據(jù)圖 3 流程圖和表 1 的 I/O 分配表，可以編制出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖 4 所示。 機(jī)械手狀態(tài)轉(zhuǎn) 移圖 編程及程序運(yùn)行 用步進(jìn)指令編程 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，編制的步進(jìn)梯形圖程序 如下圖所示 圖中， “全部輸出禁止 ”部分的作用是在停止時(shí)禁止全部輸出，使機(jī)械手停止在現(xiàn)行的工步上；重新起動(dòng)時(shí)又能從停止前的工步繼續(xù)動(dòng)作。 在 狀態(tài)由 HR010 轉(zhuǎn)移至 HR000 的 條件中 ，增加 了保持 繼電器 的常閉 觸點(diǎn)， 其 作 用 是 ： 當(dāng) 機(jī) 械 手 工 作 在 某 一 中 間 工 步 時(shí) ， 若PLC 斷電或停止運(yùn)行，機(jī)械手停止在中間工步上。 PLC 復(fù)電或重新投入運(yùn)行后，由于保持繼電器 HR 具有狀態(tài)斷電保護(hù)的功能，因此在重新起動(dòng)時(shí)，中有某一個(gè)是斷開的，使得 HR000 不能置位，機(jī)械手只能從停止前被置位的保持繼電 器的后續(xù)工步繼續(xù)動(dòng)作。 軟件流程圖 流程圖是 PLC 程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。只有設(shè)計(jì)出流程圖，才可能順利而便捷地編寫出梯形圖并寫出語句表，最終完成程序的設(shè)計(jì)。所以寫出流程圖非常關(guān)鍵也是程序設(shè)計(jì)首先要做的任務(wù)。依據(jù)四軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手的控制要求，繪制流程圖如圖 2 所示。 各部分程序的設(shè)計(jì) （ 1）公用程序 公用程序 公用程序如上圖所示，左限位開關(guān) X1上限位開關(guān) X10 的常開觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開的Y4 的常開觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時(shí)，輔助繼電器 M0 變?yōu)?ON，表示機(jī)械手在原位。公用程序用于自動(dòng)程序和手動(dòng)程序相互切換的處理，當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方 式時(shí)，必須將除初始步以外的各步對(duì)應(yīng)的輔助繼電器（ M11M18）復(fù)位，同時(shí)將表示連續(xù)工作狀態(tài)的 M1 復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后又返回自動(dòng)工作方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況，引起錯(cuò)誤的動(dòng)作 .當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài)（ M0 為 ON），在開始執(zhí)行用戶程序（ M8002 為 ON）、系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)或回原點(diǎn)狀態(tài)（ X0 或 X1 為 ON）時(shí)，初始步對(duì)應(yīng)的 M1O 將被置位，為進(jìn)入單步、單同期和連續(xù)工作方式作好準(zhǔn)備。如果此時(shí)M0 為 OFF 狀態(tài)， M1O 將被復(fù)位，初始步為不活動(dòng)步，系統(tǒng)不能在單步、單周期和連 續(xù)工作方式下工作。 （ 2）手動(dòng)程序 手動(dòng)程序如上圖所示，手動(dòng)工作時(shí)用 X14～ X21 對(duì)應(yīng)的 6 個(gè)按鈕控制機(jī)械手的上升、下降、左行、右行、松開和夾緊。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在手動(dòng)程序中設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖，例如上升與下降之間、左行與右行之間的互鎖；上升、下降、左行、右行的限位；上限位開關(guān) X10 的常開觸點(diǎn)與控制左、右行的 .Y2 和 Y3 的線圈串聯(lián)，使得機(jī)械手升到最高位置才能左右移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)與別的物體碰撞。 （ 3）自動(dòng)程序 自動(dòng)程序的功能表圖 如上圖所示為機(jī)械手系統(tǒng)自 動(dòng)程序的功能表圖。使用通用指令的編程方式設(shè)計(jì)出的自動(dòng)程序如下圖所示，也可采用其它編程方式編程，在此不再贅述系統(tǒng)工作在連續(xù)、單周期（非單步）工作方式時(shí)， X2 的常閉觸點(diǎn)接通，使 M2（轉(zhuǎn)換允許） ON，串聯(lián)在各步電路中的 M2 的常開觸點(diǎn)接通，允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。 假設(shè)選擇的是單周期工作方式，此時(shí) X3 為 ON， X1 和 X2 的常閉觸點(diǎn)閉合， M2 為ON，允許轉(zhuǎn)換。在初始步時(shí)按下起動(dòng)按鈕 X5，在 M11 的電路中， M1O、 X M2 的常開觸點(diǎn)和 X12 的常閉觸點(diǎn)均接通，使 M11 為 ON，系統(tǒng)進(jìn)入下降步， Y1 為 ON，機(jī)械手下降 ；機(jī)械手碰到下限位開關(guān) X11 時(shí)， M12 變?yōu)?ON，轉(zhuǎn)換到夾緊步， Y4 被復(fù)位，工件被夾緊；同時(shí) TO得電， 2s 以后 TO 的定時(shí)時(shí)間到，其常開觸點(diǎn)接通，使系統(tǒng)進(jìn)入上升步。系統(tǒng)將這樣一步一步地往下工作，當(dāng)機(jī)械手在步 M18 返回最左邊時(shí)， X4 為 ON，因?yàn)榇藭r(shí)不是連續(xù)工作方式， M1 處于 OFF 狀態(tài)。 自動(dòng)程序 程序運(yùn)行 按下起動(dòng)按鈕 SB1，輸入點(diǎn) 0000 為 ON,則作為互鎖條件的輔助繼電器 1000 為ON，互鎖指令 IL 接通， IL 與 ILC 之間的線圈正常工作， “全部輸出禁止 ”解除。若 (抓圖 1)常閉觸點(diǎn)都為 ON，保持繼電器 HR000 接通，輸出點(diǎn) 0503 使上升電磁閥得電，手臂上升。當(dāng)手臂上升到位時(shí)，上升限位開關(guān)使輸入點(diǎn) 0005 閉合，保持繼電器 HR001 接通， HR000 復(fù)位，輸出點(diǎn) 0501 使左轉(zhuǎn)電磁閥得電，手臂左轉(zhuǎn)。 ......以后每當(dāng)一步動(dòng)作到位，限位條件滿足時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移，進(jìn)行下一工步動(dòng)作。當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 HR008 為 ON 時(shí)，輸出點(diǎn) 0506 使放松電磁閥得電，機(jī)械手放松，同時(shí)定時(shí)器 TIM00 計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)時(shí) 2 秒到，狀態(tài)又轉(zhuǎn)移到 HR000，程序又重新 從第一工步開始循環(huán)。 停止時(shí)，按下停止按鈕 SB2， 0001 斷開，輔助繼電器 1000 為 OFF，互鎖指令斷開，全部輸出被禁止，但各保持繼電器的狀態(tài)是斷電保護(hù)的，機(jī)械手停在現(xiàn)行的工步上。當(dāng)重新按起動(dòng)按鈕時(shí)，互鎖指令接通，停止前的輸出被恢復(fù)，機(jī)械手繼續(xù)在停止前某保持繼電器為 ON 的工步動(dòng)作。 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 是 大學(xué)學(xué)習(xí) 從理論到實(shí)踐，并走向社會(huì)的重要 環(huán)節(jié)，是大學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用。 在指導(dǎo)老師的幫助下，我 完成了選題， 通過 對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的查找并加以構(gòu)思 ， 設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而實(shí)施設(shè) 計(jì)， 最終 完成 了 論文的書寫和答辯等環(huán)節(jié) 。 通過這次設(shè)計(jì)，使我了解到 機(jī)械手 在 工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中 作為 一種控制對(duì)象經(jīng)常遇到。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。 PLC 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。 應(yīng)用 PLC 控制機(jī)械手實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動(dòng)作，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 。 參考文獻(xiàn) 胡學(xué)林 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)。 北京：高等教育出版社， 2021 張運(yùn)波 劉淑榮 工廠電氣控制技術(shù)。北京：高等教育出版社， 2021 廖常初 PLC 基礎(chǔ)及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 章文浩 PLC 原理及實(shí)驗(yàn) 國防工業(yè)出版社 2021 俞云奎，羅耀華主編．可編程序調(diào)節(jié)器、控制器原理與應(yīng)用 [M]．哈爾濱工程大學(xué)出版社， 1997， 萬東梅主編．電路電子電氣應(yīng)用實(shí)訓(xùn)．成都：西南交通大學(xué)出版社， 200