【正文】 機(jī)械手的 PLC 控制 23 參考文獻(xiàn) 【 1】張文明、姚慶文 主編 ﹒ 可編程控制器及網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) ﹒ 中國(guó)鐵道 出版社 【 2】 隋東杰、謝亞青主編 . 機(jī)械基礎(chǔ) .復(fù)旦大學(xué)出版社 【 3】王文申 吳尚純主編 . 液壓與氣動(dòng)技術(shù) . 中國(guó)出版集團(tuán)現(xiàn)代教育出版社 。從課 題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，王 老師和各位專業(yè)老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。 機(jī)械手的 PLC 控制 22 致 謝 本設(shè)計(jì)及論文是在我的指導(dǎo)老師王傲勝及機(jī)電系 諸位老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。 至此，機(jī)械手的控制程序分段設(shè)計(jì)完畢。 機(jī)械手的 PLC 控制 21 圖 56 用 “ 禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移 ” 設(shè)計(jì)的單步操作梯形圖 當(dāng)完成一步動(dòng)作后，按下啟動(dòng)按鈕， X0 接通，其常閉接點(diǎn)將 M8040 斷開(kāi)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一步。 在單步操作方式下，利用啟動(dòng)按鈕 X0 作為單步操作信號(hào)， X4 接通。當(dāng)自動(dòng)操作程序采用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)時(shí)，單步操作程序用 “ 禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移 ” 標(biāo)志器 M8040 來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖 56 所示。重新啟動(dòng)時(shí)，先用手動(dòng)來(lái)將機(jī) 械手移回原點(diǎn)，才能再次進(jìn)行自動(dòng)操作。 在運(yùn)行中，如按正常停車按鈕，則 X1 接通， M0 復(fù)位，機(jī)械手的動(dòng)作繼續(xù)執(zhí)行完一個(gè)周期后，回到初始狀態(tài)。當(dāng)下降到下限位開(kāi)關(guān)時(shí)， X10 接通，又接通下一個(gè)狀態(tài) S21，接著執(zhí)行下一步動(dòng)作。 1）連續(xù)及單周期 操作。其中在左、右移動(dòng)的電路中加入 X11 作上限連鎖，這是因?yàn)闄C(jī)械手只有處于上限位置時(shí)，才允許左、右移動(dòng)。手動(dòng)操作的梯形圖，如圖 54 所示，手動(dòng)按鈕 X20X25 分別控制下 機(jī)械手的 PLC 控制 17 圖 52 輸入 /輸出分配接線圖 機(jī)械手的 PLC 控制 18 圖 53 總程序結(jié)構(gòu)框圖 機(jī)械手的 PLC 控制 19 圖 54 手動(dòng)程序 降、上升、右移、左移、加緊和放松各個(gè)動(dòng)作。選擇手動(dòng)方式時(shí)， X3 接同，跳過(guò)自動(dòng)程序，執(zhí)行手動(dòng)程序；選擇自動(dòng)工作方式時(shí)， X3 斷開(kāi)，執(zhí) 行自動(dòng)程序。 2．分配 PLC 的輸入 /輸出端子 PLC 的輸入輸出端子分配接線圖，如圖 52 所示。根據(jù)所需的 I/O 總點(diǎn)數(shù)并留有一定的備用量，可選用FX2N48RM，其輸入和輸出各 24 點(diǎn)，繼電器輸出型。 由于機(jī)械手的控制屬于開(kāi)關(guān)量控制，在功能上未提出特殊要求。機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始工作，需要一個(gè)原點(diǎn)指示燈，也需要 1 個(gè)輸出點(diǎn)。以上共需要 18 個(gè)輸入信號(hào)。 手動(dòng)操作：需要有下降、上升、右移、左移、加緊、放松 6 個(gè)按鈕，也需要 6 個(gè)輸入端子。 “ 無(wú)工件檢測(cè) ” 信號(hào)：用光電開(kāi)關(guān)作檢測(cè)元件，需要 1 個(gè)端子。當(dāng)故障排除后，需手動(dòng)回到原點(diǎn)。 緊急停車：在發(fā)生事故或緊急狀態(tài)時(shí)停車。 4） 連續(xù)工作方式：按下按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)，按步序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)工作，在連續(xù)工作方式下設(shè)置兩種停車狀態(tài) ： 正常停車：在正常工作狀態(tài)下停車。 2） 單步工作方式：從原點(diǎn)開(kāi)始，按照自動(dòng)工作循環(huán)的步序，每按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。例如，按下 “ 下降 ”按鈕，機(jī)械手下降；按下 “ 上升 ” 按鈕，機(jī)械手上升。 控制方面的要求 機(jī)械手的 PLC 控制 15 為了滿足生產(chǎn)要求，機(jī)械手設(shè)置了手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工 作方式，而自動(dòng)工作方式又分為單步、單周期和連續(xù)工作方式。 為了確保安全，機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺(tái)上無(wú)工件時(shí)才能下降，若上次搬到右工作臺(tái)上的工件尚未移走，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)暫停，等待。 分析工藝過(guò)程 機(jī)械手 的初始位置停在原點(diǎn)，按下啟動(dòng)后按扭后，機(jī)械手將下降 —— 加緊工件 ——上升 —— 右移 —— 再下降 —— 放松工件 —— 在上升 —— 左移八個(gè)動(dòng)作，完成一個(gè)工作周期。 機(jī)械手的 PLC 控制 14 第四 章 機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5． 1 機(jī)械手的工藝過(guò)程 了解設(shè)備概況 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和各部分動(dòng)作示意圖，如圖下圖所示。 橫軸主要驅(qū)動(dòng)橫臂的左右運(yùn)動(dòng)，承載重量較小，選用 Y263M12，功率 180W，即可滿足生產(chǎn)需要。外殼防護(hù)等級(jí) IP54， 它具有良好的起動(dòng)性能和運(yùn)行性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，維修方便等特點(diǎn)，電機(jī)采用 E 級(jí)或 B 級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為 IP44，冷卻方式為 ICO141，額定頻率為50Hz，額定電壓為 380V。內(nèi)裝變壓器，輸出 3V 電源，供二極管使用。輸出單元的 4 個(gè)地端，分別引出到面板，其中只有 C4 與 3V 電源共地。發(fā)光二極管是否發(fā)光，即可表示輸出點(diǎn)的狀態(tài)，使用者可得到主機(jī)的輸出信息。 16 個(gè)接插件可外接其它直流或開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)。 ： 工作電源： 24VDC 輸入點(diǎn)數(shù)： 24 輸出點(diǎn)數(shù)： 24 輸入信號(hào)類型：直流或開(kāi)關(guān)量 輸入電流： 24VDC 5mA 模擬輸入： 10V～ 10V（ 20mA～ +20mA） 輸出晶體管允許電流 （ ） 輸出電壓規(guī)格： 30VDC 最大負(fù)載： 9W 輸出反應(yīng)時(shí)間： Off→ On 20μ s On→ Off 30μ s 基本指令執(zhí)行時(shí)間：數(shù)個(gè) μ s 程序語(yǔ)言：指令 +梯形圖 +SFC 程序容量： 3792STEPS 基本順序指令： 32 個(gè)（含步進(jìn)梯形指令） 串聯(lián)通信口：程序?qū)懭?/讀出通訊口： RS232 一般功能通訊口： RS485 機(jī)械手的 PLC 控制 12 主機(jī)電源 220V AC 主機(jī)的組成 輸入單元 輸入單元由 8 個(gè)按扭、 8 個(gè)開(kāi)關(guān)和 16 個(gè)接插件組成，它們分別與 PLC 的 16 個(gè)輸入點(diǎn)相接。 (4)輸入 /輸出滯后時(shí)間 輸入 /輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā) 生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí) 間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。 （ 3）輸出刷新階段 在輸出刷新階段， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)?；蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 （ 2）用戶程序執(zhí)行階段 第 (N1)個(gè)掃描周期 輸出刷新 第 (N+1)個(gè)掃描周期 輸入采樣 第 N 個(gè)掃描周期 輸入采樣 輸出刷新 用戶程序執(zhí)行 機(jī)械手的 PLC 控制 11 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 的 CPU 總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。在這兩個(gè)階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化 I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。 圖 PLC 的掃描運(yùn)行方式 （ 1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它 們存入 I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。不過(guò)嚴(yán)格地來(lái) 說(shuō)掃描周期還包括自診斷、通信等。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為 “ 1” 狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為ON，映像寄存器為 “ 0” 狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為 OFF。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。 在輸出處理階段， CPU 將輸出映像寄存器的 0/1 狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)， CPU 從第一條指令開(kāi)始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。 外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為 “ 1” 狀態(tài)，梯形 圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢?RUN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外 3 個(gè)階段的操作。 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更 新編程器的顯示內(nèi)容。 在內(nèi)部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷