光源机械手的PLC控制

摘 要 机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；位置信号由接近开关反馈给PLC主机，通过交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。 关键词：机械手 PLC 变频器 交流电机 目 录 第五章 机械手PLC控制系统设计 ............................................................... 错误！未定义书签。 5．1 机械手的工艺过程 ................................................................................. 错误！未定义书签。 5．2 PLC控制系统 ........................................................................................................................ 1 致答谢词 .......................................................................................................................................... 48 参考文献 .......................................................................................................................................... 49 引 言 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。 工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、 机械手的PLC控制 1 提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。 本课题拟开发物料搬运机械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电气方面由交流电机、变频器、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。 由于时间仓促和个人水平限制，我的设计存在着许多还没来得及解决的问题，希望广大老师、同学能够给予批评指正并予以解决。 5．2 PLC控制系统

1．确定输入/输出点数并选择PLC型号 1）输入信号 位置检测信号：下限、上限、右限、左限共4个行程开关，需要4个输入端子。 “无工件检测”信号：用光电开关作检测元件，需要1个端子。 “工作方式”选择开关：有手动、单步、单周期和连续4种工作方式，需要4个输如端子。 手动操作：需要有下降、上升、右移、左移、加紧、放松6个按钮，也需要6个输入端子。 自动工作：尚需启动、正常停车、紧急停车3个按钮，也需要3个输入端子。以上共需要18个输入信号。 2）输出信号 PLC的输出用于控制机械手的下降、上升、右移、左移、加紧、放松以三个电动机转速的控制等，共需要11个输出点。机械手从原点开始工作，需要一个原点指示灯，也需要1个输出点。所以，至少需要6个输出点。 由于机械手的控制属于开关量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型号的小型PLC均可满足要求。根据所需的I/O总点数并留有一定的备用量，可选用FX2N-48RM，其输入和输出各24点，继电器输出型。FX2N-48RM的各项工作参数已在第二章介绍，在此不在做介绍。 机械手的PLC控制 2 3．PLC控制系统程序设计 为了方便编程，可将手动和自动程序分别编出相对独立的程序段，用跳转指令进行选择，控制系统程序结构框图，如图5-3所示。选择手动方式时，X3接同，跳过自动程序，执行手动程序；选择自动工作方 机械手的PLC控制

3 图5-3 总程序结构框图

图5-4 手动程序 降、上升、右移、左移、加紧和放松各个动作。为了保证系统的的安全与进行， 设置了一些必要的连锁。其中在左、右移动的电路中加入X11作上限连锁，这是因为机械手只有处于上限位置时，才允许左、右移动。 （1） 自动程序 自动程序如图5-5所示。 1）连续及单周期操作。当机械手在原点时，程序处于初始状态S0，执行下降动作。当下降到下限位开关时，X10接通，又接通下一个状态S21，接着执行下一步动作。当执行完最后一步动作，即左移到原点碰到左限位开关时，X13接通，如果是单周期操作，则M0断开，回到初始状态，如果连续操作，则M0接通，状态转移至S20，又开始下一个周期的循环。 在运行中，如按正常停车按钮，则X1接通，M0复位，机械手的动作继续执行完一个周期后，回到初始状态。如按紧急停车按钮，则X2接通，状态S0~S33全部复位，机械手工作停止。重新启动时，先用手动来将机械手移回原点，才能再次进行自动操作。 机械手的PLC控制 4 2）单步操作。当自动操作程序采用步进指令设计时，单步操作程序用“禁止状态转移”标志器M8040来实现，如图5-6所示。该继电器线圈接通时，禁

图5-5 自动程序 止步进状态转移，线圈断电时，允许状态转移。 在单步操作方式下，利用启动按钮X0作为单步操作信号，X4接通。不按启动按钮时，X0断开，其常闭接点闭合，M8040接通，状态转移被禁止。

图5-6 用“禁止状态转移”设计的单步操作梯形图 机械手的PLC控制

10 表1 机械手传送系统输入和输出点分配表 名 称 代号 输入 名 称 代号 输入 名 称 代号 输出 启动 SB1 X0 夹紧 SB5 X10 电磁阀下降 YV1 Y0 下限行程 SQ1 X1 放松 SB6 X11 电磁阀夹紧 YV2 Y1 上限行程 SQ2 X2 单步上升 SB7 X12 电磁阀上升 YV3 Y2 右限行程 SQ3 X3 单步下降 SB8 X13 电磁阀右行 YV4 Y3 左限行程 SQ4 X4 单步左移 SB9 X14 电磁阀左行 YV5 Y4 停止 SB2 X5 单步右移 SB10 X15 原点指示 EL Y5 手动操作 SB3 X6 回原点 SB11 X16 连续操作 SB4 X7 工件检测 SQ5 X17

3、操作系统 操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图3所示。 机械手的PLC控制 11 其原理是： 把旋钮置于回原点，X16接通，系统自动回原点，Y5驱动指示灯亮。再把旋钮置于手动，则X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。之后，由于X7常闭触点，当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。如果旋钮置于自动位置，（既X6常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。

4、回原位程序 回原位程序如图4所示。用S10~S12作回零操作元件。应注意，当用S10~S19作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器M8043置1。 机械手的PLC控制

12 5、手动单步操作程序 如图5所示。图中上升/下降，左移/右移都有联锁和限位保护。

6、自动操作程序 自动操作状态转移见图6所示。当机械手处于原位时，按启动X0接通，状态转移到S20，驱 机械手的PLC控制 13 动下降Y0，当到达下限位使行程开关X1接通，状态转移到S21，而S20自动复位。S21驱动Y1置位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。当T0接通，状态转移到S22，驱动Y2上升，当上升到达最高位，X2接通，状态转移到S23。S23驱动Y3右移。 移到最右位，X3接通，状态转移到S24下降。下降到最低位，X1接通，电磁铁放松。为了使电磁力完全失掉，延时1秒。延时时间到，T1接通，状态转移到S26上升。上升到最高位，X2接通，状态转移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。 在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。因此步进顺控的编程，比起用基本指令编程较为容易，可读性较强。 7、机械手传送系统梯形图 如图7所示。图中从第0行到第27行为回原位状态程序。从第28行到第66行，为手动单步操作程序。从第67行到第129行为自动操作程序。这三部分程序（又称为模块）是图3的操作系统运行的。 回原位程序和自动操作程序。是用步进顺控方式编程。在各步进顺控末行，都以RET结束本步进顺控程序块。但两者又有不同。回原位程序不能自动返回初始态S1。而自动操作程序能自动返回初态S2。