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PLC在机械手控制系统上的应用


PLC 在机械手控制系统上的应用

作者:山东农业大学 丁筱玲 赵立新

摘要: 机械手在工业生产中得到广泛的 应用,传统工艺中采用继电器控制时, 需要的继电器多,接线复杂,因 此故障多,维修困难,费时费工,不仅加大了成本,而且 影响设备的工效。本文介绍了用日本三菱公司生产的 F1/F2 系列可编程控制器,根据机 械手的运动规律:左/右、上

/下、夹/松等进行软件编程。实现了手动操作,即:用按 钮操 作,对机械手的每一种运动单独进行控制;自动操作包括单步、单周期和连续操作。 另外,对右工作台有工件的特 殊情况进行了处理。采用梯形控制直观易懂,为电气人员所 熟悉;采用 PLC 控制使接线简化,安装方便,而且保证 运行的可靠性,减少维修量,提 高了工效。 关键词:可编程控制器;继电器;机械手

1 机械手工作原理

1.1 机械手动作原理及示意图

机械手动作示意图如图 1 所示。其全部动作由汽缸驱动,而汽缸又由相应的电磁阀控制。 其中,上升/下降和左移/右移分别由双线圈两位电磁阀控制。下降电磁阀通电时,机械 手下降;下降电磁阀断电时,机械手下降停止。只有上升电磁阀通电时,机械手才上升; 上升电磁阀断电时,机械手上升停止。同样,左移/右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀 控制。机械手的放松/夹紧由一个单线圈(称为夹紧电磁阀)控制。该线圈通电,机械手夹 紧;该线圈断电,机械手放松。

当机械手右移到位并准备下降时,为确保安全,必须在右工作台上无工作时才允许机械手 下降。也就是说,若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时,机械手自动停止下降。

图 1 机械手动作示意图

1.2 机械手动作过程

机械手的动作过程如图 2 所示。从原点开始按下启动按钮时,下降电磁阀通电,机械手开 始下降。下降到底时,碰到下限位开关,下降电磁阀断电,下降停止;同时接通夹紧电磁 阀,机械手夹紧,夹紧后,上升电磁阀开始通电,机械手上升;上升到顶时,碰到上限位 开关,上升电磁阀断电,上升停止;同时接通右移电磁阀,机械手右移,右移到位时,碰 到右移极限位开关,右移电磁阀断电,右移停止。此时,右工作台上无工作,则光电开关 接通,下降电磁阀接通,机械手下降。下降到底时碰到下限位开关下降电磁阀断电,下降 停止;同时夹紧电磁阀断电,机械手放松,放松后,上升电磁阀通电,机械手上升,上升 到极限时碰到极限位开关,上升电磁阀断电,上升停止;同时接通左移电磁阀,机械手左 移;左移到原点时,碰到左极限开关,左移电磁阀断电,左移停止。至此,机械手经过八 步动作完成一个循环。

图 2 机械手动作过程

1.3 机械手操作方式

机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单步、单周期 和连续操作方式。

手动操作:就是用按钮操作,对机械手的每一种运动单独进行控制。例如:当选择上/下 运动时,按下启动按钮,机械上升;按下停止按钮,机械手下降。当选择左/右运动时, 按下启动按钮,机械手左移;按下停止按钮,机械手右移。当选择夹紧/放松运动时,按 下启动按钮,机械手夹紧;按下停止按钮,机械手放松。

单步操作:每按一下启动按钮,机械手完成一步动作后自动停止。

单周期操作:机械手从原点开始,按下启动按钮,机械手自动完成一个周期的动作后停止。 在工作中若按一下停止按钮,则机械手动作停止。重新启动时需用手动操作方式将机械手 移回到原点,然后按一下启动按钮,机械手又开始重新单周期操作。

连续操作:机械手从原点开始,按一下启动按钮,机械手将自动地、连续地周期性循环。 在工作中若按一下停止按钮,则机械手停止工作。重新启动时,必须用手动操作将机械手 移回到原点,然后按下启动按钮,机械手又开始重新连续工作。在工作中若按下复位按钮, 则机械手将继续完成一个周期的动作后,回到原点自动停止。

2 用户所需输入/输出设备的确定

2.1 输入设备——用于产生输入控制信号

本设计中输入设备应包括以下几种:①操作方式转换开关,该开关应有手动、单步、单周 期、连续等四个位置可供选择。②手动时的运动选择开关。该开关应有上/下、左/右、 夹紧/放松三个位置可供选择。③启动、停止及复位按钮。开关及按钮在操作屏上的布置 如图 3 所示。④位置检测元件。机械手的动做是按行程原则进行控制的,其上限、下限、 左限、右限的位置分别用限位开关来检测。

图 3 操作屏布置

2.2 输出设备——由 PLC 的输出信号驱动的执行元件

本设计中输出设备应包括下降电磁阀、上升电磁阀、左移电磁阀、右移电磁阀、夹紧电磁 阀等部分。为了对机械手原点位置进行指示,还要配置一个原点指示灯。

总之,根据所确定的用户输入设备及输出设备可知,PLC 共需要 15 点输入、6 点输出。

3PLC 的选择

该控制系统要实现的是步进控制,可以选择使用一般 PLC,用移位寄存器和移位指令宋编 程,由于所需的 I/O 点数为 15/6 点,考虑机械手操作的工艺是固定的,PLC 的 I/O 基 本上可不留余量。考虑经济、维修等因素可选择 F1/F2 系列可编程控制器。

F1/F2 系列 PLC 的 CPU 为 8039 单片机芯片,执行时间为 12/步,F1 系列容量为 1K。 F2 系统容量为 2K 步。储存方式有机内 RAM、EPROM、EEPROM。输入为直流 24V。输 出有继电器、晶体管和可控硅三种输出方式。

F1/F2 系列 PLC 最大 I/O 点数为 120 点,可任意组合。用模拟量单元 F2-6A-E 后可进 行模拟量控制。其中一台 F2-6A-E 可处理四路 A/D、2 路 D/A。一台 30 点以上的主机 可带三个模拟量单元,共计可处理 12 路 A/D、6 路 D/A,且不占用开关量点数。用定 位控制单元 F2-30GM 可进行位置控制,驱动伺服电机或步进电机。F1/F2 系列 PLC 除 可用简易型编程器外,还可进行图形编程,用 IBM 计算机或其他兼容机进行编程。经综合 考虑,可选择 F1/40M 可编程控制器。

4PLC 的程序设计

图 4 为机械手控制总程序结构框图。在该结构框图中,当操作方式选择开关置于“手动”时, 输入点 X407 接通,其输入继电器常闭接点断开,执行手动操作程序。

图 4 总程序结构框图

当选择开关置于“单步”、“单周期”、“连续”时,其对应的输入点 X410、X411、X412 接通, 其输入继电器常闭接点断开,执行自动操作程序。

在执行自动操作程序时,如操作选择开关置于“连续”时,启动后辅助继电器 M200 接通, 程序自动循环。操作开关置于“单步”时,M200 同样接通,程序也可以循环,但必须是每按 一次启动按钮执行一步。如果操作开关置于“单周期”或运行过程中按下复位按钮时,则辅 助继电器 M200 复位,程序执行完一个周期(即机械手回到原点)时自动停止。由于手动程 序和自动程序采用了跳转指令,因此这两个程序段可以采用同一套输出继电器。

5 结语

该机械手在改用 PLC 控制以前,采用传统的继电器控制,其控制线路复杂,继电器多;采 用本程序控制之后,控制线路简单化,省去了全部继电器,安装十分方便,并且保证了系 统运行的可靠性,减少了维修量,提高了工效,社会经济效益得到明显提高。

参考文献 〔1〕 朱绍祥等编译. 可编程控制器原理与应用 〔M〕 上海: . 上海交通大学出版社, 1988, 121-143

〔2〕 王兆义.可编程控制器教程〔M〕.北京:机械工业出版社,1993,98-103 〔3〕 成大光.机械设计手册〔S〕.北京:化学工业出版社,2000,146-153 〔4〕 程光蕴.机械设计〔M〕.北京:高教出版社,1999,113-156(end)

(投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (2007-3-19,阅读 4454 次)

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