PLC控制氣動(dòng)機械手控制系統設計分析

機械手作為一種控制對象，可以替代工人完成多種工作?，F代化的生產(chǎn)車(chē)間，多配有機械手。它可以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。教學(xué)型機械手是針對教學(xué)所需研制的典型機器人設備，有兩個(gè)方面的要求。首先在硬件方面要求能讓學(xué)生自己組裝該設備，能正確連接電路與氣路，所涉及的知識面要適合工科學(xué)生；其次在軟件方面要能分模塊，分塊學(xué)習更容易接受，學(xué)后能按照要求編寫(xiě)控制程序。本文在提高教學(xué)效果為目的的前提下，以能夠實(shí)現一定工序的搬運機械手模型為研究對象，設計其控制系統。
1. 機械手工作過(guò)程
機械手的動(dòng)作過(guò)程如圖1所示，用來(lái)將工件從一個(gè)工作臺搬到另一個(gè)工作臺。

圖1 機械手動(dòng)作示意圖

圖2 機械手動(dòng)作過(guò)程

機械手的全部動(dòng)作由氣缸驅動(dòng)，根據使用場(chǎng)合不同控制方式一般分為手動(dòng)操作與自動(dòng)操作兩種。手動(dòng)操作主要為安裝調試或出現故障需要維修時(shí)使用，實(shí)現對各執行動(dòng)作單獨用按鈕進(jìn)行操作，通常是設計過(guò)程中必須考慮的控制方案。而自動(dòng)操作是以PLC控制器為基體，按預先編寫(xiě)的程序實(shí)現自動(dòng)控制，自動(dòng)操作又分為連續自動(dòng)操作和單周期自動(dòng)操作。以單周期自
動(dòng)操作為例，機械手的動(dòng)作循環(huán)依次是：從原點(diǎn)前伸——下降——夾緊——上升——右轉——下降——放松——上升——左轉——縮回至原點(diǎn)10個(gè)動(dòng)作。 其中上升、下降、前伸、縮回、左轉和右轉等8個(gè)動(dòng)作，每個(gè)動(dòng)作末都會(huì )觸發(fā)各自的限位開(kāi)關(guān)，由限位開(kāi)關(guān)去控制電磁閥通斷以順利執行下一個(gè)動(dòng)作。而放松和夾緊兩個(gè)動(dòng)作則是通過(guò)設置時(shí)間延時(shí)實(shí)現和下一個(gè)動(dòng)作的順利銜接。其具體動(dòng)作過(guò)程如圖2所示。
2. 輸入輸出端子點(diǎn)數
機械手的控制系統采用了西門(mén)子公司生產(chǎn)的整體式S7-200CPU226式PLC。動(dòng)作②、④和動(dòng)作⑥、⑧不會(huì )同時(shí)出現，故只占用可編程控制器的兩個(gè)輸入點(diǎn)而不是4個(gè)輸入點(diǎn)。在動(dòng)作②執行前需先判斷左工作臺上有無(wú)工件，故用于檢測有無(wú)工件的光電開(kāi)關(guān)需占用PLC 一個(gè)輸入點(diǎn)。機械手左右轉動(dòng)時(shí)的左右限位開(kāi)關(guān)各占用PLC 一個(gè)輸入點(diǎn)。啟動(dòng)與停止按鈕各占用PLC 一個(gè)輸入點(diǎn)。另外，因為存在3種工作方式，故還需在PLC 中配置3個(gè)用于工作方式選擇的輸入點(diǎn)。在手動(dòng)控制方式中，因為存在4種不同的加載方式——前與后、左與右、上與下、夾與松，故需在PLC 中配置4個(gè)用于加載方式選擇的輸入點(diǎn)。而控制器需要輸出用于控制伸出、縮回、下降、上升、夾緊、左轉、右轉和原點(diǎn)指示燈狀態(tài)的指令，故此控制系統共使用了14個(gè)輸入量和8個(gè)輸出量。
3. 整體程序設計
機械手整體程序結構如圖3所示。若選擇手動(dòng)操作工作方式，10.7斷開(kāi)，接著(zhù)執行手動(dòng)操作程序。手動(dòng)操作程序可以獨立于自動(dòng)操作程序，可以另行設計。在單周期工作方式和連續操作方式下，可以執行自動(dòng)操作程序。在使用自動(dòng)操作方式時(shí)，中間繼電器M1.0接通。手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式，都用同樣的輸出繼電器。
系統調試時(shí)將各I/O端子和實(shí)際控制系統的按鈕、所需控制設備正確連接，完成硬件安裝。機械手PLC可編程控制器編程軟件采用STEP7-Micro/Win V4.0，整體程序和各個(gè)子程序在編程軟件中編輯，機械手正常工作時(shí)程序存在存儲卡中，若需要修改程序，先將PLC設定在STOP狀態(tài)，運行編程軟件，打開(kāi)機械手的控制程序，即可在線(xiàn)調試，也可用編程器進(jìn)行模擬，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單直觀(guān)。

圖3 整體程序結構
PLC是面向用戶(hù)專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的計算機，可以使用戶(hù)獲得高性能、高可靠性的同時(shí)享受高質(zhì)量和低成本。本文通過(guò)對搬運機械手應用場(chǎng)合及工作過(guò)程的分析，總結出使用PLC 完成系統控制任務(wù)的流程。即首先明確機械手的動(dòng)作要求及工作循環(huán)，然后針對其不同的操作方式進(jìn)行操作面板的布置和I/O端子的地址分配，zui后針對其不同的工作方式在編程軟件中設計能實(shí)現具體功能的整體程序和各子程序。詳盡的設計過(guò)程可為從事工業(yè)控制的工程人員提供一定的參考。