基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手調(diào)試與運(yùn)行的控制

羅智蕓，朱重陽(yáng)，陳鈞

（中山市中等專業(yè)學(xué)校，廣東中山，528400）

基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手調(diào)試與運(yùn)行的控制

羅智蕓，朱重陽(yáng)，陳鈞

（中山市中等專業(yè)學(xué)校，廣東中山，528400）

首先介紹了機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)，接著在分析控制要求的基礎(chǔ)上，分配輸入輸出端，分析停止信號(hào)的處理。最后采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法分析實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手調(diào)試與運(yùn)行兩種模式的控制，使得控制任務(wù)簡(jiǎn)化、邏輯清晰、編程簡(jiǎn)單、可讀性強(qiáng)。

PLC；機(jī)械手；狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；調(diào)試；運(yùn)行

0 引言

機(jī)械手是一種能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可以重復(fù)的做同一動(dòng)作，在機(jī)械正常情況下永遠(yuǎn)也不會(huì)覺得累！它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全[1]，如在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合[2]。它能按照生產(chǎn)工藝的要求，通過(guò)編程，遵循一定的程序、時(shí)間和位置等來(lái)完成工件的傳送和裝卸，完成各種預(yù)期的作業(yè)。本文介紹基于YL-235A型光機(jī)電一體化設(shè)備裝置的氣動(dòng)機(jī)械手控制，配的是三菱FR2N-48MR PLC。

1 機(jī)械手結(jié)構(gòu)

機(jī)械手結(jié)構(gòu)及各部件名稱如下圖1所示。

圖1 機(jī)械手結(jié)構(gòu)

該機(jī)械手主要由支架、左右限位擋塊、旋轉(zhuǎn)氣缸、懸臂及懸臂氣缸、手臂及手臂氣缸、氣爪及氣爪氣缸等組成。機(jī)械手的所有動(dòng)作都是通過(guò)氣缸來(lái)完成：旋轉(zhuǎn)氣缸控制機(jī)械手左右擺動(dòng)，懸臂氣缸控制懸臂伸出縮回，手臂氣缸控制手臂上升下降，氣爪氣缸控制氣爪松開夾緊。各氣缸的動(dòng)作是否到位均由對(duì)應(yīng)的傳感器來(lái)檢測(cè)。

為了讓氣爪能穩(wěn)定可靠地抓取和放置工件，氣爪在抓取工件前后和放置工件前有延時(shí)，這里我們?nèi)?.5s。

2 控制要求

本次以如下控制要求為例來(lái)分析機(jī)械手的控制。

狀態(tài)選擇開關(guān)SA1是一轉(zhuǎn)換旋鈕：旋在左邊，機(jī)械手進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)；旋在右邊：進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

調(diào)試時(shí)，機(jī)械手動(dòng)作流程為：初始位置-選擇調(diào)試（每按一次啟動(dòng)SB5，向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作，每按一次停止，向后執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作）-懸臂伸出-手臂下降-氣爪夾緊-手臂上升-懸臂縮回-向右旋轉(zhuǎn)-懸臂伸出-手臂下降-氣爪放松-手臂上升-懸臂縮回-向左旋轉(zhuǎn)-初始位置。

運(yùn)行時(shí)，機(jī)械手能將工件從A位置搬運(yùn)至B位置，動(dòng)作流程為：初始位置-選擇運(yùn)行-啟動(dòng)SB5-懸臂伸出-手臂下降-延時(shí)0.5s-氣爪夾緊-延時(shí)0.5s-手臂上升-懸臂縮回-機(jī)械手向右旋轉(zhuǎn)-懸臂伸出-手臂下降-延時(shí)0.5s-氣爪放松-手臂上升-懸臂縮回-機(jī)械手向左旋轉(zhuǎn)-初始位置。

初始位置為：機(jī)械手靠在左限位擋塊，懸臂縮回，手臂上升，氣爪松開。

停止：在運(yùn)行過(guò)程中，按下停止按鈕SB6，要求機(jī)械手完成當(dāng)前工件的搬運(yùn)后，回到原位再停止；在搬運(yùn)過(guò)程中遇到突然斷電等突發(fā)情況，要保證機(jī)械手所有氣缸的氣路狀態(tài)斷電瞬間不改變、夾持的工件不掉下[3]。

3 輸入輸出分配

輸入端：?jiǎn)?dòng)、停止按鈕2點(diǎn)，調(diào)試、運(yùn)行狀態(tài)選擇開關(guān)1點(diǎn)懸臂氣缸前后限位2點(diǎn)，手臂氣缸上下限位2點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)氣缸左右限位2點(diǎn)，氣爪夾緊1點(diǎn)，共10個(gè)輸入端。

輸出端：懸臂輸出縮回2點(diǎn)，手臂上升下降2點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)氣缸向左右旋轉(zhuǎn)2點(diǎn)，氣爪夾緊松開2點(diǎn)，共8個(gè)輸出端。

整個(gè)電氣控制原理圖如下圖2所示。

圖2 機(jī)械手電氣控制原理圖

4 停止信號(hào)的處理

要保證機(jī)械手所有的狀態(tài)斷電瞬間不改變、夾持的工件不掉下，只需配置合適的電磁閥即可[]。機(jī)械手的懸臂氣缸、手臂氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸用二位五通雙控電磁閥，氣爪氣缸選用二位五通單控電磁閥。讓二位五通單控電磁閥線圈通電時(shí)氣爪松開，斷電時(shí)氣爪夾緊，那么無(wú)論在哪個(gè)環(huán)節(jié)，即使遇到突然斷電等突發(fā)情況，夾持的工件也不會(huì)掉下。

5 程序設(shè)計(jì)

機(jī)械手的控制是個(gè)典型的順序控制過(guò)程，本文采用步進(jìn)控制程序圖來(lái)編寫[1]。

步進(jìn)控制程序圖分為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（SFC）和步進(jìn)梯形圖，它們的執(zhí)行結(jié)果是完全相同的。由于狀態(tài)圖編程具有更好的可讀性,便于理解,易于被沒有工作經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生所掌握[2]，同時(shí)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖可以按一定地轉(zhuǎn)化規(guī)則簡(jiǎn)易地轉(zhuǎn)成步進(jìn)梯形圖輸入編程軟件，這里我們采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖來(lái)分析機(jī)械手的控制。

整個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖程序如下圖3所示。

6 結(jié)論

將該狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖轉(zhuǎn)成梯形圖程序輸入PLC，通過(guò)聯(lián)機(jī)調(diào)試，能對(duì)機(jī)械手按給定要求準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行調(diào)試與運(yùn)行。

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖將復(fù)雜的過(guò)程分解成了若干個(gè)狀態(tài)，將復(fù)雜的工序分化為一個(gè)個(gè)小的工序，有利于程序的設(shè)計(jì)。同時(shí)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法編程簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、可讀性強(qiáng)、易于掌握，能清晰地反映全部控制工藝過(guò)程。

[1] http://www.baike.com/wiki/機(jī)械手.

[2] 黃偉，胡青龍．機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．機(jī)電工程技術(shù)．2008．37(11)：91-95.

[3] 楊少光．機(jī)電一體化設(shè)備的組裝與調(diào)試[M]．南寧：廣西教育出版社．2009.

[4] 程周．機(jī)電一體化設(shè)備組裝與調(diào)試競(jìng)賽指導(dǎo)[M]．北京：高等教育出版社．2010.

[5] 杜從商．PLC編程應(yīng)用基礎(chǔ)：三菱[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2009.8（2015.7重?。?

[6] 張玉清．談PLC中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖編程[J]．牡丹江大學(xué)學(xué)報(bào)．2008．17(3) ：105-107.

Debugging and operation control of Pneumatic Manipulator Based on PLC

Luo Zhiyun，Zhu Chongyang，Chen Jun
(Zhongshan Technical Secondary School，Zhongshan Guangdong, 528400)

Firstly, the manipulator’s basic structure was introduced. Then, based on control requirements, inputs/outputs were assigned and stop signal processing was analyzed. Finally, using sequential function chart(SFC), debugging and operation control of manipulator was analyzed and achieved. The control task is simplified, the logic is clear, the programming is simpler and more readable.

PLC；manipulator；SFC；debugging；operation

圖3 程序設(shè)計(jì)圖