电子教材-搬运机械手系统安装与调试概要

任务七搬运机械手系统的安装与调试在实际的机械控制系统中，有时需要机械能分别以不同的操作方式工作，这会增加系统控制程序设计的难度，使控制程序复杂化。为方便控制三菱FX系列PLC专门配备了专用的方便指令，运用该指令能自动进行操作方式的输入分配，规定各种操作方式的起始状态元件号，使系统控制程序大大简化。本节将通过机械手控制系统介绍运用专用的方便指令设计多操作方式步进控制程序的方法。1．控制要求机械手控制系统的示意图如图7-1-1所示,其主要任务是将工件从A点搬运至B点，各动作通过控制电磁阀完成，控制要求如下:图7-1-1机械手控制系统示意图（1）要求系统具有手动、自动、回原点、单步运行和单周期运行五种不同的操作方式；机械手必须在原点位置时才能启动，原点位置在机械手的左上角。（2）手动操作方式要求按相应按钮后机械手能手动完成夹紧、放松、上升、下降、左移和右移动作。（3）自动操作方式要求按启动按钮后机械手按“下降→夹紧→上升→右移→下降→放松→上升→左移→下降……”的顺序连续运行，直至停止或改变工作方式。（4）回原点运行方式要求按回原点按钮后机械手自动回归原点。（5）单周期运行方式要求按启动按钮后机械手运行完一个周期后停止。（6）单步运行方式要求按一次启动按钮，机械手按自动运行的顺序单步运行。机械手详细动作示意图如图7-1-2所示。任务描述图7-1-2机械手控制详细动作图图7-1-2中数字序号表明了机械手动作的先后顺序，SQ1～SQ4四个位置开关用来检测机械手是否到位。2．控制任务分析本控制系统同样是一个顺序控制系统，可方便地运用步进指令进行程序设计，但该系统要求采用多种操作方式，若用前面学过的步进程序设计方法进行程序设计，会使设计工作凌乱复杂，并影响程序的可读性。为此可采用三菱FX系列PLC的方便类指令IST（FUN60），对系统进行置初始状态，并自动分配状态和输入，以减小程序设计的工作量，增强程序的可读性。1．学生通过阅读工作任务书能独立进行工艺流程分析，明确控制对象的操作要求及功能。2.通过分析任务，结合现场实物勘察，选定合理的自动化解决方案，完成控制系统结构设计。3.根据工艺要求绘制电气回路图及PLC接线图，编制I/O分配表。4．能根据工艺流程及控制功能进行程序设计，并根据梯形图编写语句指令表。5．进行设备接线并能完成PLC程序的调试工作，且调试过程中能独立完成软件与硬件的修改。学习情境一控制系统的设计1．通过实际项目任务加深对自动控制原理已有知识的理解。学习目标学习目标2．能对具体项目任务中的被控对象、被控量、给定值、扰动值等概念有更加清晰的认识。3．能分析系统内的信号类型，统计控制点数，制作工艺点位统计表。4．根据控制原理与实际工艺，进行电气控制设备的选型和电气控制线路的设计。1.操作方式设备的操作方式一般可分为手动和自动两大类，手动操作方式主要用于设备的调整，自动操作方式用于设备的自动运行。手动操作方式有手动操作和回原点两种；自动操作方式可分为单步运行、单周期运行和连续运行。手动操作方式手动操作：用单个按钮接通或断开各自对应的负载。回原点：按下回原点按钮，使设备自动回归到原点位置。自动操作方式单步运行：每按一次启动按钮，设备前进一个工步。单周期运行：在原点位置时，按下启动按钮设备自动运行一个周期后停于原位；途中按下停止按钮，设备停止运行；再次按下启动按钮时，设备从断点处继续运行，直至原位停止。连续运行：在原点位置按下启动按钮，设备按既定工序连续反复运行。若中途按下停止按钮，设备运行至原位停止。2.置初始状态指令置初始状态指令为功能指令，主要方便多操作方式控制系统的步进程序设计。功能号：FNC60助记符：IST指令功能：用于自动设定各操作方式的初始状态和分配相应的输入元件。IST指令的应用举例如图7-1-3所示。图7-1-3IST指令举例图7-1-3中当PLC为“RUN”时，M8000接通执行IST指令，对各操作方式的初始状态和输入元件进行分配。其中[D1.]指定操作方式的输入元件，[D2.]指定自动操作方式中实际用到的最小状态号，[D3.]指定自动操作方式中实际用到的最大状态号。（1）输入元件的指定知识准备执行图7-1-3中的IST指令后，PLC自动指定各操作方式的输入元件，输入元件为从X010开始的连续的输入元件（X）号。X010:手动操作X014:连续运行操作X011:回原点操作X015:回原点启动X012:单步运行操作X016:自动运行启动X013:单周期运行操作X017:停止为使操作方式的输入元件（X010～X017）不同时接通，应采用转换开关作为操作方式选择开关。若在程序设计时无法指定连续的输入点作为操作方式的输入元件，则在应用IST指令时，应将IST指令的[D1.]改为辅助继电器M（如M0），再通过编程对输入编号进行重排如图7-1-4所示。图7-1-4操作方式输入元件编号重排如果设计的控制系统不需要所有的操作方式，则在输入编号重排时可运用M8000的常闭触点将不需要的操作方式去除，以节省输入点的使用。如图7-1-5所示。图7-1-5去除不需要的操作方式图7-1-5中当PLC为“RUN”时，M8000常闭触点断开，M1、M2、M3和M5断开，使系统不需要的操作方式不操作，空出输入点X020、X013、X012和X015可用于其它输入用途。（2）初始状态的指定执行图7-1-3中的IST指令后，PLC自动指定各操作方式的起始状态元件。S0:手动操作方式起始状态S1:回原点起始状态S2:自动操作方式起始状态在编写各操作方式相应的步进控制程序时，必须从上述指定的初始状态开始编写。执行图7-1-3中的IST指令后，相应的特殊辅助继电器即被指定为如下功能：M8040:禁止转移继电器，该特殊辅助继电器接通则禁止所有状态进行转移。①手动操作方式下该特殊辅助继电器总是接通。②回原点和单周期运行时，按下停止按钮后，该特殊辅助继电器为ON，按下启动按钮后，该特殊辅助继电器为OFF。③单步执行时，该特殊辅助继电器保持接通，但按启动按钮时变为OFF，使状态可以顺利向下转移一步。④连续运行时，当PLC为“RUN”，该特殊辅助继电器接通，按启动按钮后该特殊辅助继电器断开。M8041:开始转移继电器，该特殊辅助继电器是从初始状态S2向下转移的转移条件辅助继电器。①手动操作和回原点方式下该特殊辅助继电器不动作。②单步和单周期运行时，该特殊辅助继电器仅在按动启动按钮时动作。③自动操作方式下按启动按钮后，该特殊辅助继电器保持接通，按停止按钮后断开。M8042:启动脉冲继电器，启动按钮按下时该特殊辅助继电器瞬时接通一个扫描周期。M8043:回原点结束继电器，当回原点结束时，由用户编程控制其接通，在回原点状态有效。M8044:原点条件继电器，当检测到满足原点条件时，由用户编程控制其接通，在所有状态下都为有效信号。M8045:禁止所有状态复位，在手动、回原点和自动模式间切换时，若机械不在原点位置时，所有输出和动作状态将被复位，但若先驱动了M8045，则仅仅复位动作状态，其余状态不复位。M8047：STL监控有效继电器，使用IST指令后，该特殊辅助继电器为ON，数据寄存器D8040～D8047有效，状态S0～S899中正在动作的状态的最小编号存于D8040中，其它动作状态由小到大依次存于D8041～D8047中，因此最多可监控8个动作的状态。小贴士执行图7-1-3中的IST指令后，PLC自动设定的相关特殊辅助继电器的动作等效于如图7-1-6所示的梯形图程序。图7-1-6相关特殊辅助继电器动作等效电路1.IST指令的操作元件为：操作数[D1.]：可选择X、Y或M，一旦选定，以[D1.]开始的8个连续的元件的功能即被指定，不能再作他用；操作数[D2.]、[D3.]：可选择S20～S899中的状态元件，且[D2.]的状态元件号必须小于[D3.]的状态元件号。2.IST指令的触发信号为ON时，相关的特殊辅助继电器的功能和各操作方式的初始状态被自动指定；IST指令的触发信号为OFF时，这些元件状态仍保持不变，直至PLC从“RUN”变为“STOP”或切断电源。3.IST指令只能使用一次，并且必须写在STL指令之前，即在S0～S2出现之前。4．使用IST指令后，S10～S19被指定为回原点操作使用，S0～S2被指定为初始化状态，因此这些状态在编程时请勿再以通用状态使用；不使用IST指令时，初始化状态可从S0～S9中任意选择，S10～小词典S19可用作通用状态。5．操作方式选择开关应采用转换开关，以保证一次只能选择一种操作方式。6．改变操作方式操作应在回原点标志接通后进行，若在M8043接通前改变操作方式，则所有输出均断开。控制系统的设计一、实训目的1．根据任务书及现场勘察，分析控制对象，明确任务功能。2．通过小组形式能合理分配各项工作任务，增强沟通交流，提高团体协作能力。3．进行PLC设备及外围电气仪表的选型，熟悉PLC工作原理及软、硬件工作环境。二、主要实训器材PLC控制器、外围电气设备、工具、仪表、材料、设备等常见学习准备三、实训内容（一）控制对象分析仔细阅读作业任务书，可以查找相关资料文献或通过实际现场勘察等手段，进一步了解控制对象，明确任务内容，掌握控制量的特性。合理分配小组人员的工作任务并进行组内讨论，制定小组工作计划和前期方案。通过书本介绍、网络信息等多种途径查找相关资料，了解搬运机械手的自动控制一般实现方式。具体分析本次项目任务的各功能要求，结合原继电器控制回路，拟定搬运机械手的自动化设计方案。机械手控制电路的输入/输出分配表如表7-1-1所示。表7-1-1机械手控制输入/输出分配表输入输出元件作用输入点输出点元件作用SB1上升X0Y0KA1下降电磁阀控制SB2下降X1Y1KA2夹紧电磁铁控制SB3左移X2Y2KA3上升电磁阀控制SB4右移X3Y3KA4右移电磁阀控制SB5放松X4Y4KA5左移电磁阀控制任务实施SB6夹紧X5SQ1左限位X6SQ2右限位X7SQ3上限位X20SQ4下限位X21SA手动X10回原点X11单步X12单周期X13自动X14SB7回原点启动X15SB8启动按钮X16SB9停止按钮X17学习情境二电气回路与PLC接线图1．熟悉电力拖动基本电路，结合工艺设备合理分析并制定主回路控制方案。2.能设计安全、合理、经济的电气回路，完成对电动机的多重保护功能。3.能根据工艺点位统计表，结合控制要求完成PLC输入/输出分配表。4.能设计、绘制规范的电气图纸与PLC接线图。一、熟悉低压电器的基本知识了解低压电气的分类和常用术语，熟悉常见电气元件，如低压熔断器、断路器、主令电气元件、接触器、热继电器等。二、了解电气设计的一般原则与要求由于电气控制线路是为整个系统或机械设备服务的，所以在设计前就要深入现场收集有关资料，进行必要的调查研究。一般应遵循以下原则：1、应最大限度地满足机械设备对电气控制线路的控制要求和保护要求。学习目标知识准备2、在满足生产工艺的要求下，应力求控制线路简单、合理、经济。3、保证控制的可靠性和安全性。4、要充分考虑工作人员操作方便，后期维护便利。电气回路与PLC接线图一、实训目的1．能根据任务需要合理设计电气主回路，并对电动机进行多重保护措施。2．能根据工艺点位统计表，结合控制要求完成PLC输入/输出分配表。3．能设计、绘制规范的电气图纸与PLC接线图。二、主要实训器材PLC控制器、外围电气设备、工具、仪表、材料、设备等常见学习准备三、实训内容（一）电气回路的设计用三菱FX2N-48MR型PLC设计出的搬运机械手系统I/O接线回路如图7-2-1所示。任务实施图7-2-1搬运机械手系统I/O接线回路（二）系统安装1.准备元件器材所需元件器材如表7-2-1所示。表7-2-1元件器材表序号名称型号规格数量单位备注1计算机1台装有GX软件2PLC三菱FX2N-48MR1台3安装板600×900mm1块网孔板4导轨DIN0.3米5空气断路器Multi9C65ND201只6熔断器RT28-324只7转换开关LW5D-16/