气动机械手plc设计

内容摘要气动机械手控制系统的设计要求是在控制系统的指令下，能将工件迅速、灵活、准确、可靠地抓起并运送到指定位置，因此本文采用PLC可编程控制器作为工件抓取机械手的控制系统，气压驱动作为驱动机构，根据机械手的动作流程和输入输出要求来选PLC的型号并确定I/O接口，最后进行程序的编辑与调试，从而使机械手完成最后的装夹任务。关键词：机械手可编程控制器PLC控制设计1第一章引言由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作”’。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用。下面介绍一种基于PLC的气动机械手控制的方法。第二章系统总体方案设计2.1程序设计的基本思路在进行程序设计时，首先应明确对象的具体控制要求。由于CPU对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，最长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就越低。因此，在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁﹑紧凑。另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，控制要求或控制时序会发生变化，此时，要求程序修改方便、简单，即要求程序有较好的柔性。2.2气动机械手的控制要求：1、气动机械手的升降和左右移动分别由不同的双线圈电磁阀实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向德线圈才能反向运动。2、上升、下降的电磁阀线圈分别为YV1、YV2；右行、左行的电磁阀线圈为YV3、YV4；3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV5来实现，线圈通电夹紧，断电松开；4、机械手的夹钳的松开，夹紧通过延时1.7s实现；5、机械手的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现；22.3系统的硬件结构与工作方式2.3.1硬件结构机械手用来将工件从A点搬运到B点（如图1），输出Q0.1为1时工件被夹紧，为0时背松开。工作方式选择开关的5个位置分别对应于5种工作方式，操作面板左下部的6个按钮式手动按钮。为了保证在紧急情况下（包括PLC发生故障时）能可靠地切断负载电源，设置了交流接触器KM。PLC开始运行时按下“负载电源”按钮，使KM线圈得电并自锁，KM的主触点接通，给外部负载提供交流电源，出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。左行SQ3SQ4右行下降夹紧上升SQ2松开SQ1图1气动机械手示意图2.3.2气动机械手的工作方式系统设有手动、单周期、连续、单步和回原点五种工作方式（如图2）。在手动工作方式下，用I0.5—I1.2对应的6个按钮分别独立控制机械手的升、降、左右行和夹紧松开。在单周期的工作方式下，按下启动按钮I2.6后，从初始步M0.0开始，机械手按顺序功能图的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。在单步工作方式下，从初始步开始，按一下启动按钮，系统转换到下一步，完成该步的任务后，自动停止工作并停留在该步，再按一下启动按钮，又往前走一步。单步工作方式常用于系统的调试。3单步回原位单周期连续手动夹紧SB7右行SB5下降SB3启动SB1负载电源松开SB8左行SB6上升SB4停止SB2紧急停车SB9图2气动机械手的控制面板2.3.3程序的总体结构下图3是主程序机构图，SM0.0的常开触点一直闭合，公用程序是无条件执行的。在手动工作方式下，I2.0为ON，执行手动子程序。在自动回原点方式下，I2.1为ON，执行回原点子程序，在其他3种工作方式下执行自动子程序。SM0.0I0.2I2.1I2.4I2.3I2.2图3主程序结构图公用EN手动EN回原点EN自动EN4第三章PLC控制系统设计3.1气动机械手的I/O地址分配表表1I/0地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码下降停止下限位开关SQ1I0.1上升停止上限为开关SQ2I0.2右行停止右限位开关SQ3I0.3左行停止左限位开关SQ4I0.4上升上升按钮SB4I0.5输入信号左行左行按钮SB6I0.6松开松开按钮SB8I0.7下降下降按钮SB3I1.0右行右行按钮SB5I1.1夹紧夹紧按钮SB7I1.2手动操作手动开关I2.0回原点操作回原点开关I2.1单步操作单步开关I2.2单周期操作单周期开关I2.3连续操作连续开关I2.4启动启动按钮SB1I2.6停止停止按钮SB2I2.7下降下降电磁阀YV1Q0.0夹松夹松电磁阀YV5Q0.1输出信号上升上升电磁阀YV2Q0.2右行右行电磁阀YV3Q0.3左行左行电磁阀YV4Q0.43.2可编程控制器的CPU选择根据上图的I/O分配表通过查阅手册选择S7-200CPU226基本单元（24入/16出）1台3.3PLC外部接线图PLC外部接线图的输入输出设备、负载电源的类型等的设计就结合系统的控制要求来设定。气动机械手控制外部接线图如图4所示。5图4cpu226外部接线图63.4气动机械手控制流程图(图5)原理：接通电源是系统启动开始扫描，扫描手动式判断手动按钮的是执行手动操作，扫描回原点开关，是执行回原点操作，扫描单步开关，是执行单步操作，扫描单周期开关，是检测是否在原点，是执行单周期操作，扫描连续操作，是检测是否在原点，是执行连续操作。除了连续操作以外，其他操作执行完以后自动重新扫描。YYNYNYYYNNYYYNNYYYYNNY图5气动机械手控制流程图系统启动回原点手动单步单周期连续手动操作回原点操作单步操作是否在原点是否在原点检测等待检测等待单周期操作连续操作是否停止是否在原点检测等待73.5程序设计梯形图公用程序见下图用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及处理不同工作方式之间的转换。左限位开关I0.4、上限位开关I0.2的常开触点和表示机械手松开的M4.5的常闭触点的串联电路接通时，原点条件M0.5变为ON。当机械手处于原点位置状态，在开始执行用户程序、系统处于手动或者自动回原点状态，初始步对应的M0.0将被置位，进入单步、单周期和连续工作方式做好准备。如果此时M0.5为OFF状态，M0.0将被抚慰，初始步为不活动步，按下启动按钮也不能进入步M2.0，系统不能再单步，单周期，和连续工作方式下工作。当系统处于手动工作方式时，必须将初始步以外的各部队赢得存储器位（M2.0-M2.7）复位，否则系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的情况，一起错误的动作。在非连续方式下，I2.4的常闭出点闭合，将表示连续工作状态的标志M0.7复位。8下图是手动程序，为了保证安全运行，在手动程序中设置了一些必要的连锁。设置上升与下降之间,左行与右行之间的互锁,以防止功能相反的两个输出同时为ON.有限位开关限制机械手移动的范围。用限位开关I0.1--I0.4限制机械手移动的范围。用上限位开关I0.2的常开触点与控制左，右行的M3.6和左行的M4.4的继电器串联，机械手升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞。9单周期，连续和单步工作方式的梯形图。1011单周期、连续和单步这三种工作方式主要是“连续”标志M0.7和“转换允许”标志M0.6来区分的。（1）单步与非单步的区别M0.6的常开触点接在每一个控制代表步的存储器位的启动电路中，他们断开时禁止步的活动状态的转换，如果系统处于单步工作方式，I2.2为1状态，他的常开触点断开，“转换允许”存储器位M0.6在一般情况下为0状态，不允许步与步之间的转换。当某一步的工作结束后，转换条件满足，如果没有按启动按钮I2.6，M0.6处于处于0状态，起保停电路的启动电路处于断开状态，不会转换到下一步。一直要等到按下启动按钮I2.6，M0.6在I2.6的上升沿ON一个扫描周期，M0.6的常开触点接通，系统才会转换到下一步。系统工作在连续，单周期工作方式下，I2.2的常开触点接通，是M0.6为1状态，串联在各起保停电路的启动电路中的M0.6的常开触点接通，允许步与步之间的正常转换。（2）单周期与连续的区分在连续工作方式下，I2.4为1状态。初始步为活动步时按下启动按钮I2.6，M2.0变为1状态，机械手下降。于此同时，控制连续工作的M0.7的线圈通电并自保持。当机械手在步,M2.7返回最左边时，I0.4为1状态，因为连续标志位M0.7为1状态，转换条件M0.7-I0.4满足，系统将返回步M2.0，反复连续的工作下去。按下停止按钮I2.7后，M0.7变为0状态，但是机械手不会立即停止工作，在完成当前工作周期的全部操作后，机械手返回最左边，左限位开关I0.4为1状态，装换条件满足系统才从步M2.7返回并停留在初始步。在单周期工作方式，M0.7一直处于0状态。当机械手在最后一步,M2.7返回最左边时，左限位开关I0.4为1状态，转换条件满足，系统返回并停留在初始步，按一次启动按钮，系统只工作一个周期。（3）单周期工作过程在单周期工作方式下，I2.2的常闭触点闭合，M0.6的线圈通电，允许转换。在初始步时按下启动按钮I2.6，在M2.0的启动电路中，M0.0,I2.6,M0.5和M0.6的常开触点均接通，使M2.0的线圈通电，系统进入下降步，Q0.0的线圈通电，机械手下降。碰到下限位开关I0.1时，转换到夹紧不M2.1，Q0.1被置位，夹紧电磁阀的线圈通电，并保持。同时接通延时定时器T37开始定时，1.7s后定时时间到，工件被夹紧，转换条件T3712满足，转换到步M2.2。以后系统将这样一步一步的工作下去。在左行步M2.7，当机械手左行返回到原点位置，左限位开关I0.4变为1状态，为连续工作标志M0.7为0状态，将返回初始步M0.0，机械手停止运动。（4）单步工作过程在单步工作方式下，I2.2为1状态，它的常闭触点断开，“转换允许”辅助继电器M0.6在一般情况下为0状态，不允许步与步之间的转换。设初始步时系统处于原点状态，M0.5和M0.0为1状态，按下启动按钮I2.6，M0.6变为0状态。在下降步，Q0.0的线圈通电，当下限位开关I0.1变为1状态时，与Q0.0的线圈串联的I0.1的常开触点断开，使Q0.0的线圈断电，机械手停止下降。I0.1的常开触点闭合后，如果没有按启动按钮，I2.6和M0.6变为1状态，M0.6的常开触点接通，转换条件I0.1才能使M2.1的起动电路接通，M2.1线圈通电并保持，系统才能由步M2.0进入步,M2.1。以后在完成某一步的操作后，都必须按一次启动按钮，系统才能转换到下一步。在自动回原点工作方式下，I2.1为ON。按下启动按钮I2.6，M1.0变为ON,机械手上升，上升到上限位开关时I0.2为ON，机械手左行，到左限位开关时，I0.4变为ON，将步M1.1复位，同时将M4.2复位，机械手松开。这时原点条件满足，M0.5为ON，在公用程序中，初始步M0.0是步M0.1的后续步。13说明程序由于S7-200PLC的顺控指令不支持直接输出的双线圈操作，所以要用中间继电器逻辑过度一下，如本题的机械手下降，上行，夹紧、松开、左行、右行等都需要用中间继电器过渡。1415公用程序语句表Network1LDI0.4AI0.2ANM4.5=M0.5Network2LDSM0.1OI2.0OI2.1LPSAM0.5SM0.0,1LPPANM0.5RM0.0,1Network3LDI2.0RM2.0,1Network4LDNI2.4RM0.7,1手动操作语句表Network1LDI1.2SM3.1,1Network2LDI0.7RM3.2,1Network