摘要： 機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)工藝中采用繼電器控制時(shí)，需要的繼電器多，接線復(fù)雜，因 此故障多，維修困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，不僅加大了成本，而且影響設(shè)備的工效。本文介紹了用日本三菱公司生產(chǎn)的F1／F2 系列可編程控制器，根據(jù)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：左／右、上／下、夾／松等進(jìn)行軟件編程。實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)操作，即：用按鈕操 作，對(duì)機(jī)械手的每一種運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制；自動(dòng)操作包括單步、單周期和連續(xù)操作。另外，對(duì)右工作臺(tái)有工件的特 殊情況進(jìn)行了處理。采用梯形控制直觀易懂，為電氣人員所熟悉；采用PLC控制使接線簡(jiǎn)化，安裝方便，而且保證 運(yùn)行的可靠性，減少維修量，提高了工效。
關(guān)鍵詞：可編程控制器；繼電器；機(jī)械手
1機(jī)械手工作原理
1．1機(jī)械手動(dòng)作原理及示意圖
機(jī)械手動(dòng)作示意圖如圖1所示。其全部動(dòng)作由汽缸驅(qū)動(dòng)，而汽缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升／下降和左移／右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制。下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降；下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手下降停止。只有上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升；上升電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手上升停止。同樣，左移／右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械手的放松／夾緊由一個(gè)單線圈(稱為夾緊電磁閥)控制。該線圈通電，機(jī)械手夾緊；該線圈斷電，機(jī)械手放松。
當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降時(shí)，為確保安全，必須在右工作臺(tái)上無(wú)工作時(shí)才允許機(jī)械手下降。也就是說(shuō)，若上一次搬運(yùn)到右工作臺(tái)上的工件尚未搬走時(shí)，機(jī)械手自動(dòng)停止下降。
圖1機(jī)械手動(dòng)作示意圖
1．2機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程
機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程如圖2所示。從原點(diǎn)開(kāi)始按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，下降電磁閥通電，機(jī)械手開(kāi)始下降。下降到底時(shí)，碰到下限位開(kāi)關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊，夾緊后，上升電磁閥開(kāi)始通電，機(jī)械手上升；上升到頂時(shí)，碰到上限位開(kāi)關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通右移電磁閥，機(jī)械手右移，右移到位時(shí)，碰到右移極限位開(kāi)關(guān)，右移電磁閥斷電，右移停止。此時(shí)，右工作臺(tái)上無(wú)工作，則光電開(kāi)關(guān)接通，下降電磁閥接通，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)碰到下限位開(kāi)關(guān)下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松，放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升，上升到極限時(shí)碰到極限位開(kāi)關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通左移電磁閥，機(jī)械手左移；左移到原點(diǎn)時(shí)，碰到左極限開(kāi)關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手經(jīng)過(guò)八步動(dòng)作完成一個(gè)循環(huán)。
圖2機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程
1．3機(jī)械手操作方式
機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。
手動(dòng)操作：就是用按鈕操作，對(duì)機(jī)械手的每一種運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制。例如：當(dāng)選擇上／下運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械上升；按下停止按鈕，機(jī)械手下降。當(dāng)選擇左／右運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手左移；按下停止按鈕，機(jī)械手右移。當(dāng)選擇夾緊／放松運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手夾緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放松。
單步操作：每按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。
單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止。在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手動(dòng)作停止。重新啟動(dòng)時(shí)需用手動(dòng)操作方式將機(jī)械手移回到原點(diǎn)，然后按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手又開(kāi)始重新單周期操作。
連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)地、連續(xù)地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手停止工作。重新啟動(dòng)時(shí)，必須用手動(dòng)操作將機(jī)械手移回到原點(diǎn)，然后按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手又開(kāi)始重新連續(xù)工作。在工作中若按下復(fù)位按鈕，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。
2用戶所需輸入／輸出設(shè)備的確定
2．1輸入設(shè)備——用于產(chǎn)生輸入控制信號(hào)
本設(shè)計(jì)中輸入設(shè)備應(yīng)包括以下幾種：①操作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)應(yīng)有手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)等四個(gè)位置可供選擇。②手動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)。該開(kāi)關(guān)應(yīng)有上／下、左／右、夾緊／放松三個(gè)位置可供選擇。③啟動(dòng)、停止及復(fù)位按鈕。開(kāi)關(guān)及按鈕在操作屏上的布置如圖3所示。④位置檢測(cè)元件。機(jī)械手的動(dòng)做是按行程原則進(jìn)行控制的，其上限、下限、左限、右限的位置分別用限位開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)。
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圖3操作屏布置
2．2輸出設(shè)備——由PLC的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件
本設(shè)計(jì)中輸出設(shè)備應(yīng)包括下降電磁閥、上升電磁閥、左移電磁閥、右移電磁閥、夾緊電磁閥等部分。為了對(duì)機(jī)械手原點(diǎn)位置進(jìn)行指示，還要配置一個(gè)原點(diǎn)指示燈。
總之，根據(jù)所確定的用戶輸入設(shè)備及輸出設(shè)備可知，PLC共需要15點(diǎn)輸入、6點(diǎn)輸出。
3PLC的選擇
該控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是步進(jìn)控制，可以選擇使用一般PLC，用移位寄存器和移位指令宋編程，由于所需的I／O點(diǎn)數(shù)為15／6點(diǎn)，考慮機(jī)械手操作的工藝是固定的，PLC的I／O基本上可不留余量。考慮經(jīng)濟(jì)、維修等因素可選擇F1／F2系列可編程控制器。
F1／F2系列PLC的CPU為8039單片機(jī)芯片，執(zhí)行時(shí)間為12／步，F(xiàn)1系列容量為1K。F2系統(tǒng)容量為2K步。儲(chǔ)存方式有機(jī)內(nèi)RAM、EPROM、EEPROM。輸入為直流24V。輸出有繼電器、晶體管和可控硅三種輸出方式。
F1／F2系列PLC最大I／O點(diǎn)數(shù)為120點(diǎn)，可任意組合。用模擬量單元F2-6A-E后可進(jìn)行模擬量控制。其中一臺(tái)F2-6A-E可處理四路A／D、2路D／A。一臺(tái)30點(diǎn)以上的主機(jī)可帶三個(gè)模擬量單元，共計(jì)可處理12路A／D、6路D／A，且不占用開(kāi)關(guān)量點(diǎn)數(shù)。用定位控制單元F2-30GM可進(jìn)行位置控制，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)。F1／F2系列PLC除可用簡(jiǎn)易型編程器外，還可進(jìn)行圖形編程，用IBM計(jì)算機(jī)或其他兼容機(jī)進(jìn)行編程。經(jīng)綜合考慮，可選擇F1／40M可編程控制器。
4PLC的程序設(shè)計(jì)
圖4為機(jī)械手控制總程序結(jié)構(gòu)框圖。在該結(jié)構(gòu)框圖中，當(dāng)操作方式選擇開(kāi)關(guān)置于“手動(dòng)”時(shí)，輸入點(diǎn)X407接通，其輸入繼電器常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，執(zhí)行手動(dòng)操作程序。
圖4總程序結(jié)構(gòu)框圖
當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)置于“單步”、“單周期”、“連續(xù)”時(shí)，其對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)X410、X411、X412接通，其輸入繼電器常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，執(zhí)行自動(dòng)操作程序。
在執(zhí)行自動(dòng)操作程序時(shí)，如操作選擇開(kāi)關(guān)置于“連續(xù)”時(shí)，啟動(dòng)后輔助繼電器M200接通，程序自動(dòng)循環(huán)。操作開(kāi)關(guān)置于“單步”時(shí)，M200同樣接通，程序也可以循環(huán)，但必須是每按一次啟動(dòng)按鈕執(zhí)行一步。如果操作開(kāi)關(guān)置于“單周期”或運(yùn)行過(guò)程中按下復(fù)位按鈕時(shí)，則輔助繼電器M200復(fù)位，程序執(zhí)行完一個(gè)周期(即機(jī)械手回到原點(diǎn))時(shí)自動(dòng)停止。由于手動(dòng)程序和自動(dòng)程序采用了跳轉(zhuǎn)指令，因此這兩個(gè)程序段可以采用同一套輸出繼電器。
5結(jié)語(yǔ)
該機(jī)械手在改用PLC控制以前，采用傳統(tǒng)的繼電器控制，其控制線路復(fù)雜，繼電器多；采用本程序控制之后，控制線路簡(jiǎn)單化，省去了全部繼電器，安裝十分方便，并且保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，減少了維修量，提高了工效，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益得到明顯提高。
