PLC的机械手工件取放控制应用实例

    1．工艺过程与控制要求

   (1)工艺过程图11-15是这种机械手的动作示意，其过程并不复杂。一共6个动作，分三组，即上升/下降、左移/右移和放松/夹紧。

    该机械手是一个水平垂直位移的机械设备，其操作是将工件从左工作台搬运到右工作台，由光耦合器VLC来检测左工作台上有没有工件。有工件才搬运，即使按下启动按钮，若检测到左工作台上无工件，系统也不能启动。

    机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制。其中，上升和下降由上升电磁阀和下降电磁阀控制。左移和右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。机械手的放松和夹紧动作由一个夹紧电磁阀控制。当该线圈通电时，机械手夹紧；当该线圈断电时，机械手放松。

    机械手动作的流程图如图11-16所示。

    图11-15    机械手的动作示意图

    图11-16    机械手动作的流程图

    工艺过程为：从原点开始，按下启动按钮，光耦合器VLC检测到左工作台有工件，机械手下降电磁阀通电，机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧，在该位置等待5s；夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移，右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止；同时接通下降电磁阀，机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松，为确保可靠松开，在该位置等待3s；然后上升电磁阀通电，机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移。左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。至此，机械手经过十步动作完成了一个周期的工作。机械手的每次循环动作均从原位开始。

   (2)控制要求机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单周期和连续操作方式。

    手动操作：就是用按钮操作对机械手的每一步运动单独进行控制。例如，当选择上/下运动时，按下启动按钮，机械手下降；按下停止按钮，机械手上升。当选择左/右运动时，按下启动按钮，机械手右移；按下停止按钮，机械手左移。当选择夹紧/放松运动时，按下启动按钮，机械手夹紧；按下停止按钮，机械手放松。

    单周期操作：机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后停止。

    连续操作：机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手的动作将自动地、连续不断地周期性循环。在工作中若按一下停止按钮，机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。

    2．操作面板布置

    机械手操作面板布置如图11-17所示。

    图11-17    机械手操作面板布置图

    图中用“单操作”表示手动操作方式。按照加载选择开关所选择的位置，用启动/停止按钮选择加载操作。例如，当加载选择开关打到“左/右”位置时，按下启动按钮，机械手左行；按下停止按钮，机械手右行。用上述方法，可使机械手停在原点。

    单周期操作方式。机械手在原点时，按下启动按钮，自动操作一个周期。

    连续操作方式。机械手在原点时，按下启动按钮，自动、连续地执行周期性循环。当按下停止按钮，机械手完成当前周期动作后自动回到原点停止。

    3．采用S7-200控制

   (1)输入/输出端子地址分配

    该机械手控制系统所采用的PLC是德国西门子公司生产的S7-200 CPU224。图11-18是S7-200 CPU224输入/输出端子地址分配图。该机械手控制系统共使用了13个输入点，6个输出点。

    图11-18    机械手I/O端子接线

   (2)整体程序结构  机械手的整体程序结构如图11-19所示。

    若选择单操作工作方式，I1.0接通，其常闭点断开，执行单操作程序。单操作程序可以独立于自动操作程序，可另行设计。

    在单周期工作方式和连续操作方式下，可执行自动操作程序。在需要自动操作方式时，连续运行时中间继电器M1.0接通，单周期或连续运行时按下停止按钮则中间继电器M1.0断开。

    图11-19    机械手控制系统S7-200整体程序结构

    图11-20    单操作梯形图

   (3)实现单操作工作的程序图11-20是实现单操作的梯形图程序。为避免发生误动作，插入了一些连锁电路。

    将加载开关扳到“左/右”档，按下启动按钮，机械手向左行；按下停止按钮，机械手向右行。这两个动作只能当机械手处在上限位置时才能执行（即为安全起见，设上限安全连锁保护）。

    将加载选择开关扳到“夹/松”档，按启动按钮，执行夹紧动作；按停止按钮，松开。

    将加载选择开关扳到“上/下”档，按启动按钮，机械手上升；按停止按钮，下降。

   (4)自动操作程序  图11-21是机械手自动操作状态转移图（或称流程图），图11-22是与之对应的梯形图。

    图11-21    自动操作状态转移图

    将操作方式旋钮转到自动控制程序，由SM0.0加上升沿触发指令(EU)对状态进行初始复位。当机械手在原点时，将状态继电器S0.0置1，这是第一步。按下启动按钮，同时检测到左工作台上有工件，置位状态继电器S0.1，同时将原工作状态继电器S0.0清0，输出继电器Q0.0得电，Q0.5复位，原点指示灯熄灭，执行下降动作。当下降到碰到下限位开关时，I0.1接通，将状态继电器S0.2置1，同时将状态继电器S0.1清0，输出继电器Q0.0复位，Q0.2置1，于是机械手停止下降，执行夹紧动作；定时器T37开始计时，延时5s后，接通T37动合触点将状态继电器S0.3置1，同时将状态继电器S0.2清0，而输出继电器Q0.1得电，执行上升动作。由于Q0.2已被置1，夹紧动作继续执行。当上升到上限位时，I0.2接通，将状态继电器S0.4置1，同时将状态继电器S0.3清0，Q0.1失电，不再上升，而Q0.3得电，执行右行动作。当右行至右限位时，I0.3接通，Q0.3失电，机械手停止右行，将状态继电器S0.5置1，同时将状态继电器S0.4清0，而Q0.0再次得电，执行下降动作。当下降到碰到下限位开关时，I0.1接通，将状态继电器S0.6置1，同时将状态继电器S0.5清0，输出继电器Q0.0复位，Q0.2被复位，于是机械手停止下降，执行松开动作；定时器T38开始计时，延时3s后，接通T38动合触点将状态继电器S0.7置1，同时将状态继电器S0.6清0，而输出继电器Q0.1再次得电，执行上升动作。行至上限位置，I0.2接通，将状态继电器S1.0置1，同时将状态继电器S0.7清0，Q0.1失电，停止上升，而Q0.4得电，执行左移动作。到达左限位，I0.4接通，将状态继电器S1.0清0，将停止状态位S1.1置1。如果此时为连续工作状态，M1.0为1，同时左工作台上检测到有工件(I0.5=1)，则将状态继电器S0.1置1，重复执行自动程序。若为单周期操作方式，状态继电器S0.0置1，则机械手停在原点。

    图11-22    自动操作梯形图

    在运行中，如按停止按钮，机械手的动作执行完当前一个周期后，回到原点自动停止。

    在运行中，若PLC掉电，机械手动作停止。重新启动时，先用手动操作将机械手移回原点，再按启动按钮，便可重新开始自动操作。

    4．采用S7-300控制

   (1)硬件配置在机械手操作面板（图11-17）上共有8个输入点，外加机械手装置上的4个限位（上、下、左、右）和1个工件检测，整个机械手控制系统一共需要13个输入点，输出点较少，共6个。不需要模拟量模块。选择S7-300系列的CPU313，加上一块16点的输入模块SM321和一块8点的输出模块SM322就可满足控制要求。

   (2) I/O地址分配将SM321安装在4号槽，SM322安装在5号槽，将系统的I/O分别连接到S7-300 PLC的输入/输出模块，形成的I/O地址分配见表11-9。

    表11-9    I/O地址分配表

   (3)机械手程序设计包括逻辑功能块和组织块程序。

   1)逻辑功能块FC（子程序）。系统主要由手动程序（单操作控制方式）和自动程序（包括连续和单周期两种方式）两大部分组成。手动方式的程序在FC1内编辑，其梯形图程序如图11-23所示；自动方式的程序在FC10内编辑，其梯形图程序如图11-24所示。

   2)组织块OB1（主程序）。组织块OB1的功能主要是负责功能块或子程序的调用，控制机械手执行手动控制还是完成自动控制。其梯形图程序如图11-25所示。

    图11-23    手动控制程序梯形图

    图11-24    自动控制程序梯形图

    图11-25    机械手S7-300主程序梯形图

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