氣動安裝機械手的PLC控制

羅庚興，寧玉珊

LUO Geng-xing, NING Yu-shan

（廣東松山職業技術學院，韶關 512126）

0 引言

氣動機械手作為機械手的一種，具有結構簡單、重量輕、動作迅速、工作可靠、節能和環保等優點而被廣泛應用。氣動安裝機械手主要用于完成以下功能：選擇要安裝的小工件，從料倉中推出來，并用吸盤吸住安裝到大工件中。

1 氣動安裝機械手的結構和工作原理

氣動安裝機械手的結構示意如圖1所示。系統主要組成部分有：上料模塊和安裝模塊。

圖1 氣動安裝機械手的結構示意圖

上料模塊主要由2個圓桶料倉、推料裝置、料倉平移氣缸和支架組成。上料模塊主要用于依次將2個料倉中的工件2推放到吸料工作臺上，等待吸盤機械手取料。在兩個氣缸的兩端都安裝有磁性開關，分別用于判斷兩個氣缸運動的極限位置。推料氣缸和平移氣缸的配合靠延時來實現。

安裝模塊主要由真空發生器、吸盤、機械手、翻轉氣缸和翻轉裝置等組成。真空吸盤用于抓取工件2。吸盤內腔的負壓（真空）是靠真空發生器產生的。安裝模塊工作過程：吸料→機械手向前翻轉→安裝（放料）→機械手向后翻轉。

2 氣動控制系統設計

氣動安裝機械手的氣動控制回路如圖2所示。

氣動系統由氣源、氣動三聯件OZ、電磁閥、節流閥、真空發生器和各種氣缸組成。氣源工作壓力：最小6bar，最大8bar。翻轉、平移換向閥采用二位五通雙電控電磁閥，推料、吸料電磁閥采用二位五通單電控電磁閥。電磁閥均選用AIRTAC公司型號為4V110-M5的產品。氣缸選用SMC公司的產品，翻轉氣缸1A選用CDM2B20-45型，平移氣缸2A選用CDJ2B16-60-B型，推料氣缸3A選用CDJ2B10-60-B型。為了使各執行元件運動平穩，各氣缸2個氣口裝有單向節流閥。翻轉前限/后限、平移左限/右限、推料伸限/收限的行程位置用氣缸開關檢測，氣缸開關選用SMC公司的D-C73產品。真空發生器選用SMC公司的ZU07L型。

圖2 氣動控制回路

3 電氣控制系統設計

3.1 PLC選型與I/O接口分配

PLC是氣動安裝機械手的核心控制器。根據控制要求分析，PLC的輸入信號有：起停控制信號3個，位置檢測信號6個，聯絡信號2個，共11個開關量輸入信號；輸出信號有：電磁閥控制信號6個，與前站的聯絡信號各1個，共7個開關量輸出信號。輸入輸出信號的具體作用和地址分配如表1所示。繼電器和電磁閥的線圈均為DC24V。選用三菱FX2N-48MR型PLC，24點直流輸入，24點繼電器型輸出，并向外提供24V直流電源，完全可以滿足控制要求。

表1 氣動安裝機械手PLC的I/O地址分配表

氣動安裝機械手接受的通訊信號有兩個：一個是大工件1放好在安裝平臺上，安裝機械手接受到的安裝請求信號4C5A；一個是安裝好的工件從安裝平臺被取走后，安裝機械手接受到的搬取結束信號4C5B，用于實現安裝機械手復位。

氣動安裝機械手的通訊輸出信號通過中間繼電器來實現隔離。繼電器K1用來傳送氣動安裝機械手安裝完畢、允許其他機械搬取工件的信號。

3.2 PLC控制程序

1）控制功能要求

氣動安裝機械手控制系統分為單站控制、聯絡控制和停止控制三種控制功能。

單站控制。初始時吸盤下有工件2，推料氣缸、翻轉氣缸處于收回狀態，平移動氣缸可以在左或右位置。按下單站起動按鈕SB1，安裝模塊完成依次完成如下動作：吸盤吸料→翻轉氣缸向前翻轉→工件2被搬運到安裝工作臺→吸盤放料→延時→機械手向后翻轉。工件2被吸取走后，上料模塊主要完成以下動作：推料和更換料倉。推料完畢后，吸盤機械手才能向后翻轉，回到原位。如果沒有停止信號，氣動安裝機械手按照以上過程循環進行。此時，要注意安裝工作臺的工件要及時取走，否則容易損壞機械。

聯絡控制。當工件1被放置在安裝工作臺且安裝搬運機械手離開后，氣動安裝機械手位于初始狀態時，按下聯絡按鈕SB2，氣動安裝機械手按照單站控制方式下的要求，完成一次工件2的上料和安裝任務。如果沒有停止信號，氣動安裝機械手在下一個工件1放置好后，自動進入下一工作周期。

停止控制。任何時候按下停止按鈕SB3，控制系統在完成當前工作周期后停止工作。

2）工藝流程

按照上述控制要求，繪制氣動安裝機械手的工藝流程如圖3所示。氣動安裝機械手的控制流程比較復雜。起動系統，進入安裝等待步；單站方式或聯絡方式下有安裝請求信號來后，吸料，吸料機械手向前翻轉。放料控制和上料控制分支流程同時進行。上料控制分支流程又有左料倉上料和右料倉上料兩種選擇。上料完畢，吸料機械手向后翻轉，此時氣動安裝機械手的機械返回到了原點。

圖3 安裝機械手PLC控制工藝流程圖

為了能使程序流程不出錯，必須使程序的步進狀態也要正確地返回原點。在S27步，發送安裝完畢信號后，用第4站的聯絡信號——搬取結束信號4C5B作為程序步進狀態返回原點的轉換條件。

PLC的程序用步進指令編程實現，控制程序分為：安裝等待、吸料、機械手前翻、安裝、安裝結束等待、推料、料倉判斷、料倉左移或右移、上料結束等待、機械手后翻、發送聯絡信號及復位等待，加上初始步共13步動作。單站控制方式和聯絡控制方式的程序共用。在安裝等待步，如果是單站工作方式，則延時后進入下一步，如果是聯絡工作方式，則等待安裝請求信號，信號有效時，才進入下一步。為了避免兩種控制方式沖突，在步進控制程序外的控制方式選擇程序中，需設置兩種控制方式的互鎖。

4 結束語

氣動安裝機械手是較復雜的一個控制系統，主要體現在它的機械動作復雜，電氣控制聯鎖關系較多。采用PLC對氣動安裝機械手進行自動控制，既解決了本系統上料模塊和安裝模塊、推料氣缸和平移氣缸之間的互鎖關系，也解決了本系統與其他機械單元之間的協同作業，很好地實現了氣動安裝機械手的上料、吸料、安裝和聯絡等功能。控制系統經過運行調試，設備動作順暢、性能穩定、可靠性高。

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