基于PLC的氣動機械手調試與運行的控制

羅智蕓，朱重陽，陳鈞

（中山市中等專業學校，廣東中山，528400）

基于PLC的氣動機械手調試與運行的控制

羅智蕓，朱重陽，陳鈞

（中山市中等專業學校，廣東中山，528400）

首先介紹了機械手的基本結構，接著在分析控制要求的基礎上，分配輸入輸出端，分析停止信號的處理。最后采用狀態轉移圖法分析實現對機械手調試與運行兩種模式的控制，使得控制任務簡化、邏輯清晰、編程簡單、可讀性強。

PLC；機械手；狀態轉移圖；調試；運行

0 引言

機械手是一種能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可以重復的做同一動作，在機械正常情況下永遠也不會覺得累！它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全[1]，如在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合[2]。它能按照生產工藝的要求，通過編程，遵循一定的程序、時間和位置等來完成工件的傳送和裝卸，完成各種預期的作業。本文介紹基于YL-235A型光機電一體化設備裝置的氣動機械手控制，配的是三菱FR2N-48MR PLC。

1 機械手結構

機械手結構及各部件名稱如下圖1所示。

圖1 機械手結構

該機械手主要由支架、左右限位擋塊、旋轉氣缸、懸臂及懸臂氣缸、手臂及手臂氣缸、氣爪及氣爪氣缸等組成。機械手的所有動作都是通過氣缸來完成：旋轉氣缸控制機械手左右擺動，懸臂氣缸控制懸臂伸出縮回，手臂氣缸控制手臂上升下降，氣爪氣缸控制氣爪松開夾緊。各氣缸的動作是否到位均由對應的傳感器來檢測。

為了讓氣爪能穩定可靠地抓取和放置工件，氣爪在抓取工件前后和放置工件前有延時，這里我們取0.5s。

2 控制要求

本次以如下控制要求為例來分析機械手的控制。

狀態選擇開關SA1是一轉換旋鈕：旋在左邊，機械手進入調試狀態；旋在右邊：進入運行狀態。

調試時，機械手動作流程為：初始位置-選擇調試（每按一次啟動SB5，向前執行一個動作，每按一次停止，向后執行一個動作）-懸臂伸出-手臂下降-氣爪夾緊-手臂上升-懸臂縮回-向右旋轉-懸臂伸出-手臂下降-氣爪放松-手臂上升-懸臂縮回-向左旋轉-初始位置。

運行時，機械手能將工件從A位置搬運至B位置，動作流程為：初始位置-選擇運行-啟動SB5-懸臂伸出-手臂下降-延時0.5s-氣爪夾緊-延時0.5s-手臂上升-懸臂縮回-機械手向右旋轉-懸臂伸出-手臂下降-延時0.5s-氣爪放松-手臂上升-懸臂縮回-機械手向左旋轉-初始位置。

初始位置為：機械手靠在左限位擋塊，懸臂縮回，手臂上升，氣爪松開。

停止：在運行過程中，按下停止按鈕SB6，要求機械手完成當前工件的搬運后，回到原位再停止；在搬運過程中遇到突然斷電等突發情況，要保證機械手所有氣缸的氣路狀態斷電瞬間不改變、夾持的工件不掉下[3]。

3 輸入輸出分配

輸入端：啟動、停止按鈕2點，調試、運行狀態選擇開關1點懸臂氣缸前后限位2點，手臂氣缸上下限位2點，旋轉氣缸左右限位2點，氣爪夾緊1點，共10個輸入端。

輸出端：懸臂輸出縮回2點，手臂上升下降2點，旋轉氣缸向左右旋轉2點，氣爪夾緊松開2點，共8個輸出端。

整個電氣控制原理圖如下圖2所示。

圖2 機械手電氣控制原理圖

4 停止信號的處理

要保證機械手所有的狀態斷電瞬間不改變、夾持的工件不掉下，只需配置合適的電磁閥即可[]。機械手的懸臂氣缸、手臂氣缸、旋轉氣缸用二位五通雙控電磁閥，氣爪氣缸選用二位五通單控電磁閥。讓二位五通單控電磁閥線圈通電時氣爪松開，斷電時氣爪夾緊，那么無論在哪個環節，即使遇到突然斷電等突發情況，夾持的工件也不會掉下。

5 程序設計

機械手的控制是個典型的順序控制過程，本文采用步進控制程序圖來編寫[1]。

步進控制程序圖分為狀態轉移圖（SFC）和步進梯形圖，它們的執行結果是完全相同的。由于狀態圖編程具有更好的可讀性,便于理解,易于被沒有工作經驗的學生所掌握[2]，同時狀態轉移圖可以按一定地轉化規則簡易地轉成步進梯形圖輸入編程軟件，這里我們采用狀態轉移圖來分析機械手的控制。

整個狀態轉移圖程序如下圖3所示。

6 結論

將該狀態轉移圖轉成梯形圖程序輸入PLC，通過聯機調試，能對機械手按給定要求準確可靠地進行調試與運行。

狀態轉移圖將復雜的過程分解成了若干個狀態，將復雜的工序分化為一個個小的工序，有利于程序的設計。同時狀態轉移圖法編程簡單、調試方便、可讀性強、易于掌握，能清晰地反映全部控制工藝過程。

[1] http://www.baike.com/wiki/機械手.

[2] 黃偉，胡青龍．機械手PLC控制系統的設計[J]．機電工程技術．2008．37(11)：91-95.

[3] 楊少光．機電一體化設備的組裝與調試[M]．南寧：廣西教育出版社．2009.

[4] 程周．機電一體化設備組裝與調試競賽指導[M]．北京：高等教育出版社．2010.

[5] 杜從商．PLC編程應用基礎：三菱[M]．北京：機械工業出版社．2009.8（2015.7重印）.

[6] 張玉清．談PLC中的狀態轉移圖編程[J]．牡丹江大學學報．2008．17(3) ：105-107.

Debugging and operation control of Pneumatic Manipulator Based on PLC

Luo Zhiyun，Zhu Chongyang，Chen Jun
(Zhongshan Technical Secondary School，Zhongshan Guangdong, 528400)

Firstly, the manipulator’s basic structure was introduced. Then, based on control requirements, inputs/outputs were assigned and stop signal processing was analyzed. Finally, using sequential function chart(SFC), debugging and operation control of manipulator was analyzed and achieved. The control task is simplified, the logic is clear, the programming is simpler and more readable.

PLC；manipulator；SFC；debugging；operation

圖3 程序設計圖