IST指令在機械手控制中的應(yīng)用探究*

張 敏

（廣東理工學(xué)院，廣東肇慶 526100）

0 引言

初始化指令I(lǐng)ST是三菱FX系列PLC中的一條方便指令，所謂方便指令，即一條功能指令能實現(xiàn)多條基本指令所實現(xiàn)的控制，旨在減少PLC的編程負擔，可以做到利用最簡單的指令完成較為復(fù)雜的控制。現(xiàn)代典型的工業(yè)控制中，從設(shè)計、調(diào)試到應(yīng)用，大多要求系統(tǒng)有手動控制、單步、單周期、自動等多種控制方式，IST指令專門用于有多種控制方式要求的工業(yè)控制過程的程序設(shè)計，使得復(fù)雜的控制過程得到最大程度的簡化。它能實現(xiàn)上述多種工作方式的選擇和切換，而自動方式下的程序主體是一個SFC程序，只需要模式選擇開關(guān)進行方式選擇，便可由IST指令自動切換執(zhí)行該方式下的動作，使得程序大為簡化。本文將舉例用IST指令對機械手的控制，來說明該指令的應(yīng)用。

1 機械手控制任務(wù)的提出

如圖1所示，一臺氣動機械手用于將A點上的工件搬運到B點，機械手需要執(zhí)行上升、下降、右行、左行等動作，上述動作的完成由電磁閥推動氣缸實現(xiàn)。機械手的夾緊和放松兩種狀態(tài)由線圈得電與失電控制，當線圈得電為夾緊，失電為放松。

氣缸的運動由限位開關(guān)來控制，機械手的初始狀態(tài)在左限位、上限位、且手臂為失電放松狀態(tài)。機械手的動作過程為下降→夾緊→上升→右行→下降→放松→上升→左行，此為一個單循環(huán)。現(xiàn)在要求機械手可實現(xiàn)如下控制方式：

手動操作方式，用于程序設(shè)計初期系統(tǒng)調(diào)試，同時也用于非正常停機狀態(tài)下回原點操作。

回原位操作方式，用于程序設(shè)計初期系統(tǒng)調(diào)試。

單步運行方式，每次按下啟動按鈕則機械手前進一個工步。

單周期運行方式，在初始位置按啟動按鈕則按照下降→夾緊→上升→右行→下降→放松→上升→左行執(zhí)行一次。

自動控制方式，用于正常情況下的程序連續(xù)執(zhí)行和操作。

圖1 機械手控制示意圖

2 機械手控制任務(wù)的實施

2.1 IST指令說明

控制程序中采用IST指令，本指令用于態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移圖中設(shè)置初始狀態(tài)及特殊輔助繼電器，且該指令應(yīng)放在初始狀態(tài)步S0、S1、S2之前，指令格式為：

圖2 IST指令格式

其中，S0為手動操作方式初始狀態(tài)繼電器，S1為回原位操作方式狀態(tài)繼電器，S2為自動操作方式狀態(tài)繼電器，單步運行、單周期運行包括在自動化控制方式中。

X20是指定操作輸入的首元件，X20-X27連續(xù)的八個輸入被占用，且X20-X24必須用選擇開關(guān)，以保證這組輸入中不可能有兩個輸入同時為ON。其中，X20指定為手動操作接通觸點，若X20=1，進入S0狀態(tài)，執(zhí)行手動部分程序如下圖5，此時手動按鈕可直接控制設(shè)備動作；X21指定為返回原點接通觸點，若X21=1，進入S1狀態(tài)，按下回原位按鈕X25，則按下圖6程序執(zhí)行回原位操作；X22指定為單步操作接通觸點，若X22=1，且起動按鈕X26=1，滿足M8043=1轉(zhuǎn)移條件，則進入S2狀態(tài)，可單步執(zhí)行；X23同X22的條件，但進入S2后是執(zhí)行一次循環(huán)；X24同X22的條件，但進入S2后是執(zhí)行自動循環(huán)，如需停止，必須按下X27才可停止；X25指定為返回原位按鈕；X26指定為起動按鈕；X27指定為停止按鈕[1]。

IST指令對三種操作方式的控制示意圖如下：

IST指令下要用到的特殊輔助繼電器具體使用如下[2]：

M8040禁止轉(zhuǎn)移：其為ON時禁止狀態(tài)轉(zhuǎn)移，PLC啟動后接通，由IST指令控制。

M8041轉(zhuǎn)移啟動：其為ON時自動操作方式下能由初始狀態(tài)S2向下一狀態(tài)轉(zhuǎn)移，斷開時自動操作方式下不能由初始狀態(tài)向下一狀態(tài)轉(zhuǎn)移，由IST指令控制。

M8042啟動脈沖：在非手動方式下按下按鈕X25或X26時接通一個脈沖，由IST指令控制。

M8043回原位：回原位時接通，只有其接通后才能激活自動初始步S2，回原點操作時由S10—S19中用到的最后一個狀態(tài)自我復(fù)位前接通，由用戶程序控制。手動時由M8044控制，M8044得電時自動接通。任何方式下M8043置位前，改變操作方式選擇，則所有輸出Y為OFF。

M8044原點條件：檢測到機械原點時接通，由用戶初始化程序控制。

M8047（STL狀態(tài)有效）：PLC運行時接通，由IST指令控制。

圖3 IST指令設(shè)定的3種操作方式

2.2 硬件設(shè)計

由題意需要和IST指令的設(shè)計需求可知，系統(tǒng)共需要限位開關(guān)4個、手動控制按鈕6個、操作方式選擇開關(guān)5個、自動控制按鈕3個共計18個輸入點，電磁閥控制機械手臂的移動5個輸出點。考慮到輸入輸出點留有10%-15%的余量備后續(xù)需要等因素[3]，可有兩種選擇方案：

第一、選擇三菱FX2N-48MR型PLC；

第二、選擇FX2N-16MR型PLC，但需要配備FX2N-16EX型號的I/O擴展單元[4]。

文中的控制采用第一種硬件選型。其系統(tǒng)的I/O分配表[5]如表1所示。

表1 系統(tǒng)的I/O分配表

由I/O分配表可得到PLC系統(tǒng)外部接線原理圖[6]如表4所示。

圖4 PLC系統(tǒng)外部接線原理圖

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該控制系統(tǒng)有初始化程序、手動操作方式、回原點方式及自動操作方式程序，設(shè)計如下。

2.3.1 初始化程序設(shè)計

首先要設(shè)定程序的初始化參數(shù)，該控制的初始化程序要設(shè)定原點位置的條件和IST指令所指定的元件參數(shù)，初始化程序如圖5，原位條件輔助繼電器M8044得電條件是機械手處于左限、上限位和放松狀態(tài)；同時，當PLC運行時，執(zhí)行IST指令，并指定規(guī)定的受控制元件。

圖5 程序初始化

2.3.2 手動控制控制方式

當操作方式檔位選擇為手動時，程序自動進入S0狀態(tài)，S0狀態(tài)下的程序負責完成每個工步的手動控制，程序中包括了上升、下降、左行、右行、夾緊和放松等手動操作，用各自的限位開關(guān)實現(xiàn)線圈的斷開，再用相反作動線圈的常閉實現(xiàn)互鎖。要注意左行及右行電磁閥得電的條件是機械手臂處于上限位[7]。具體程序如圖6。

圖6 手動操作方式程序

2.3.3 回原位控制程序設(shè)計

回原位操作方式初始狀態(tài)已被IST指令指定為S1，當操作方式擋位選擇為回原位時，程序自動進入S1狀態(tài)，在該狀態(tài)下，按下回原位按鈕X25，則進入S10轉(zhuǎn)態(tài)，執(zhí)行Y0、Y1復(fù)位，及機械手停止下降及手抓松開，而Y2得電上升，到上限后Y4得電左行，到左限后進入S11狀態(tài)，該處用程序?qū)崿F(xiàn)M8043(回原點)置位，以便后續(xù)能驅(qū)動S2的自動狀態(tài)，同時，S11復(fù)位。程序如圖7所示。

圖7 回原位操作方式程序

2.3.4 自動控制程序設(shè)計

單步、單周期及自動控制程序均在自動控制程序中完成，只是擋位選擇不同，則由IST指令控制選擇不同的操作方式。當X22=1時，M8040=1，禁止轉(zhuǎn)移，但按下啟動按鈕X26，則M8040=0，可轉(zhuǎn)移一步，按照圖7程序執(zhí)行單步操作；當X23=1時，M8041在按啟動按鈕時接通一次，此時可完成一個循環(huán)，由于后續(xù)M8041不被接通，故為單周期運行方式；當X24=1時，M8041在按啟動按鈕時保持接通，故為循環(huán)運行方式，并按照圖8所示流程連續(xù)進行，程序如圖8所示[8]。

3 結(jié)束語

通過硬件連接、程序編寫和系統(tǒng)調(diào)試后，證實該控制可由設(shè)計中的程序進行正確的控制。可見，在不增加過多程序的基礎(chǔ)上，只要引入初始化部分程序；用戶程序中合理應(yīng)用M8040-M8044等特殊輔助繼電器；再注意PLC硬件接線中I/O口的正確分配；選擇和合適的擋位開關(guān)等，就能在控制中實現(xiàn)事半功倍的效果，使復(fù)雜控制簡單化，這就是方便指令I(lǐng)ST對有多種控制方式要求的系統(tǒng)的應(yīng)用意義。

圖8 自動方式狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

［1］王阿根.電氣可編程控制原理與應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2014.

［2］MITSUBISHI.FX2N系列PLC編程手冊［Z］.1998.

［3］阮友德.電氣控制與PLC實訓(xùn)教程［M］.北京：人民郵電出版社，2017.

［4］MITSUBISHI.FX2N系列PLC使用手冊［Z］.1997.

［5］江燕.PLC技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：中國鐵道出版社，2013.

［6］高安邦，薛嵐.三菱PLC工程應(yīng)用設(shè)計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2013.

［7］高安邦.PLC技術(shù)與應(yīng)用理實一體化教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2013.

［8］崔龍成.三菱電機小型可編程序控制器應(yīng)用指南［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2012.