李燦燦 譚宗柒 黃星德 吳 凌

(三峽大學(xué)機械與材料學(xué)院,湖北宜昌 443002)

氣動系統(tǒng)具有許多顯著的優(yōu)點,在工業(yè)自動化中得到愈來愈廣泛的應(yīng)用,機械手的驅(qū)動和控制方式基本上都是采用高精度伺服電機,成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速度慢、工作效率較低,這些問題阻礙了自動裝卸機械手在生產(chǎn)實際上的廣泛應(yīng)用.本文主要研究用PLC控制低成本、高速的氣缸來組成氣動機械手,實現(xiàn)生產(chǎn)線上工件自動裝卸.主要對PLC在氣動機械手系統(tǒng)應(yīng)用中從選型到控制氣動閥的動作做出詳細的介紹.

1 功能分析

通過對氣動系統(tǒng)工作原理圖的分析,需要實現(xiàn)氣動機械手的取物、上下、左右動作的自動循環(huán)、單步循環(huán)、和手動操作.

圖1 氣動系統(tǒng)工作原理圖

2 操作面板設(shè)計及PLC選型

為實現(xiàn)氣動機械手以上功能,設(shè)計符合人們?nèi)粘Ｉ盍?xí)慣的操作面板,如圖2所示.

圖2 機械手操作面板

根據(jù)操作面板需要及限位信號輸入,分配PLC輸入端子:位置檢測信號有下限、上限、右限、左限位共4個行程開關(guān),需要4個輸入端子;“無工件”檢測信號采用光電開關(guān)作檢測元件,需要1個輸入端子;“工作方式”選擇開關(guān)有點動、單步、單周期和連續(xù)4種工作方式,需要4個輸入端子;手動操作時,需要有下降、上升、右移、左移、夾緊、放松、回原點7個按鈕,需要7個輸入端子;自動工作時,尚需啟動按鈕、停止按鈕,需占2個輸入端子.因此機械手的工作狀態(tài)和操作的信息需要18個.根據(jù)機械手實現(xiàn)的功能,分配PLC輸出端子:機械手的下降、上升、右移、左移和夾緊5個電磁閥線圈,需要5個輸出點;機械手從原點開始工作,需要有1個原點指示燈,需用1個輸出點.因此需要6個輸出端子.因此控制機械手的輸出信號需要6個,輸入端子和輸出端子的地址分配見表1.

表1 PLC端子地址分配表

根據(jù)控制要求及端子數(shù),此處選用FX2N-48MR繼電器型PLC.FX2N-48MR型PLC共有輸入24點,輸出24點,滿足控制所需端子數(shù),分配PLC的I/O端子接線如圖3所示.

圖3 PLC外部接線圖

3 PLC程序分析設(shè)計

由于該機械手工作有4種工作方式,運用模塊化設(shè)計思想,將機械手控制程序分為:手動程序和自動程序,分別編出這些程序段后,再用條件跳轉(zhuǎn)指令進行選擇,不僅提高了編程效率而且控制程序運行效率高[1-3].

圖4 主程序簡圖

手動程序包括點動和單步兩種工作方式.手動操作即為按下操作面板上的按鈕,PLC向機械手發(fā)出相應(yīng)的信號,機械手得到相應(yīng)的動作.按下停止開關(guān),或是放開操作按鈕后,氣缸停止動作.不需要考慮工序順序動作,按普通繼電器程序來設(shè)計.設(shè)計過程略.

自動程序包括單周期和連續(xù)兩種工作方式.單周期為機械手開始工作時,機械手從原點開始動作,只進行一次完整的取物搬運物料的動作,動作完成后,機械手回到原點,等待下一次指令.而連續(xù)工作方式為當(dāng)機械手從原點開始工作時,就順序執(zhí)行動作,直到按下停止按鈕后,機械手才停止動作.

在編寫自動程序時,選用了順序控制功能圖的編程方法.自動程序的執(zhí)行對硬件可靠性的要求是很高的,需要限位開關(guān)提供精確的反饋信號.

圖5 自動程序

但在編寫PLC程序時,須將順序控制功能圖轉(zhuǎn)化為梯形圖或是PLC語言.至此,自動程序編制完成.將手動程序和自動運行程序加入主控程序中,即成為完整的氣動機械手PLC的控制程序.

4 結(jié) 論

設(shè)計一個完整的PLC控制系統(tǒng),不僅是單一編寫一套PLC運行程序,而是先要分析系統(tǒng)主體所需要實現(xiàn)的功能及其一系列的輔助功能,如數(shù)控機床中,切削液的開關(guān)及照明報警等輔助裝置的工作.這樣分析系統(tǒng)PLC輸出和輸入后,設(shè)計硬件接線電路,將PLC輸入端子與操作面板控件和檢測單元、輸出端子與執(zhí)行部件對應(yīng)起來.這樣保證程序編寫有序不雜亂,再根據(jù)系統(tǒng)功能的特點選擇適當(dāng)?shù)木幊谭椒ㄒ岳诔绦虻膶崿F(xiàn).

本文提出了PLC硬件和軟件在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的一般設(shè)計方法和流程,適用于對傳統(tǒng)生產(chǎn)線的自動化改裝.充分利用了PLC的人機交互性較強和程序利于編制、硬件設(shè)計簡單等優(yōu)點,實現(xiàn)生產(chǎn)線自動化的控制.

[1]廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

[2]朱春波,王大明.PLC控制的氣動上下料機械手[J].液壓氣動與密封,1996(6):21-24.

[3]葉愛芹,袁金強.PLC在機械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].安徽技術(shù)師范學(xué)校學(xué)報,2001(4):64-65.