机械手自动控制系统设计及实现

摘要

随着微处理器、计算机对数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。

关键词:PLC 自动控制机械手程序

1前言

1.1 PLC的定义

国际电工委员在1985年的PLC标准草案第3稿中,对PLC作了如下定义:“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计.它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.可编程序控制器及其有关设备,都应按易于使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计.”

1.2 PLC研究目的及实际中的应用场合

因为PLC已广泛应用到各行各业的机械设备和生产过程的电气控制装置中. 所以了解PLC的工作原理、具备设计、调试和维护PLC控制系统的能力，已经成了现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。目前，PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。

1.3 国内研究现状及发展趋势

在70年代末和80年代初,我国随国外成套设备,专用设备,引进了不少国外的PLC.在传统设备改造和新设备设计中PLC的应用逐年增加,取得良好效果,PLC 在我国的应用越来越广泛.作为目前国内控制市场上的主流控制器，PLC市场的国内参与者却需要尴尬地面对这样一个局面，即在高达31亿的PLC市场总需求中，国产PLC不到整个市场份额1％。

2 方案设计

2.1传送分检机的工作过程及控制要求

1、系统要有自动、半自动、单步、手动、回原点共五种工作方式。

2、手动方式：当调整需要时，各机构要能单独动作，具体如下

（1）电磁铁能得电也能失电；

（2）上升、下降机构能上、能下；

（3）左右移动机构能左移也能右移

3、自动循环动作顺序：

（1）当系统处于原点位置时（机械手的上升、下降机构处于上极限位，左移、右移机构处于左极限位，而且吸球的电磁铁失电时，为系统的原点位置条件），按起动按钮，机械手下降；

（2）下降1s后，若下降到位则是小球（若1s后未能下降到位，则是大球），不管是大球还是小球，电磁铁都得电，吸球；

（3）吸球延时1s，确保吸牢，机械手上升；

（4）上升到位，右移；

（5）右移到小球球筐位（若是大球则右移到大球球筐），下降；

（6）下降到位，电磁铁失电，放球；

（7）放球延时1s，确保放松，机械手上升；

（8）上升到位，左移；

（9）左移到位，根据工作方式继续循环或停止。

工作方式选择开关的5个位置分别对应与5种方式,操作面板左下部的6个按钮是手动按钮,控制面板如图所示.机械手用来分选钢质大球和小球如图所示.

表一:行程开关

表二:机构动作的执行元件

2.1.1 I/O分配表：

(1)I

(2)O

有上表可知，I/O点数为19/5。根据被控对象I/O总点数，并考虑到今后调整和扩充，一般应加上10%～15%的裕量。输入信号有19个，考虑到有15%的备用点，即20×（1+15%）=23,因此共需23个输入点;输出信号有5个，考虑到有15%的备用点，即5×（1+15%）=6,因此共需6个输出点；此系统可选，I/O 点数为23/7，根据I/O的分配表可以选出PLC的型号，为FX1n-40MR-D。

3传送分检机的控制应用设备及元器件

3.1主电路与电源电路

PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC5V、±12V、24V等直流。小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器提供24V直流电源。

3.2 PLC的外部接线图

4 传送分检机控制编程方式4.1 顺序功能图

5传送分检机控制程序及程序说明

5.1工作方式

为了满足生产的需要,很多工业设备要求设置多种工作方式,例如手动和自动(连续、单周期、单步和自动返回初始状态)工作方式.

（1）公用程序如下图一所示用于自动程序和手动程序的相互切换的处理,当系统处于手动工作方式时,必须将除初始步以外的各步对应的辅助继电器(M20-M30)复位.在非连续工作方式用X14的常闭触点将表示连续工作的标志M7复位.

（2）手动程序如下图二所示,X10为1时执行手动程序,反之将执行跳步指令“CJ P1”跳过手动程序.为了保证系统安全运行,在手动程序设置了一些必要的连锁.例如上升和下降之间,左行和右行之间的互锁,为了防止功能相反的两个输出继电器同时为ON.上下左右极限开关X1X3-X5的常闭触点分别与控制机械手移动的Y0-Y3的线圈串联,以防止因机械手运行超限出现事故.

（3）自动程序梯形图

用起保停电路设计的自动程序由以下图所示,它包含了单周期,连续和单步3种工作方式.单周期,连续和单步3种工作方式用连续标志M7和转换允许标志M6来区分。单步与非单步的区别，系统工作连续、单周期工作方式，X12的常闭触点接通，使转换允许标志M6为ON，串联在各起保停电路中的M6的常M6来区分。单步与非单步的区别，系统工作连续、单周期工作方式，X12的常闭触点接通，使转换允许标志M6为ON，串联在各起保停电路中的M6的常开触点接通，允许步与步之间的转换。单周期与连续的区分,在连续工作方式,X14为ON,按下起动按钮X16,连续标志M7变为ON并所存，在单周期工作方开触点接通，允许步与步之间的转换。单周期与连续的区分,在连续工作方式,X14为ON,按下起动