實驗用氣動機械手的PLC控制設(shè)計

實驗用氣動機械手的PLC控制設(shè)計摘要：介紹了實驗用氣動機械收的PLC控制設(shè)計過程，在分析控制要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計氣動系統(tǒng)，選用S7-200CPU226控制器，并設(shè)計出相應(yīng)控制程序，控制程序采用“化整為零”，“積零為整”的模塊化設(shè)計思想，控制程序運行效率高，可讀性好。該實驗機械手性能穩(wěn)定、成本相對較低，能很好地滿足實驗教學(xué)與科技創(chuàng)新設(shè)計需要。關(guān)鍵詞：機械手氣動系統(tǒng)S7-200可編程控制器0引言PLC控制實驗機械手是可編程控制器相關(guān)課程中的實驗內(nèi)容之一，它對可編程控制器的原理及控制應(yīng)用的理解具有非常重要的意義。在教學(xué)中常常使用機械手實驗設(shè)備，課程設(shè)計以及科技創(chuàng)新設(shè)計也常采用。為滿足教學(xué)、實驗和科技創(chuàng)新需要，設(shè)計該實驗機械手。實驗機械手選用S7-200CPU226控制器，用氣源作驅(qū)動，能很好地滿足教員和學(xué)員實驗、課程設(shè)計與科技創(chuàng)新設(shè)計需要，試用效果良好。1工作過程與控制要求1.1工作過程實驗機械手的工作過程是將工件從左工作臺搬往右工作臺，如圖1所示。機械手的初始位置停在原點，接下動按鈕后，機械手將依次完成下降一夾緊一上升一右移一再下降一放松一再上升一左移8個動作，機械手的下降、上升、右移、左移等動作的轉(zhuǎn)換，是由相應(yīng)的限位開關(guān)來控制的，而夾緊、放松動作的轉(zhuǎn)換是由時間來控制的。機械手所用的動作均由氣壓驅(qū)動，它的上升與下降、左移與右移等動作均由三位五通電磁換向閥控制，即當下降電磁線圈CY2-0通電時，機械手下降；下降電磁線預(yù)案CY2-0斷電時，機械手停止下降；只有當上升電磁CY2-1通電時，機械手才上升。機械手的夾緊和放松用一個二位五通電磁換向閥來控制，線圈通電時夾緊，線圈斷電時放松。左工作臺右工作臺圖.機械手工作時的動作示意圖1.2控制要求機械手的控制要求分為：①手動工作方式：利用按鈕對機械手每一動作單獨進行控制。譬如，按“下降”按鈕，機械手下降，按“上升”按鈕，機械手上升。用手動操作可以使機械手置于原點位（機械手在最左邊和最上面，且夾緊裝置松開），還便于維修時機械手的調(diào)整；②單步工作方式：從原點開始，按照自動工作循環(huán)的步序，每按一起動按鈕，機械手完成一步的動作后自動停止；③單周期工作方式：按下啟動按鈕，從原點開始，機械手按工序自動完成一個周期的動作，返回原點后停止；④連續(xù)工作方式：按下啟動按鈕，機械手從原點開始按工序自動反復(fù)連續(xù)循環(huán)工作，知道按下停止按鈕，機械手自動停機。或者將工作方式選擇開關(guān)轉(zhuǎn)換到“單周期”工作方式，此時機械手在完成最后一個周期的工作后，返回原點自動停機。2氣動驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計機械手的氣動驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置，主要實現(xiàn)機械手垂直、水平和手爪的夾緊動作。氣動原理如圖2所示。、，三位五通電磁換向閥與消音器、二位五通電磁換向閥與消音器、、?單向節(jié)流閥、水平氣缸與磁性行程開關(guān)、垂直氣缸與磁性行程開關(guān)八夾緊氣缸、氣源調(diào)節(jié)裝置與截止閥圖氣動系統(tǒng)工作原理圖2.1垂直、水平運動部分電磁閥2的電磁線圈CY2-1通電，壓縮空氣經(jīng)電磁換向閥2和節(jié)流閥5進入垂直氣缸8下缸體，機械手上升，氣缸8伸出到ST2位置，機械手上升停止，電磁閥2的電磁線圈CY2-0通電，壓縮空氣進入氣缸8上缸體，則機械手下降，氣缸8縮回到ST1位置，機械手下降停止；電磁閥1的電磁線圈CY1-1通電，壓縮空氣經(jīng)電磁換向閥1和節(jié)流閥4進入水平氣缸7右缸體，機械手左移，氣缸7縮回到ST4位置，機械手左移停止，電磁閥1的電磁線圈CY1-0通電，壓縮空氣進入氣缸7左缸體，則機械手右移，氣缸7伸出到ST3位置，機械手右移停止。2.2夾緊、松開運動部分機械手下降到左工作臺后，電磁轉(zhuǎn)向閥3的電磁線圈CY3-1通電，壓縮空氣經(jīng)電磁轉(zhuǎn)向閥3和節(jié)流閥6進入夾緊氣缸9下缸體，機械手夾緊物體，當機械手按控制要求運動右工作臺后，電磁轉(zhuǎn)向閥3的電磁線圈CY3-1斷電，壓縮空氣經(jīng)進入夾緊氣缸9上缸體，夾緊氣缸9松開物體。1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計3.1PLC的選擇和I/O地址分配4FC'fS-lC'VL-O單周期連續(xù)啟動下限無工（作檢2測停止下降

上升—CV3-I1CVL-L下降夾緊上升4FC'fS-lC'VL-O單周期連續(xù)啟動下限無工（作檢2測停止下降

上升—CV3-I1CVL-L下降夾緊上升右移左移原點圖二機械王L匚控制外部接線圖機械手的工作狀態(tài)和操作的信息需要18個輸入端子。具體分配為：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)有手動、單步、單周期和連續(xù)4鐘工作方式，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。控制機械手的輸出信號需要6個輸入端子，具體分配為：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。根據(jù)控制要求及端子數(shù)，此處選用直流電型S7-200CPU226DC/DC/DC。它共有輸入24點，輸出16點，滿足控制所需端子數(shù)，分配PLC正常運行，接24V外部直流時，需要進行過流保護、短路保護和接地處理。未接地的直流電源公共端M與保護地PE之間用RC并聯(lián)電路連接，電容和電阻值分別為4700pF和1MH，電阻提供電釋放通路，電容提供高頻噪聲通路。3.2控制程序設(shè)計該機械手控制程序較復(fù)雜，運用模塊化設(shè)計思想，采用“化整為零”的方法，將機械手控制程序分為：公用程序、手動程序和自動程序，分別編出這些程序段后，再“積零為整“，用條件跳轉(zhuǎn)指令進行選擇，該控制程序運行效率高，可讀性好。（1）公用程序。公用程序用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及不用的工作方式之間相互切換的處理。（2）手動程序。手動程序分為點動控制和單步控制兩部分，手動操作不需要按工序順序動作，按普通繼電器程序來設(shè)計。手動操作的梯形圖如圖4所示。手動按鈕10.7、11.3~12.1分別控制下降、上升、右移、左移、夾緊、放松和回原點各個動作。為了保證系統(tǒng)的安全運行設(shè)置了一些必要的連鎖。其中在左、右移動的梯形圖中加入了10.2作為上限連鎖，因為機械手只有處于上限位置時，才允許左右移動。由于夾緊、放松、動作是用二位五通電磁換向閥的CY3-1電磁線圈控制，故在梯形圖中用“置位“、"復(fù)位”指令。（3）自動程序。由于自動操作的動作較復(fù)雜，采用順序功能圖設(shè)計程序，用以表明動作的順序和轉(zhuǎn)換條件，矩形框表示“工步”，相鄰兩工步用線段連接，表明轉(zhuǎn)換