三菱PLC控制的機械手系統(tǒng)設(shè)計

陳偉勝

摘 要：由于氣動機械手具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低，控制方便等優(yōu)點，并可以根據(jù)各種自動化設(shè)備的工作需要，按照設(shè)定的程序工作，因此它在自動生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線上被廣泛應(yīng)用。由于企業(yè)需要對變送器進行高低溫補償，針對公司現(xiàn)有的提供補償所用的高低溫箱，設(shè)計了一套小型的用來放置變送器的立體框架，它采用了三菱PLC控制的氣動機械手將準(zhǔn)備進行高低溫補償?shù)淖兯推?，放置到框架上下兩層的各工位上。在詳?xì)研究了氣動機械手的結(jié)構(gòu)、動作循環(huán)及工作原理之后，根據(jù)該氣動機械手的工作流程，設(shè)計了氣壓傳動系統(tǒng)和三菱PLC控制系統(tǒng)。包括氣動原理的制定、氣動元件的選擇以及三菱PLC選型和順序功能圖的編寫。氣動機械手采用多位置氣缸，以實現(xiàn)機械手在框架每層各工位之間的操作；并使機械手操作氣缸沿立柱上下運動，以實現(xiàn)機械手在上下兩層之間的操作。

關(guān)鍵詞：機械手；PLC；控制系統(tǒng)

一、機械手的單個工作流程

機械手移動到傳送帶B工件處夾緊工件——將工件移動到指定位置傳送帶A—放下工件—機械手回到初始位置五個過程完成，機械手通過三菱PLC來控制，可實現(xiàn)這五個過程全自動依次運行：A）械手移動到工件B處：機械手分別通過步進電機及直流電機來控制，使得機械手移到工件（傳送帶B）處，移動的最大位置通過相應(yīng)的限位開關(guān)來控制；B）工件移動到指定位置：機械手分別通過步進電機及直流電機來控制，使得機械手移到工件（傳送帶A）處，移動的最大位置通過相應(yīng)的限位開關(guān)來控制；）C夾放工件：通過夾緊/放下直流電機的正轉(zhuǎn)來控制，夾緊工件通過定時器來控制，即憑經(jīng)驗設(shè)定一個時間（本系統(tǒng)設(shè)為55），在這個時間內(nèi)機械手能完全夾緊工件；D）放下工件：通過夾緊/放下直流電機的反轉(zhuǎn)來控制，通過松限開關(guān)來控制；E）機械手回到初始位置：機械手分別通過步進電機及直流電機來控制，使得機械手移到初始位置處，移動的最大位置通過相應(yīng)的限位開關(guān)來控制。

二、機械手的操作方式

機械手的操作方式可分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。（1）手動：用按鈕操作對機械手的每一步運動單獨進行控制，如：當(dāng)選擇上/下運動時，按下起動按鈕，機械手上升，按下停止按鈕，機械手下降；當(dāng)選擇左/右運動時，按下起動按鈕，機械手左移，按下停止按鈕，機械手右移；當(dāng)選擇夾緊/放松按鈕時，按下起動按鈕，機械手夾緊，按下停止按鈕，機械手放松，該方式用于機械手系統(tǒng)的“回原位”操作本系統(tǒng)中，可用手動方式用于機械手的初始狀態(tài)定位，用操作面板上的按鈕來點動執(zhí)行相應(yīng)的各動作；（2洋步：每按一次起動按鈕，機械手完成一步動作后，自動停止；（3洋周期操作：機械手從原點開始，按一下起動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后，返回原位（如果在動作過程中，按下停止按鈕，機械手停在該工序上，再按下起動按鈕，則又從該工序繼續(xù)工作，最后停在原位），本系統(tǒng)采用單周期方式進行機械手的工藝過翟機械手移動到傳送帶B工件處—夾緊工件—將工件移動到指定位置傳送帶A—放下工件—機械手回到初始位置）；（4漣續(xù)操作：機械手從原點開始，按一下起動按鈕SB3，機械手的動作將自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)，在工作中，若按一下停止按鈕SB4，則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。

三、機械手氣動系統(tǒng)設(shè)計

氣動機械手硬件系統(tǒng)由四個氣缸、三個真空吸盤、限位磁性接近開關(guān)、5個兩位五通電磁氣閥和1個兩位兩通電磁氣閥組成的閥島、控制面板、接線端子、三菱PLC、按鈕開關(guān)及指示燈等相關(guān)電氣元件組成。當(dāng)按鈕開關(guān)或磁性接近開關(guān)發(fā)出信號傳遞到三菱PLC輸入端子，經(jīng)過三菱PLC程序處理，三菱PLC發(fā)出動作控制信號驅(qū)動相應(yīng)主控閥電磁線圈的通斷，控制壓縮空氣的運動方向，使氣缸產(chǎn)生對應(yīng)的動作。要實現(xiàn)前述控制任務(wù)要求，其控制部分包括氣動回路與三菱PLC控制部分。氣動機械手的氣壓控制回路如圖3所示。氣源產(chǎn)生壓縮空氣，經(jīng)三聯(lián)件處理后，經(jīng)兩位五通閥和單向節(jié)流閥分別進入滑臺氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸、懸臂氣缸、升降氣缸。兩位五通閥電磁線圈的通斷決定了氣缸的動作，比如控制滑臺氣缸的二位五通閥通電時，滑臺氣缸本體（缸體）左移；斷電時滑臺氣缸本體（缸體）右移。本機械手選擇兩位閥，而沒有選擇具有中位機能的三位閥，主要是為了減少控制信號，減少三菱PLC的輸出點數(shù)。單向節(jié)流閥的作用是調(diào)節(jié)氣缸的運動速度，產(chǎn)生一定的背壓緩沖。對真空吸盤吸光盤的過程，當(dāng)真空發(fā)生器通過高壓氣體時，產(chǎn)生一定的真空度，實現(xiàn)吸光盤，此時，兩位五通閥處于通電狀態(tài)，兩位兩通閥處于斷電狀態(tài)。對放光盤的過程，要求高壓氣體先經(jīng)兩位兩通閥，通過真空吸盤將吸附的光盤吹落，延遲一段時間后斷開真空吸盤的氣路，以節(jié)約用氣量，故要求在兩位五通閥通電、兩位兩通閥斷電狀態(tài)下，兩位兩通閥先通電，延遲一段時間后，兩位五通閥再斷電，然后兩位兩通閥再斷電。

四、機械手電氣系統(tǒng)設(shè)計

應(yīng)用三菱PLC作為電氣控制，可以減化控制線路，降低故障率，實現(xiàn)機械手多種動作線路，具有一定的柔性，也適于教學(xué)演示。一般機械手有手動、自動控制之分，手動控制主要用來硬件調(diào)試。自動控制中也分單步、單周期、周期循環(huán)等工作狀態(tài)。其控制要求為：按下啟動按鈕，檢測氣動機械手是否處于原位，如果不是，按下復(fù)位按紐回到原位，如果是，則檢測氣動機械手處于何種工作狀態(tài)下，單步意味著每按下一次啟動按鈕，機械手執(zhí)行一步動作；單周期指執(zhí)行一次動作循環(huán)，最后回到初始位置；周循環(huán)則是機械手重復(fù)不斷的執(zhí)行動作，直到按下復(fù)位或停止按鈕為止。根據(jù)機械手的硬件結(jié)構(gòu)，三菱PLC輸入信號有：工作狀態(tài)選擇開關(guān)輸入、啟動停止按鈕輸入、磁性接近開關(guān)信號輸入、手動開關(guān)輸入及程序選擇開關(guān)輸入共22個輸入點；機械手的輸出信號有：驅(qū)動4個氣缸的電磁閥線圈4個，控制真空吸盤的電磁閥線圈2個，原點指示燈1個，共7個輸出點。選擇輸入點大于22點，輸出點大于7點的三菱PLC，可選擇三菱的FX2n-48MR。

五、機械手三菱PLC程序設(shè)計

氣機械手的控制及動作路線由三菱PLC的程序來實現(xiàn)，根據(jù)前述要求，該程序框架采用調(diào)用子程序方法，在主程序中實現(xiàn)機械手工作狀態(tài)的選擇，子程序?qū)崿F(xiàn)機械手的復(fù)位和動作路線的實現(xiàn)，這種程序框架邏輯清晰，便于閱讀與修改擴展，其程序框架如圖所示。

在搬運光盤的過程中，光盤會越搬越少，故選擇循環(huán)動作工作狀態(tài)時，每次機械手下降的行程會逐漸增長，故程序中沒有使用升降氣缸的伸出限位開關(guān)來反饋位置信號，而是以三菱PLC的軟時間繼電器設(shè)置合適的延遲時間來代替，當(dāng)光盤被搬空時，升降氣缸伸出限位開關(guān)被觸動時，機械手就自動復(fù)位，回初始位置。

結(jié)論

氣動機械手具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、成本低等特點。針對公司現(xiàn)有的高低溫箱，設(shè)計了一套小型的用來放置變送器的立體框架，它采用了三菱PLC控制的氣動機械手，將準(zhǔn)備進行高低溫補償?shù)淖兯推?，放置到框架上下兩層的各工位上，實現(xiàn)了變送器的高低溫補償系統(tǒng)。并設(shè)計了氣壓傳動系統(tǒng)和三菱PLC控制系統(tǒng)。包括氣動原理的制定、氣動元件的選擇以及三菱PLC選型和順序功能圖的編寫。氣動機械手采用了多位置氣缸，以實現(xiàn)機械手在框架每層各工位之間的操作；并使機械手使用氣缸沿立柱上下運動，以實現(xiàn)機械手在上下兩層之間的操作。本設(shè)計提高了生產(chǎn)的速度，減輕了工人的勞動強度，節(jié)約了人力資源，具有很強的實用性。

參考文獻

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