机电工程系电气自动化机械手PLC控制系统设计.doc

机械手PLC控制系统设计机械手在专用及自动生产线上应用的十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。本设计中的机械手采用关节式结构。各动作由液压驱动，并由电磁阀控制。动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则。一、机械手PLC控制系统的基本组成1.机身 2.大臂电机 3.光电编码器 4.大臂 5.小臂电机 6.同步带7.光电编码器 8.小臂 9.手腕升降电机 10手抓电机 11手抓及绕磁线圈1.机械手及料架的组成机械手的结构主要由手指，手腕，小臂和大臂等几部分组成。料架为旋转式，由料盘和棘轮机构组成。2.PLC控制系统的组成PLC控制系统采用三菱F1系列超小型PLC对机械手进行动作控制。各动作由油泵电机（采用Y100L2-4.3KM）液压驱动，并由电磁阀控制。其中油泵电机及各电磁阀运行状态均有指示灯显示。二、机械手的动作过程及其控制要求1.机械手的动作过程以镗孔专用机床加工零件的上料，下料为例，机械手的工作顺序是：由原始位置将已加工好的工件卸下，放回料架，等料架转过一定角度后，再将未加工零件拿起，送到加工位置，等待镗孔加工结束，再将加工完毕工件放回料架，如此重复循环。具体动作顺序是：原始位置手指夹紧（抓住卡盘上的工件）松卡盘手腕左移（从卡盘上卸下已加工好的工件）小手臂上摆大手臂下摆手指松开（工件放回料架）小手臂收缩料架转位小手臂伸出手指夹紧（抓住未加工零件）大手臂上摆（取送零件）小手臂下摆手腕右移卡盘收紧手指松开，等待加工。2技术要求及指标 1、输入电压：AC200V240V（带保护接地三芯插座）； 2、气源：0.2Mpa0.85Mpa；3 图中机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。为使机械手动作准确，在机械手的极限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5，对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，并发出动作到位的输入信号。传送带A上装有光电开关SP，用于检测传送带A上物品是否到位。机械手的起、停由图中的起动按钮SB1、停止按钮SB2控制。传送带A、B由电动机拖动。机械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由液压驱动，并分别由六个电磁阀来控制。2 机械手的动作流程传送带B处于连续运行状态，故不需要用PLC控制。机械手及传送带A顺序动作的要求是：1) 按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。首先上升电磁阀通电，手臂上升，至上升限位开关动作；2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作；3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作；4) 启动传送带A运行，由光电开关SP检测传送带A上有无物品送来，若检测到物品，则抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作；5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作；6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作；7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作；8) 放松电磁阀通电，机械手松开手爪，经延时2秒后，完成一次搬运任务，然后重复循环以上过程。9) 按下停止按钮SB2或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。根据对机械手的顺序动作要求，可以画出时序图如图2所示。由时序图可作出图3所示的机械手动作流程图。由时序图可作出图3所示的机械手动作流程图。图2 机械手故作布序图3 PLC选型及其I/O点编号分配3.1 PLC的选型由于机械手系统的输入/输出接点少，要求电气控制部分体积小，成本低，并能够用计算机对PLC进行监控和管理，故选用日本OMRON（立石）公司生产的多功能小型C20P主机。该机输入点为12，输出点为8。内部主要有：136个辅助继电器、16个特殊功能继电器、160个保持继电器、8个暂存继电器、48个定时/计数器、64个16位数据存贮器。3.2 I/O点编号分配根据图3所示的机械手动作流程图，可以确定电气控制系统的I/O点分配，如表1所示。表1 机械手控制I/O分配表根据图3流程图和表1的I/O分配表，可以编制出状态转移图如图4所示。4 编程及程序运行4.1 用步进指令编程根据图4状态转移图，编制的步进梯形图程序如图5所示。图5中，“全部输出禁止”部分的作用是在停止时禁止全部输出，使机械手停止在现行的工步上；重新起动时又能从停止前的工步继续动作。在状态由HR010转移至HR000的条件中，增加了保持继电器的常闭触点，其作用是：当机械手工作在某一中间工步时，若PLC断电或停止运行，机械手停止在中间工