一、機(jī)械手及其控制要求

    如圖6-19所示是一臺(tái)工件傳送的起動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作示意圖，其作用是將工件從A點(diǎn)傳遞到B點(diǎn)。起動(dòng)機(jī)械手的升降和左右移動(dòng)分別由兩個(gè)具有雙線圈的兩位電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸來(lái)完成，其中上升與下降對(duì)應(yīng)電磁閥的線圈分別為YV1與YV2，左行、右行對(duì)應(yīng)電磁閥的線圈分別為YV3與YV4。一旦電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的動(dòng)作，直到相對(duì)的另一線圈通電為止。氣動(dòng)機(jī)械手的夾緊、松開的動(dòng)作由只有一個(gè)線圈的兩位電磁閥驅(qū)動(dòng)的氣缸完成，線圈(YV5)斷電夾住工件，線圈(YV5)通電，松開工件，以防止停電時(shí)的工件跌落。機(jī)械手的工作臂都設(shè)有上、下限位和左、右限位的位置開關(guān)SQ1、SQ2和SQ3、SQ4，夾持裝置不帶限位開關(guān)，它是通過(guò)一定的延時(shí)來(lái)表示其夾持動(dòng)作的完成。機(jī)械手在最上面、最左邊且除松開的電磁線圈(YV5)通電外其他線圈全部斷電的狀態(tài)為機(jī)械手的原位。

    機(jī)械手的操作面板分布情況如圖6-20所示，機(jī)械手具有手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)和回原位5種工作方式，用開關(guān)SA進(jìn)行選擇。手動(dòng)工作方式時(shí)，用各操作按鈕(SB5、SB6、SB7、SB8、SB9、SB10、SB11)來(lái)點(diǎn)動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的各動(dòng)作；單步工作方式時(shí)，每按一次起動(dòng)按鈕(SB3)，向前執(zhí)行一步動(dòng)作；單周期工作方式時(shí)，機(jī)械手在原位，按下起動(dòng)按鈕SB3，自動(dòng)地執(zhí)行一個(gè)工作周期的動(dòng)作，最后返回原位（如果在動(dòng)作過(guò)程中按下停止按鈕SB4，機(jī)械手停在該工序上，再按下起動(dòng)按鈕SB3，則又從該工序繼續(xù)工作，最后停在原位）；連續(xù)工作方式時(shí)，機(jī)械手在原位，按下起動(dòng)按鈕( SB3)，機(jī)械手就連續(xù)重復(fù)進(jìn)行工作（如果按下停止按鈕SB4，機(jī)械手運(yùn)行到原位后停止）；返回原位工作方式時(shí)，按下“回原位”按鈕SB11，機(jī)械手自動(dòng)回到原位狀態(tài)。

    圖6-19    機(jī)械手示意圖

    圖6-20    機(jī)械手操作面板示意圖

    二、PLC的I/O分配

    如圖6-21所示為PLC的I/O接線圖，選用三菱plc  FX2N-48MR的PLC，系統(tǒng)共有18個(gè)輸入設(shè)備和5個(gè)輸出設(shè)備分別占用PLC的18個(gè)輸入點(diǎn)和5個(gè)輸出點(diǎn)，請(qǐng)讀者考慮是否可以用6.4節(jié)介紹的方法來(lái)減少占用PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時(shí)），能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM。在PLC開始運(yùn)行時(shí)按下“電源”按鈕SB1，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點(diǎn)接通，給輸出設(shè)備提供電源；出現(xiàn)緊急情況時(shí)，按下“急停”按鈕SB2，KM觸點(diǎn)斷開電源。

    圖6-21    機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC的I/O接線圖

    PLC程序設(shè)計(jì)

    1．程序的總體結(jié)構(gòu)

    如圖6-22所示為機(jī)械手系統(tǒng)的PLC梯形圖程序的總體結(jié)構(gòu)，將程序分為公用程序、自動(dòng)程序、手動(dòng)程序和回原位程序4個(gè)部分，其中自動(dòng)程序包括單步、單周期和連續(xù)工作的程序，這是因?yàn)樗鼈兊墓ぷ鞫际前凑胀瑯拥捻樞蜻M(jìn)行，所以將它們合在一起編程更加簡(jiǎn)單。梯形圖中使用跳轉(zhuǎn)指令使得自動(dòng)程序、手動(dòng)程序和回原位程序不會(huì)同時(shí)執(zhí)行。假設(shè)選擇“手動(dòng)”方式，則X0為ON、X1為OFF，此時(shí)PLC執(zhí)行完公用程序后，將跳過(guò)自動(dòng)程序到P0處，由于X0常閉觸點(diǎn)為斷開，故執(zhí)行“手動(dòng)程序”，執(zhí)行到P1處，由于X1常閉觸點(diǎn)為閉合，所以又跳過(guò)回原位程序到P2處；假設(shè)選擇“回原位”方式，則X0為OFF、X1為ON，跳過(guò)自動(dòng)程序和手動(dòng)程序執(zhí)行回原位程序；假設(shè)選擇“單步”或“單周期”或“連續(xù)”方式，則X0、X1均為OFF，此時(shí)執(zhí)行完自動(dòng)程序后，跳過(guò)手動(dòng)程序和回原位程序。

    2．各部分程序的設(shè)計(jì)

    (1)公用程序

    公用程序如圖6-23所示，左限位開關(guān)X12、上限位開關(guān)X10的常開觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開的Y4的常開觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時(shí)，輔助繼電器M0變?yōu)镺N，表示機(jī)械手在原位。

    圖6-22    機(jī)械手系統(tǒng)PLG梯形圖的總體結(jié)構(gòu)

    圖6-23    公用程序

    公用程序用于自動(dòng)程序和手動(dòng)程序相互切換的處理，當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，必須將除初始步以外的各步對(duì)應(yīng)的輔助繼電器( M11～M18)復(fù)位，同時(shí)將表示連續(xù)工作狀態(tài)的M1復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)丁作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后又返回自動(dòng)工作方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況，引起錯(cuò)誤的動(dòng)作。

    當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài)(M0為ON)，在開始執(zhí)行用戶程序(M8002為ON)、系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)或回原點(diǎn)狀態(tài)（X0或X1為ON）時(shí)，初始步對(duì)應(yīng)的M10將被置位，為進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果此時(shí)MO為OFF狀態(tài)，M10將被復(fù)位，初始步為不活動(dòng)步，系統(tǒng)不能在單步、單周期和連續(xù)工作方式下工作。

    (2)手動(dòng)程序

    手動(dòng)程序如圖6-24所示，手動(dòng)工作時(shí)用X14～X21對(duì)應(yīng)的6個(gè)按鈕控制機(jī)械手的上升、下降、左行、右行、松開和夾緊。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在手動(dòng)程序中設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖，例如上升與下降之間、左行與右行之間的互鎖；上升、下降、左行、右行的限位；上限位開關(guān)X10的常開觸點(diǎn)與控制左、右行的Y2和Y3的線圈串聯(lián)，使得機(jī)械手升到最高位置才能左右移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)與別的物體碰撞。

    (3)自動(dòng)程序

    如圖6-25所示為機(jī)械手系統(tǒng)自動(dòng)程序的功能表圖。使用通用指令的編程方式設(shè)計(jì)出的自動(dòng)程序如圖6-26所示，也可采用其他編程方式編程，艾特貿(mào)易網(wǎng)在此不再贅述。

    圖6-24    手動(dòng)程序

    圖6-25    自動(dòng)程序的功能表圖

    系統(tǒng)工作在連續(xù)、單周期（非單步）工作方式時(shí)，X2的常閉觸點(diǎn)接通，使M2（轉(zhuǎn)換允許）ON，串聯(lián)在各步電路中的M2的常開觸點(diǎn)接通，允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。

    假設(shè)選擇的是單周期工作方式，此時(shí)X3為ON，X1和X2的常閉觸點(diǎn)閉合，M2為ON，允許轉(zhuǎn)換。在初始步時(shí)按下起動(dòng)按鈕X5，在M11的電路中，M10、X5、M2的常開觸點(diǎn)和X12的常閉觸點(diǎn)均接通，使M11為ON，系統(tǒng)進(jìn)入下降步，Y1為ON，機(jī)械手下降；機(jī)械手碰到下限位開關(guān)X11時(shí)，M12變?yōu)镺N，轉(zhuǎn)換到夾緊步，Y4被復(fù)位，工件被夾緊；同時(shí)TO得電，2s以后T0的定時(shí)時(shí)間到，其常開觸點(diǎn)接通，使系統(tǒng)進(jìn)入上升步。系統(tǒng)將這樣一步一步地往下工作，當(dāng)機(jī)械手在步M18返回最左邊時(shí)，X4為ON，因?yàn)榇藭r(shí)不是連續(xù)工作方式，M1處于OFF狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件MI．X12滿足，系統(tǒng)返回并停留在初始步M10。

    在連續(xù)工作方式，X4為ON，在初始狀態(tài)按下起動(dòng)按鈕X5，與單周期工作方式時(shí)相同，M11變?yōu)镺N，機(jī)械手下降，與此同時(shí)，控制連續(xù)工作的M1為ON，往后的工作過(guò)程與單周期工作方式相同。當(dāng)機(jī)械手在步M18返回最左邊時(shí)，X12為ON，因?yàn)镸1為ON，轉(zhuǎn)換條件M7·X4滿足，系統(tǒng)將返回步M11，反復(fù)連續(xù)地工作下去。按下停止按鈕X6后，M1變?yōu)镺FF，但是系統(tǒng)不會(huì)立即停止工作，在完成當(dāng)前工作周期的全部動(dòng)作后，在步M18返回最左邊，左限位開關(guān)X12為ON，轉(zhuǎn)換條件MI·X12滿足，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。

    圖6-26    自動(dòng)程序

    如果系統(tǒng)處于單步工作方式，X2為ON，它的常閉觸點(diǎn)斷開，“轉(zhuǎn)換允許”輔助繼電器M2在一般情況下為OFF，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。設(shè)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，M10為ON，按下起動(dòng)按鈕X5，M2變?yōu)镺N，使M11為ON，系統(tǒng)進(jìn)入下降步。放開起動(dòng)按鈕后，M2馬上變?yōu)镺FF。在下降步，Y0的得電，機(jī)械手降到下限位開關(guān)X11處時(shí)，與Y0的線圈串聯(lián)的X11的常閉觸點(diǎn)斷開，使Y0的線圈斷電，機(jī)械手停止下降。X11的常開觸點(diǎn)閉合后，如果沒(méi)有按起動(dòng)按鈕，X5和M2處于OFF狀態(tài)，一直要等到按下起動(dòng)按鈕，M5和M2變?yōu)镺N，M2的常開觸點(diǎn)接通，轉(zhuǎn)換條件X11才能使M12接通，M12得電并自保持，系統(tǒng)才能由下降步進(jìn)入夾緊步。以后在完成某一步的操作后，都必須按一次起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)才能進(jìn)入下一步。

    在輸出程序部分，X10～X13的常閉觸點(diǎn)是為單步工作方式設(shè)置的。以下降為例，當(dāng)小車碰到限位開關(guān)X11后，與下降步對(duì)應(yīng)的輔助繼電器M11不會(huì)馬上變?yōu)镺FF，如果Y0的線圈不與X11的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，機(jī)械手不能停在下限位開關(guān)X11處，還會(huì)繼續(xù)下降，這種情況下可能造成事故。

    (4)回原點(diǎn)程序

    如圖6-27所示為機(jī)械手自動(dòng)回原點(diǎn)程序的梯形圖。在回原點(diǎn)工作方式下(X1為ON)，按下回原點(diǎn)起動(dòng)按鈕X7，M3變?yōu)镺N，機(jī)械手松開和上升，升到上限位開關(guān)時(shí)X10為ON，機(jī)械手左行，到左限位處時(shí)，X12變?yōu)镺N，左行停止并將M3復(fù)位。這時(shí)原點(diǎn)條件滿足，M0為ON，在公用程序中，初始步M0被置位，為進(jìn)入單周期、連續(xù)和單步工作方式做好了準(zhǔn)備。

    圖6-27    回原位程序

    3．程序綜合與模擬調(diào)試

    由于在分部分程序設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮各部分之間的相互關(guān)系，因此只要將公用程序(圖6-23)、手動(dòng)程序（圖6-24）、自動(dòng)程序（圖6-26）和回原位程序（圖6-27）按照機(jī)械手程序總體結(jié)構(gòu)（圖6-22）綜合起來(lái)即為機(jī)械手控制系統(tǒng)的PLC程序。

    模擬調(diào)試時(shí)各部分程序可先分別調(diào)試，然后再進(jìn)行全部程序的調(diào)試，也可直接進(jìn)行全部程序的調(diào)試。