顧含，黃杰，張志榮

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PLC并聯(lián)技術(shù)在工業(yè)機(jī)械手控制中的應(yīng)用研究

顧含，黃杰，張志榮

摘 要：針對(duì)工業(yè)機(jī)械手在成型材料篩選中的工序要求，設(shè)計(jì)了工業(yè)機(jī)械手的PLC并聯(lián)控制系統(tǒng)。首先介紹了PLC并聯(lián)通信的設(shè)計(jì)原理，然后，對(duì)PLC的輸入輸出及軟元件進(jìn)行了設(shè)定，最后，詳述了機(jī)械手工序的實(shí)現(xiàn)原理和流程。

關(guān)鍵詞：PLC；并聯(lián)控制；機(jī)械手；工業(yè)

0 引言

機(jī)械手是具有模仿人手某些動(dòng)作功能，按設(shè)定程序用以抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置[1]。它可以代替人的部分操作，特別是在高溫、危險(xiǎn)、有害的工作環(huán)境中，利于保護(hù)人身安全，因此在自動(dòng)化生產(chǎn)線上有廣泛的應(yīng)用。可編程邏輯控制器（PLC）具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、體積小、維護(hù)方便等特點(diǎn)，是工業(yè)機(jī)械手的理想控制裝置[2]。

1 工業(yè)機(jī)械手控制要求

本文介紹的機(jī)械手用于對(duì)兩種體積不同的成型材料的篩選，其動(dòng)作示意圖如圖1所示：

圖1　機(jī)械手動(dòng)作示意圖

機(jī)械手的動(dòng)作一共有6個(gè)，分別是上升/下降，夾緊/放松，左移/右移。其中前4個(gè)動(dòng)作由汽缸驅(qū)動(dòng)，而汽缸又由相應(yīng)的電磁閥控，例如當(dāng)上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手上升。這4個(gè)動(dòng)作由一臺(tái)PLC(A)控制。機(jī)械手的左右移動(dòng)涉及到工件被放到A管道還是B管道，因此，由另一臺(tái)PLC（B）控制步進(jìn)電機(jī)來完成。工件A和工件B是兩種體積不同的成型材料，工件B的體積較大。工件A必須送往A管道，工件B必須送往B管道。傳送帶上傳送的是無序的兩種工件，機(jī)械手上安裝的傳感器可以探測(cè)到當(dāng)前處理的是何種工件，然后按照設(shè)定的動(dòng)作將工件送往各自的管道，如此循環(huán)。機(jī)械手的動(dòng)作周期如圖2所示：

圖2　機(jī)械手動(dòng)作周期

從原點(diǎn)開始，按下啟動(dòng)后，機(jī)械手下降，碰到下限開關(guān)，下降停止，同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手將工件夾緊，同時(shí)探測(cè)到工件的類型，并通知PLC（B），夾緊后機(jī)械手上升，碰到上限開關(guān)，此時(shí)PLC（B）控制步進(jìn)電機(jī)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行水平移動(dòng)，根據(jù)工件的類型，移動(dòng)到相應(yīng)的管道上方，移動(dòng)到位后，再通知PLC（A）進(jìn)行操作。PLC（A）接通下降電磁閥，使機(jī)械手下降，碰到下限開關(guān)后停止，機(jī)械手松開，工件落入相應(yīng)管道，機(jī)械手上升，由PLC（B）控制左移，回到原始位置，至此完成一個(gè)周期的動(dòng)作，并不斷循環(huán)工作下去，直到按下停止，機(jī)械手完成當(dāng)前周期的動(dòng)作，回到原始位置后自動(dòng)停止。

在機(jī)械手的控制中，PLC（A）負(fù)責(zé)完成機(jī)械手的上升/下降和夾緊/松開動(dòng)作，PLC（B）完成機(jī)械手的左移/右移動(dòng)作，兩者需要協(xié)同動(dòng)作才能使機(jī)械手達(dá)到預(yù)期的功能，因此就需要用到PLC之間的并聯(lián)通信，例如，在PLC（A）控制機(jī)械手夾緊工件并上升到位后，就需要通知PLC（B）開始進(jìn)行右移；在PLC（A）探測(cè)到所抓到工件的類型后，就要通知PLC（B）水平移動(dòng)的距離，使PLC（B）將機(jī)械手移動(dòng)到相應(yīng)的管道上方。

2 PLC并聯(lián)通信

并聯(lián)鏈接功能，就是連接2臺(tái)同一系列的可編程控制器，使其軟元件相互鏈接的功能。根據(jù)要鏈接的點(diǎn)數(shù)，可以分為普通模式和高速模式，在普通模式下共享的軟元件點(diǎn)數(shù)較多，在高速模式下共享的軟元件點(diǎn)數(shù)較少，但是可以用較快的速度實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新[3]。在這兩種模式下所有共享的軟元件都能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新。

這里使用的是三菱FX1S型PLC，其用于并聯(lián)鏈接的共享軟元件如表1所示：

表1　FX1S型PLC并聯(lián)鏈接共享軟元件

由于在機(jī)械手的控制中，只需要用到一些位軟元件，因此采用普通模式。

FX1S型PLC可通過一塊FX1N-485-BD通信板進(jìn)行并聯(lián)鏈接，接線時(shí)應(yīng)使用屏蔽雙絞線纜，連線圖如圖3所示：

圖3　PLC并聯(lián)接線圖

一般情況下須將屏蔽層接地，在條件簡(jiǎn)陋，兩臺(tái)PLC距離較近的情況下，使用通的信號(hào)線，外層不接地，也可以完成通信。

在通信設(shè)定中必須對(duì)通信功能做一些初始化工作，具體通過修改軟元件D8120來完成。在PLC編程軟件GX-Developer與FXGP-WIN中，都有寫入?yún)?shù)的功能，可以修改D8120的內(nèi)容，或者可以通過在主程序中直接為D8120賦值。在編程時(shí)，兩臺(tái)PLC的身份分別為主機(jī)和從機(jī)，主機(jī)需將M8070置位，從機(jī)需將M8071置位，并都要給D8070賦一個(gè)初值，各軟元件的具體功能如表2所示：

表2　各軟元件的具體功能

將線纜連好，并下載完程序后，同時(shí)打開主機(jī)和從機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)PLC之間的通信。通信時(shí)主站與從站之間的共享軟元件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新，例如，當(dāng)主站的中間繼電器M400~M449發(fā)生變化時(shí)，從站的M400~M449也自動(dòng)變?yōu)橹髡镜闹?，同樣，主站的M450~M499隨從站的M450~M499變化。

3 輸入輸出及軟元件設(shè)定

PLC（A）的輸入輸出及軟元件設(shè)定如表3所示：

表3　PLC（A）的輸入輸出及軟元件設(shè)定

其中X002與X003為控測(cè)到的工件類型輸入，X006為壓力傳感器的輸入，用以確定是否將物品夾緊，而松開時(shí)使用定時(shí)器，因此不需要用傳感器判斷是否已松開。

PLC（B）的輸入輸出及軟元件設(shè)定如表4所示：

表4　PLC（B）的輸入輸出及軟元件設(shè)定

其中Y000~Y004為步進(jìn)電機(jī)各相的端子，當(dāng)五個(gè)端子上輸出序列脈沖時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

4 實(shí)現(xiàn)原理

在機(jī)械手的整個(gè)控制過程中，主站決定整個(gè)過程中每一步的運(yùn)行順序，而從站只是受控于主站。由于整個(gè)工序是按步進(jìn)順序執(zhí)行的，因此主站采用步進(jìn)梯形圖（SFC）編程較為方便。主站的SFC圖如圖4所示：

圖4　主站的SFC圖

過程按照控制要求中敘述的步驟進(jìn)行，是有著明顯周期特性與步進(jìn)特性的循環(huán)。主站控制著整個(gè)機(jī)械手動(dòng)作過程的

順序，只在左移和右移時(shí)，通知從站，由從站執(zhí)行該步的操作，當(dāng)從站完成該步操作時(shí)，再通知主站，由主站繼續(xù)往下執(zhí)行。從站的工作是負(fù)責(zé)將兩種類型的工件移動(dòng)到相應(yīng)的管道上空，因此工件的類型決定了移動(dòng)的距離，這可以由步進(jìn)電機(jī)來完成。從站的工作流程如圖5所示：

圖5　從站的工作流程

機(jī)械手移動(dòng)的方向由步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制，這里步進(jìn)電機(jī)為5相，在驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，5個(gè)端子上輸出的脈沖序列如圖6所示：

圖6　各端子輸出的脈沖序列

通過兩臺(tái)PLC的協(xié)同操作，可以使機(jī)械手周期性地執(zhí)行步進(jìn)動(dòng)作，從而達(dá)到了預(yù)期的目的。

5 總結(jié)

本文根據(jù)自動(dòng)化生產(chǎn)線上成型材料篩選的工作要求，將PLC并聯(lián)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械手控制中。該設(shè)計(jì)采用普通模式下的PLC并聯(lián)鏈接，通過設(shè)定PLC的輸入輸出及軟元件，使其達(dá)到控制要求，最后運(yùn)用步進(jìn)順序控制編程，簡(jiǎn)化了程序，且便于調(diào)試。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡旭蘭．生產(chǎn)線組合機(jī)床自動(dòng)上下料機(jī)械手[J]．機(jī)械制造，2005，43(7)：32-34．

[2] 王善剛，許海斌．PLC在機(jī)械手中的應(yīng)用[J]．長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，9(3)：45-48．

[3] 王衛(wèi)兵，高俊山．可編程控制器原理及應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

Application of PLC Parallel Technology in Industrial Mechanical Arm Control

Gu Han, Huang Jie, Zhang Zhirong
(China Satellite Maritime Tracking and Control Department, Jiangyin 214431, China)

Abstract:In order to achieve the action of mechanical arm in the forming material screening process, PLC parallel control system of mechanical arm is designed. The design principle of PLC parallel communication is introduced at first. Then the input and output of PLC are set. Finally, the implementation principle of the mechanical arm is introduced in detail.

Key words:PLC; Parallel Control; Mechanical Arm; Industry

收稿日期：（2015.05.29）

作者簡(jiǎn)介：顧 含（1978-），男，中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向：輪機(jī)工程，江陰：214431 黃 杰（1988-），男，中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向：機(jī)械自動(dòng)化，江陰：214431張志榮（1984-），男，中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向：電氣工程，江陰：214431

文章編號(hào)：1007-757X(2016)02-0069-02

中圖分類號(hào)：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A