摘要：指出了木工設備工業(yè)機械手控制系統(tǒng)廣泛應用于木材加工自動化領域，該系統(tǒng)由很多不同的控制器，而PLC以其結構簡單、性能可靠、編程容易、易于擴展等優(yōu)點，應用最為廣泛。介紹一種基于西門子PLC運用順序控制來進行設計的工業(yè)機械手控制系統(tǒng)。

關鍵詞：工業(yè)機械手;西門子;PLC順序控制

中圖分類號：TP241

文獻標識碼：A

文章編號：1674—9944（2019）17-0104-03

1 系統(tǒng)概述

工業(yè)機械手初始點位于傳送帶B上，手臂在系統(tǒng)啟動前上升，當上升觸碰到限位開關后（IB5閉合），此時手臂會發(fā)生動作向左旋轉，碰到限位開關后（IB2閉合），手臂下降，到達下降位置后（IB6閉合），傳送帶A就會開始運行。當有物品進入到手指能夠感應的范圍時候會觸發(fā)光電開關IB1，氣缸動作，使手指抓住物品（IB4閉合），此時手臂會上升，當上升過程中碰到上升限位開關后（IB5閉合），此時手臂會發(fā)生動作向右旋轉，當碰到限位開關后（IB3閉合），此時手臂會下降，到達下降位置后（IB6閉合），會觸發(fā)開關使手指松開，此時物品會被放置到傳送帶B上，延時2 s，以此循環(huán)（圖1）。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 系統(tǒng)構成

工業(yè)機械手控制系統(tǒng)包括以下幾部分：①傳送帶：運輸工件;②光電開關：感應工件;③氣爪：抓取工件;④絲杠：升降機構;⑤電磁閥：控制氣爪開閉;⑥限位開關：控制升降極限位置;⑦三相異步電動機：控制傳送帶開肩和停止。

2.2 PLC、系統(tǒng)I/O分配

在進行PLC程序編寫之前，要將對應的I/O口分配好，信號和接口要一一對應好，根據(jù)系統(tǒng)設計需要，將輸入和輸出接口分配如表1所示。

3順序控制基本概念

3.1 順序控制的基本概念

順序控制就是按照要求設定好的動作順序，在各命令的作用下，根據(jù)程序設定好的內部狀態(tài)和時間順序，各機構在程序的控制下按照一定的順序進行動作。典型的例子，如常見的交通信號燈和機械手搬運等等都是運用到程序順序控制的案例來進行按順序進行動作的。此種利用PLC順序控制的實例是可以按照順序控制設計方法來進行編程軟件設計的。采用順序控制設計法時，應按照以下步驟就行，首先根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，畫出順序功能圖，然后以此為依據(jù)進行梯形圖程序的編寫。

3.2 順序功能圖

順序功能圖由4個部分構成：步、與步對應的動作或命令、有向連線和轉換條件。

3.2.1 步的概念

順序控制最基本的思想是系統(tǒng)由若干個按照一定順序相連的階段構成的，而這些階段就叫做步，步是用編程元件來表示的。步的劃分是根據(jù)一個系統(tǒng)的輸出狀態(tài)的變化來進行劃分的，一步內的輸出狀態(tài)是不變的，為1或者O，而兩個相鄰步之間的輸出狀態(tài)量一定是不同的，步的這種劃分方法使代表各狀態(tài)輸出量和編程元件的變化的邏輯關系是非常簡單的。

以運料小車自動往返控制系統(tǒng)為例，如圖2所示，小乍初始停在最左邊SQ1位置，限位開關IO.1=1。按下啟動按鈕，小車右行至中限位SQ2后左行。左行至SQ1后停止5s，時間到右行至SQ3后再左行，第二次左行至SQ1小車停止。根據(jù)工作任務要求，由 QO.0和QO.1的狀態(tài)變化（圖3），將上述工作過程分為5步，分別用M4.1- M4.5來代表這5步，另外還設置了一個等待啟動的初始步。圖4所示是描該陔系統(tǒng)的順序功能圖，圖中用矩形方框表示步。為了更直觀地將功能圖和梯形圖之間的轉換，為了便于將順序功能圖轉換為梯形圖，將編程的地址作為每個步的代號，并標注了相互之間轉換的條件和命令。

初始步為系統(tǒng)的初始狀態(tài)，一般為靜止狀態(tài)，等待系統(tǒng)對其發(fā)出命令。初始步的表示是用雙線框，初始步在每一個順序功能圖中都是必須有的。

當系統(tǒng)運行到對應的步時候，該步就被激活，執(zhí)行該步對應的動作。

3.2.2 與步對應的動作或命令

控制系統(tǒng)的每一步都有要完成的某些動作或命令，當該步處于活動狀態(tài)時，該步內相應的動作或命令被執(zhí)行;反之不被執(zhí)行。與該步相關的動作或命令用矩形框中的文字或符號表示。根據(jù)需要，指令與對象的動作響應之間可能有多種情況。如圖4所示的步M4.1對應的動作為QO.O=1，QO.1僅在M4.1為活動步時才會得電，如果M.1.1不是活動步，則Q0.0=O。如果某一步對應幾個動作，畫法就可以用圖5中對應的兩種畫法來表示，同一個步中不同的動作是沒有順序關系的。

3.2.3 有向連線

有向連線是指步的轉換過程指向表明步的轉換過程，即代表系統(tǒng)輸出狀態(tài)的變化過程。順序控制設計中，系統(tǒng)狀態(tài)的輸出是按照程序規(guī)定順序來的，而該順序的體現(xiàn)就說有向連線。功能圖中的各方框代表的是每個步，而有向連線將他們按照一定的順序連接起來表示程序是按照一定的順序執(zhí)行的，系統(tǒng)是按照一定的順序輸出對應狀態(tài)的。一般功能圖的進展方向是從下往下或者從左到右，用有向線段連接起來。

3.2.4 轉換與轉換條件

當需要轉換時，在連線上用垂直于有向線段的短線來表示，轉換是將相鄰的兩步分隔開來。每個步是否被激活是由轉換條件來實現(xiàn)的，并和系統(tǒng)運行過程中的各種輸入條件相對應的?？梢钥闯鲇汕耙徊降较乱徊降男盘柦凶鲛D換條件，該條件可以是內部狀態(tài)的變化，例如計時器、定時器、加計數(shù)器輸出的觸點接通，或者信號的與、或、非邏輯組合也可以是外部條件輸入信號，例如傳感器、按鈕、開關等。

3.3順序控制基本概念

3.3.1 單序列

如圖6（a）所示的順序功能圖由一系列順序連接的步組成，每一步后面僅有一個轉換，每一個轉換的后面只有一個步，這樣的順序功能圖結構稱為單序列。

3.3.2 并行序列

并列序列如圖6（b）所示，是指幾個系統(tǒng)并行工作的情況。而每個并行工作的序列就叫分支，當這幾個序列同時起作用時候，這些序列就稱為并行序列。當同時滿足步3被激活且轉換條件e=1時候，步4和6都會被激活。而步3就會變成步活動步。水平的連接線用雙線表示是為了強調轉換是同步實現(xiàn)的。當步4和步6被同時變成活動步后，每個序列中活動步的運行是相互獨立的。這就表示在雙水平線上，只能有一個轉換符號。

當并列的序列合并時就叫合并，水平雙線之下只允許一個轉換符號。當有這種情況的時候，雙線上的所有前面一級的步都處于被激活時候，比如步6和步8都是活動狀態(tài)的時候，且滿足轉移條件i=1時，此時步9就會變成活動步，而步5和步8就會同時變成為步活動步。

4 系統(tǒng)軟件設計

順序功能圖的繪制及梯形圖設計如圖7、圖8所示。

5結語

本系統(tǒng)設計是一種基于西門子PLC運用順序控制來進行設計的工業(yè)機械手控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)工件的運輸，實現(xiàn)了自動化，節(jié)省了人力成本，并提高了該系統(tǒng)的可靠性。如果能在該系統(tǒng)基礎上增加視覺系統(tǒng)實現(xiàn)殘缺件識別分揀，還能進一步提高該系統(tǒng)的應用范圍。

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收稿日期：2019-10- 28

作者簡介：豐波（1991 -），男，碩士，助教，研究方向為自動化電氣控制。