基于PLC的气动机械手调试与运行的控制

罗智芸，朱重阳，陈钧

（中山市中等专业学校，广东中山，528400）

基于PLC的气动机械手调试与运行的控制

罗智芸，朱重阳，陈钧

（中山市中等专业学校，广东中山，528400）

首先介绍了机械手的基本结构，接着在分析控制要求的基础上，分配输入输出端，分析停止信号的处理。最后采用状态转移图法分析实现对机械手调试与运行两种模式的控制，使得控制任务简化、逻辑清晰、编程简单、可读性强。

PLC；机械手；状态转移图；调试；运行

0 引言

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可以重复的做同一动作，在机械正常情况下永远也不会觉得累！它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全[1]，如在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合[2]。它能按照生产工艺的要求，通过编程，遵循一定的程序、时间和位置等来完成工件的传送和装卸，完成各种预期的作业。本文介绍基于YL-235A型光机电一体化设备装置的气动机械手控制，配的是三菱FR2N-48MR PLC。

1 机械手结构

机械手结构及各部件名称如下图1所示。

图1 机械手结构

该机械手主要由支架、左右限位挡块、旋转气缸、悬臂及悬臂气缸、手臂及手臂气缸、气爪及气爪气缸等组成。机械手的所有动作都是通过气缸来完成：旋转气缸控制机械手左右摆动，悬臂气缸控制悬臂伸出缩回，手臂气缸控制手臂上升下降，气爪气缸控制气爪松开夹紧。各气缸的动作是否到位均由对应的传感器来检测。

为了让气爪能稳定可靠地抓取和放置工件，气爪在抓取工件前后和放置工件前有延时，这里我们取0.5s。

2 控制要求

本次以如下控制要求为例来分析机械手的控制。

状态选择开关SA1是一转换旋钮：旋在左边，机械手进入调试状态；旋在右边：进入运行状态。

调试时，机械手动作流程为：初始位置-选择调试（每按一次启动SB5，向前执行一个动作，每按一次停止，向后执行一个动作）-悬臂伸出-手臂下降-气爪夹紧-手臂上升-悬臂缩回-向右旋转-悬臂伸出-手臂下降-气爪放松-手臂上升-悬臂缩回-向左旋转-初始位置。

运行时，机械手能将工件从A位置搬运至B位置，动作流程为：初始位置-选择运行-启动SB5-悬臂伸出-手臂下降-延时0.5s-气爪夹紧-延时0.5s-手臂上升-悬臂缩回-机械手向右旋转-悬臂伸出-手臂下降-延时0.5s-气爪放松-手臂上升-悬臂缩回-机械手向左旋转-初始位置。

初始位置为：机械手靠在左限位挡块，悬臂缩回，手臂上升，气爪松开。

停止：在运行过程中，按下停止按钮SB6，要求机械手完成当前工件的搬运后，回到原位再停止；在搬运过程中遇到突然断电等突发情况，要保证机械手所有气缸的气路状态断电瞬间不改变、夹持的工件不掉下[3]。

3 输入输出分配

输入端：启动、停止按钮2点，调试、运行状态选择开关1点悬臂气缸前后限位2点，手臂气缸上下限位2点，旋转气缸左右限位2点，气爪夹紧1点，共10个输入端。

输出端：悬臂输出缩回2点，手臂上升下降2点，旋转气缸向左右旋转2点，气爪夹紧松开2点，共8个输出端。

整个电气控制原理图如下图2所示。

图2 机械手电气控制原理图

4 停止信号的处理

要保证机械手所有的状态断电瞬间不改变、夹持的工件不掉下，只需配置合适的电磁阀即可[]。机械手的悬臂气缸、手臂气缸、旋转气缸用二位五通双控电磁阀，气爪气缸选用二位五通单控电磁阀。让二位五通单控电磁阀线圈通电时气爪松开，断电时气爪夹紧，那么无论在哪个环节，即使遇到突然断电等突发情况，夹持的工件也不会掉下。

5 程序设计

机械手的控制是个典型的顺序控制过程，本文采用步进控制程序图来编写[1]。

步进控制程序图分为状态转移图（SFC）和步进梯形图，它们的执行结果是完全相同的。由于状态图编程具有更好的可读性,便于理解,易于被没有工作经验的学生所掌握[2]，同时状态转移图可以按一定地转化规则简易地转成步进梯形图输入编程软件，这里我们采用状态转移图来分析机械手的控制。

整个状态转移图程序如下图3所示。

6 结论

将该状态转移图转成梯形图程序输入PLC，通过联机调试，能对机械手按给定要求准确可靠地进行调试与运行。

状态转移图将复杂的过程分解成了若干个状态，将复杂的工序分化为一个个小的工序，有利于程序的设计。同时状态转移图法编程简单、调试方便、可读性强、易于掌握，能清晰地反映全部控制工艺过程。

[1] http://www.baike.com/wiki/机械手.

[2] 黄伟，胡青龙．机械手PLC控制系统的设计[J]．机电工程技术．2008．37(11)：91-95.

[3] 杨少光．机电一体化设备的组装与调试[M]．南宁：广西教育出版社．2009.

[4] 程周．机电一体化设备组装与调试竞赛指导[M]．北京：高等教育出版社．2010.

[5] 杜从商．PLC编程应用基础：三菱[M]．北京：机械工业出版社．2009.8（2015.7重印）.

[6] 张玉清．谈PLC中的状态转移图编程[J]．牡丹江大学学报．2008．17(3) ：105-107.

Debugging and operation control of Pneumatic Manipulator Based on PLC

Luo Zhiyun，Zhu Chongyang，Chen Jun
(Zhongshan Technical Secondary School，Zhongshan Guangdong, 528400)

Firstly, the manipulator’s basic structure was introduced. Then, based on control requirements, inputs/outputs were assigned and stop signal processing was analyzed. Finally, using sequential function chart(SFC), debugging and operation control of manipulator was analyzed and achieved. The control task is simplified, the logic is clear, the programming is simpler and more readable.

PLC；manipulator；SFC；debugging；operation

图3 程序设计图