松下PLC在机械手控制中的应用-论文.doc

松下PLC在机械手控制中的应用

摘要：
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视，应用松下PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高了工作效率，代替人从从事繁重、枯燥的工作。这使得工业机械手得到愈来愈广泛的应用。介绍了松下PLC在机械手控制系统中的应用，依据生产工艺流程 ,绘出PLC控制I/O分配图 ,程序梯形图及指令表。

关键词：机械手 PLC 松下 工业控制

Abstract：
The manipulator is one kind of controlled member which in the industry automatic control domain meets frequently. Along with our country industrial production's leap development, automaticity's rapid enhancement, realizes work piece loading and unloading, to change, work and so on transportation automations, has brought to people's attention more and more, controls the manipulator using Panasonic PLC to realize each kind of stipulation working procedure movement, may simplify the control wiring, saves the cost, raised the working efficiency, replaces the human from to be engaged, the arid work arduously. This enables the industry manipulator to obtain more and more widespread application. Introduced Panasonic PLC in the manipulator control system's application, the basis technique of production flow, draws PLC to control the I/O distribution diagram, the procedure trapezoidal chart and the instruction list.

Key word：Manipulator PLC Panasonic Industrial control

一、 工业机械手系统概论
1、工业机械手的发展状况
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过PLC编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能。机械手作业的准确性和在各种环境中完成作业的能力，在我国有着广阔的发展前景。随着工业自动化的发展, 出现了数控加工中心,数控加工中常见的上下料工序, 通常仍采用传统继电器控制的半自动化装置。此控制系统设计复杂, 需大量继电器,接线繁杂, 易受车体振动干扰,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。若采用PLC控制的上下料机械手控制系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力, 保证了系统运行的可靠性,降低了维修率, 提高了工作效率。
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视，应用松下PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高了工作效率，代替人从从事繁重、枯燥的工作。这使得工业机械手得到愈来愈广泛的应用。
2、工业机械手的应用与发展趋势
生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；工业机械手在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作，以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。

二、工业机械手的控制要求分析
工业机械手的控制属于顺序控制，可以根据其工作流程图进行程序设计。控制要求：机械手将工件从A点向B点传送。机械手工作原点在左上方，按下降、夹紧、上升、右移、下降、松开、上升、左移的顺序依次运动。它有手动、单步、一个周期和连续工作（自动）四种操作方式。机械手上装有五个限位开关SQ1～SQ5,控制对应工步的结束，传送带上设有一个光电开关，作用是检测工件是否到位。控制过程见图一所示：

按下启动按钮SB1,机器手开始工作，机器臂完成上升、左移、下降、传送带动、抓紧、上升、右移、下降、放松等动作，在各个相应动作设有限位保护，5秒后重复上述动作。任意时刻按下停止按钮SB2后，机器手停止工作。机器手的工作过程属于顺序控制。

三、PLC型号的选择
可编程序控制器是以微处理器为核心的工业自动控制通用装置，其种类繁多，不同厂家的产品各有特点，且有一定的区别，但作为工业标准设备，可编程序控制器具有一定的共性。
1、PLC的特点
 1)、抗干扰能力强，可靠性高
PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。
     PLC主要模块均采用了大规模与超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有精确考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力，目前各生产厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时，有的甚至达到了几十万小时。
     2)、控制系统结构简单、通用性强、应用灵活 
PLC产品均成系列化生产，品种齐全，外围模块品种也多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入、输出信号线即可。当控制要求改变，需要变更控制系统功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，修改接线的工作量是很小的。
     3)、编程方便，易于使用  
PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，直观易懂，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，深受现场电气技术人员的欢迎，使编程更加简单方便。
     4)、功能完善，扩展能力强 
PLC内部具有许多控制功能，能方便地实现D/A、A/D转换及PID运算，实现过程控制、数字控制等功能。PLC具有通信联网功能，他不仅可以控制一台单机，一条生产线，还可以控制一个机群，许多条生产线。他不但可以进行现场控制，还可以用于远程控制。
     5)、PLC 控制系统设计、安装、调试方便 
PLC由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，使安装接线工作量大大减小，设计人员只要有一台PLC就可进行控制系统的设计并可在实训室进行模拟调试。而继电接触器系统需在现场调试，工作量大且繁难。
     6)、维修方便，维修工作量小
 PLC具有完善的自诊断，履历情报存储及监视功能。对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示。工作人员通过他可查出故障原因，便于迅速处理，及时排除。
     7)、结构紧凑、体积小、重量轻，易于实现机电一体化。

2、松下PLC基本组成
PLC基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等）、编程器及电源模块组成，见图2。
PLC内部各组成单元之间通过电源线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。
图2 PLC的硬件系统结构图
工业机械手控制系统需要八个输入信号和七个输出信号，PLC选用松下FPX系列产品，型号为FPX－L60R，它有32个输入点和28个输出点，它们的编号为X0～XF、 X10～X1F、Y0～YD、Y10～Y1D。完全能够满足控制要求的需求。

四、I/O的分配表
输入点、输出点的具体分配表如下：
输入（I）
输出（O）
启动按钮 SB1
X0
传送带运行
Y0
停止按钮 SB2
X1
机械手左移驱动
Y1
抓紧限位开关 SQ1
X11
机械手右移驱动
Y2
左限位开关 SQ2
X12
机械手上升驱动
Y3
右限位开关 SQ3
X13
机械手下降驱动
Y4
上限位开关 SQ4
X14
机械手抓紧驱动
Y5
下限位开关 SQ5
X15
机械手放松驱动
Y6
光电开关（检测）
X16

五、程序设计
方法一：用基本指令编写的机器手控制程序梯形图：程序中用到两个计数器C1008和C1009，它们用来记录上、下限位操作的。第一次，机器手上升、左移，而第二次则右移、下降。松下PLC的计数指令有两个触发信号，上面是触发信号，下面则是复位触发信号。高级指令F0，用来把WY0中的内容清零，其前面必须带一个触发触点X1。

方法二：用步进指令编写的机器手控制程序梯形图：程序中使用了步进指令来实现这一控制，程序中动作顺序一环扣一环，表现出步进指令的突出优点。

上面两个程序都能实现机器手的正常工作，用不同的指令编程实现。利用自己所学的指令，能编出很多程序来实现其控制。

六、结束语
　 本机械手控制系统结构紧凑，动作可靠，使用方便，已较好地应用于我校的科研教学中。

参考文献：
1. 孙正顺等 PLC技术 高等教育出版社 2008.5
2. 王红等 可编程控制器使用教程 电子工业出版社 2008.5
3. 叶伟昌等. 机械工程及自动化. 机械工业出版社, 2001.
4. 王承义. 机械手及其应用 .北京:机械工业出版社.1981
5. 周伯英. 工业机器人设计. 北京: 机械工业出版社, 1995.6.
6. 蔡自兴. 机器人学 .北京: 清华大学出版社, 2000.
7. 王天然. 机器人. 北京: 化学工业出版社, 2002.
8. 可变程序控制器及其应用 中国劳动社会保障出版社 2008.1