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第七章 机械手的PLC控制设计
考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机 械手进行控制.当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。
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7. 1可编程序控制器的选择及工作过程
7.1.1 可编程序控制器的选择 目前，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三
菱公司的F系列PC,德国西
门子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考虑到本机械手 的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造成本，因此在本次设计中选择了 OMRON公司的C28P型可编程序控制器。
7.1.2 可编程序控制器的工作过程 可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同
控制任务的。为此采用了循环 扫描的工作方式。具体的工作过程可分为4个阶段。 第一阶段是初始化处理。
可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，CPU对输入输出状态的询问是针对 输入输出状态暂存器而言的。输入输出状态暂存器也称为I/0状态表.该表是一个专门存 放输入输出状态信息的存储区。其中存放输入状态信息的存储器叫输入状态暂存器;存放 输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时，CPU首先使I/0状态表清零，然后进 行自诊断。当确认其硬件工作正常后，进入下一阶段。 第二阶段是处理输入信号阶段。 在处理输入信号阶段，CPU对输入状态进行扫描，将获
得的各个输入端子的状态信息 送到I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在I/0状态表中一直保持 不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本 周期内用户程序的正确执行。
第三阶段是程序处理阶段。 当输入状态信息全部进入I/0状态表后，CPU工作进入到第三
个阶段。在这个阶段中，
可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各I/0状态和有关指令进行运算和处 理，最后将结果写入I/0状态表的输出状态暂存器中。
第四阶段是输出处理阶段。 段CPU对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到
I/0状态表状态暂存器中。
此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈， 控制被控设备进行各种相应的动作。然后，CPU又返回执行下一个循环的扫描周期。
7.2 可编程序控制器的使用步骤
在可编程序控制器与被控对象(机器、设备或生产过程)构成一个自动控制系统时，通 常以七个步骤进行:
(1)系统设计 即确定被控对象的动作及动
作顺序。
(2)I/0分配 即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号;哪些
信号是由
可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号.此外，对用到的可编程序控制 器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。 (3)画梯形图
它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果 使用图形编程器(LCD或CRT)，则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入
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可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下一步的助记符程序转换过程。 (4)助记符机器程序 相当于微机的助记符程序，是面向机器的(即不同厂家的可编程序控
制器，助记符指
令形式不同)，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程 序控制器中。
(5)编制程序 即检查程序中每条语法错误，若有则修改。这项工作在编程器
上进行。
(6)调试程序 即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序
设计(包
括画梯形图、助记符程序、编辑、甚至调试)也可在别的工具上进行。如IBM-PC机，只要 这个机器配有相应的软件。 (7)保存程序
调试通过的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盘上备用。
7.3 机械手可编程序控制器控制方案
7.3.1 系统简介 控制对象为圆柱座标气动机械手。它的手臂具有三个自由度，即水平方
向的伸、缩; 竖直方向的上、下;绕竖直轴的顺时针方向旋转及逆时针方向旋转。另外，其末端执行装 置— 机械手，还可完成抓、放功能。以上各动作均采用气动方式驱动，即用五个二位五 通电磁阀(每个阀有两个线圈，对应两个相反动作)分别控制五个气缸，使机械手完成伸、 缩、上、下、旋转及机械手抓放动作。其中旋转运动用一组齿轮齿条，使气缸的直线运 动转化为旋转运动。这样，可用PLC的8个输出端与电磁阀的8个线圈相连，通过编程，使 电磁阀各线圈按一定序列激励，从而使机械手按预先安排的动作序列工作.如果欲改变机 械手的动作，不需改变接线，只需将程序中动作代码及顺序稍加修改即可。另外，除抓 放外，其余六个动作末端均放置一限位开关，以检测动作是否到位，如果某动作没有到 位，则出错指示灯亮。
7.3.2 工业机械手的工作流程 此机械手用于自动输送
线的上下料。 当按下机械手启动按钮之后，机械手有如下动作:
先右转至右限位开关动作(1DT通电) ? 下降至下限位开关(5DT通电) ? 手腕逆
时针
? 转动90 (7DT通电) ? 手臂伸长至限位开关(3DT通电) ? 检查有无物品，若有物品，
手爪 抓紧(9DT通电) ? 手臂收缩至限位开关(4DT通电) ? 上升至上限位开关(6DT通电) ? 左
转至左限位开关动作(2DT通电) ? 手腕顺时针转动900 (8DT通电) ? 手臂伸长至最长
? 手臂收缩最短(4DT通电)。至(3DT通电) ? 手爪松开(IODT通电) ? 延时 此，一个工作 循环完毕。
7.3.3 机械手工作时序图如附图所示 4, 1/0分配
根据系统输入输出点的数目，选用OMRON C28P型PC，它有16个输入点， 标号为0000-0015; 12个输出点，标号为0500-0511.
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