摘 要：利用S7-300系列PLC對機(jī)械手進(jìn)行控制，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的主回路和控制回路工作原理以及接線圖。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手 PLC S7-300 主回路 控制回路

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0069-02

機(jī)械手是隨著工業(yè)機(jī)械化、自動化而發(fā)展起來的一種裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動迅速、可靠性高、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，目前已經(jīng)在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用[1]。應(yīng)用PLC控制機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作，不僅可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低成本，有著十分重要的意義[2]。

本文中，我們提出了一種簡單、可靠的基于S7-300系列的PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了物件的取放、上下、左右、旋轉(zhuǎn)過程。PLC簡單易學(xué)，相對于C語言易于掌握，對技術(shù)人員的要求也一般。本文介紹的基于德國西門子S7-300系列PLC設(shè)計的機(jī)械手控制系統(tǒng)。

1 機(jī)械手的工作過程

開始運(yùn)行后，機(jī)械手如果不在初始位置上，單相異步電動機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)（橫軸向手抓方向移動，豎軸向上移動），歸位后首先橫軸電動機(jī)工作，橫軸前伸；前伸到位后，手爪電動機(jī)得電帶動手爪轉(zhuǎn)動；當(dāng)傳感器檢測到限位磁頭時，電動機(jī)停止，PLC控制電磁閥動作，手張開；延時一段時間，豎軸電動機(jī)工作，豎軸下降；下降到位后，電磁閥復(fù)位，手爪夾緊；延時過后，豎軸上升，同時橫軸縮回，地盤電動機(jī)帶動地盤旋轉(zhuǎn)；當(dāng)橫軸、豎軸、地盤都到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉(zhuǎn)，然后豎軸下降，電磁閥動作，手爪張開；延時后豎軸上升復(fù)位，然后開始下一周動作。

2 主回路工作原理及接線圖

本文中總共用到了四臺電機(jī)，他們分別完成機(jī)械手橫軸的左右移動，機(jī)械手豎軸的上下移動，機(jī)械手爪的180度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以及機(jī)械手立柱的270度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在此都選用單相交流異步電動機(jī)。并且由于機(jī)械手無論是橫軸的運(yùn)動，豎軸的運(yùn)動，手爪的旋轉(zhuǎn)以及立柱的旋轉(zhuǎn)都用到了往復(fù)運(yùn)動，因此每臺電機(jī)都能很好的實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)功能。

電機(jī)1控制機(jī)械手的左/右移動；電機(jī)2控制機(jī)械手的上/下移動；電機(jī)3控制手爪的旋轉(zhuǎn)；電機(jī)4控制機(jī)械手立柱的旋轉(zhuǎn)。

按下啟動按鈕，第一步，按下右移動按鈕，控制機(jī)械手右運(yùn)動的電機(jī)1的主觸點(diǎn)KM1得電，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械手運(yùn)動到相應(yīng)位置后，碰到行程開關(guān)，KM1線圈失電，主觸點(diǎn)KM1斷開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。第二步，按下機(jī)械手手爪旋轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)3主觸點(diǎn)KM5得電，手爪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動到相應(yīng)位置后，碰到行程開關(guān)，KM5線圈失電，主觸點(diǎn)失電，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。第三步，按下電磁閥控制按鈕，電磁閥控制氣缸動作，手爪張開。第四步，按下手動下降按鈕，電機(jī)2主觸點(diǎn)KM3得電，機(jī)械手向下運(yùn)動，當(dāng)運(yùn)動到指定位置后，KM3線圈失電，從而主觸點(diǎn)失電，機(jī)械手停止運(yùn)動。第五步，按下電磁閥控制按鈕，電磁閥控制氣缸動作，手爪夾緊。第六步，按下手動上升按鈕，電機(jī)2主觸點(diǎn)KM4得電，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動到相應(yīng)位置后，碰到行程開關(guān)，KM4線圈失電，電機(jī)主觸點(diǎn)失電，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。第七步，按下立柱旋轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)4主觸點(diǎn)KM7得電，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，立柱旋轉(zhuǎn)到指定位置后，碰到行程開關(guān)，KM7線圈失電，電機(jī)主觸點(diǎn)失電，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。第八步，按下手動左移按鈕，電機(jī)1主觸點(diǎn)KM2得電，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動到相應(yīng)位置后，碰到行程開關(guān)，KM2線圈失電，電機(jī)主觸點(diǎn)失電，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。第九步，按下返回原點(diǎn)按鈕，機(jī)械手返回原點(diǎn)。如圖1所示。

3 控制回路工作原理及接線圖

3.1 控制回路工作原理

由于機(jī)械手的上升/下降等運(yùn)動有必要的位置限制，利用行程開關(guān)可以控制機(jī)械設(shè)備的位置及其可以起到限位保護(hù)的作用，因此在本題中將會用到大量的行程開關(guān)。如機(jī)械手的上升/下降限位開關(guān)；機(jī)械手的左移/右移限位開關(guān)；機(jī)械手的手爪的90度旋轉(zhuǎn)、180度旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)；機(jī)械手立柱的90度旋轉(zhuǎn)、180度旋轉(zhuǎn)、270度旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)。綜上所述，行程開關(guān)一共需要9個，相應(yīng)的輸入點(diǎn)數(shù)就是9個。

機(jī)械手的操作方式分為手動操作和自動操作兩種。控制按鈕的設(shè)計就是為了滿足機(jī)械手手動操作和機(jī)械手控制系統(tǒng)的調(diào)試而設(shè)計。例如機(jī)械手的上升/下降；機(jī)械手的左移/右移；機(jī)械手的夾緊氣動電磁閥的輸入；光電傳感器的輸入端；手爪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；立柱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；還有一個單刀四擲開關(guān)；停止/啟動按鈕；機(jī)械手的返回原點(diǎn)按鈕?？刂瓢粹o和一些其他的輸入量總共需要17個輸入點(diǎn)數(shù)。綜上所述，總的輸入點(diǎn)數(shù)為26個。

輸入端進(jìn)行控制作用，輸出端進(jìn)行信號和動作的輸出。例如，當(dāng)機(jī)械手處于手動操作方式下，當(dāng)按下右移按鈕，相應(yīng)的機(jī)械手應(yīng)該向右移動，即為輸出。輸出有機(jī)械手的左移/右移；機(jī)械手的上升/下降；手爪的正向轉(zhuǎn)動/反向轉(zhuǎn)動；立柱的正向轉(zhuǎn)動/反向轉(zhuǎn)動；機(jī)械手手爪的夾緊動作；原點(diǎn)指示燈；有工件指示燈，共計11個輸出點(diǎn)數(shù)。

我們在此選擇西門子的S7-300系列。S7-300PLC功能強(qiáng)大、速度快、擴(kuò)展靈活，具有緊湊的、無槽位限制的標(biāo)準(zhǔn)模板式結(jié)構(gòu)。電源模板PS307輸出DC 24V[3]。

3.2 數(shù)字量輸入模塊與數(shù)字量輸出模塊

在本文中，我們已經(jīng)了解到輸入總點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)，為直流24 V。所以在S7-300的信號模板中我們選擇數(shù)字輸入量模塊SM321：DI 32*24V DC；我們輸出點(diǎn)數(shù)為11點(diǎn)，選用數(shù)字輸出量模塊為SM322：DI 16*24V DC。如圖2、如圖3所示。

4 結(jié)語

在機(jī)械手的設(shè)計與控制研究中，本文介紹了一種PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)，對其主回路和控制回路進(jìn)行了詳細(xì)介紹，其工作可靠，靈活，而且電路結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強(qiáng)，各種工作方式可以自動切換。

參考文獻(xiàn)

[1]王亮，李虹.PLC對機(jī)械手的定位控制[J].機(jī)械工程與自動化，2012（4）：135-137.

[2]周鴻杰，駱敏舟，李濤，等.基于PLC的工業(yè)取料機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2010（3）：50-57.

[3]常曉玲，何大慶，姚永剛.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.