一、機械手及其控制要求

    如圖6-19所示是一臺工件傳送的起動機械手的動作示意圖，其作用是將工件從A點傳遞到B點。起動機械手的升降和左右移動分別由兩個具有雙線圈的兩位電磁閥驅動氣缸來完成，其中上升與下降對應電磁閥的線圈分別為YV1與YV2，左行、右行對應電磁閥的線圈分別為YV3與YV4。一旦電磁閥線圈通電，就一直保持現有的動作，直到相對的另一線圈通電為止。氣動機械手的夾緊、松開的動作由只有一個線圈的兩位電磁閥驅動的氣缸完成，線圈(YV5)斷電夾住工件，線圈(YV5)通電，松開工件，以防止停電時的工件跌落。機械手的工作臂都設有上、下限位和左、右限位的位置開關SQ1、SQ2和SQ3、SQ4，夾持裝置不帶限位開關，它是通過一定的延時來表示其夾持動作的完成。機械手在最上面、最左邊且除松開的電磁線圈(YV5)通電外其他線圈全部斷電的狀態為機械手的原位。

    機械手的操作面板分布情況如圖6-20所示，機械手具有手動、單步、單周期、連續和回原位5種工作方式，用開關SA進行選擇。手動工作方式時，用各操作按鈕(SB5、SB6、SB7、SB8、SB9、SB10、SB11)來點動執行相應的各動作；單步工作方式時，每按一次起動按鈕(SB3)，向前執行一步動作；單周期工作方式時，機械手在原位，按下起動按鈕SB3，自動地執行一個工作周期的動作，最后返回原位（如果在動作過程中按下停止按鈕SB4，機械手停在該工序上，再按下起動按鈕SB3，則又從該工序繼續工作，最后停在原位）；連續工作方式時，機械手在原位，按下起動按鈕( SB3)，機械手就連續重復進行工作（如果按下停止按鈕SB4，機械手運行到原位后停止）；返回原位工作方式時，按下“回原位”按鈕SB11，機械手自動回到原位狀態。

    圖6-19    機械手示意圖

    圖6-20    機械手操作面板示意圖

    二、PLC的I/O分配

    如圖6-21所示為PLC的I/O接線圖，選用三菱plc  FX2N-48MR的PLC，系統共有18個輸入設備和5個輸出設備分別占用PLC的18個輸入點和5個輸出點，請讀者考慮是否可以用6.4節介紹的方法來減少占用PLC的I/O點數。為了保證在緊急情況下（包括PLC發生故障時），能可靠地切斷PLC的負載電源，設置了交流接觸器KM。在PLC開始運行時按下“電源”按鈕SB1，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點接通，給輸出設備提供電源；出現緊急情況時，按下“急停”按鈕SB2，KM觸點斷開電源。

    圖6-21    機械手控制系統PLC的I/O接線圖

    PLC程序設計

    1．程序的總體結構

    如圖6-22所示為機械手系統的PLC梯形圖程序的總體結構，將程序分為公用程序、自動程序、手動程序和回原位程序4個部分，其中自動程序包括單步、單周期和連續工作的程序，這是因為它們的工作都是按照同樣的順序進行，所以將它們合在一起編程更加簡單。梯形圖中使用跳轉指令使得自動程序、手動程序和回原位程序不會同時執行。假設選擇“手動”方式，則X0為ON、X1為OFF，此時PLC執行完公用程序后，將跳過自動程序到P0處，由于X0常閉觸點為斷開，故執行“手動程序”，執行到P1處，由于X1常閉觸點為閉合，所以又跳過回原位程序到P2處；假設選擇“回原位”方式，則X0為OFF、X1為ON，跳過自動程序和手動程序執行回原位程序；假設選擇“單步”或“單周期”或“連續”方式，則X0、X1均為OFF，此時執行完自動程序后，跳過手動程序和回原位程序。

    2．各部分程序的設計

    (1)公用程序

    公用程序如圖6-23所示，左限位開關X12、上限位開關X10的常開觸點和表示機械手松開的Y4的常開觸點的串聯電路接通時，輔助繼電器M0變為ON，表示機械手在原位。

    圖6-22    機械手系統PLG梯形圖的總體結構

    圖6-23    公用程序

    公用程序用于自動程序和手動程序相互切換的處理，當系統處于手動工作方式時，必須將除初始步以外的各步對應的輔助繼電器( M11～M18)復位，同時將表示連續工作狀態的M1復位，否則當系統從自動丁作方式切換到手動工作方式，然后又返回自動工作方式時，可能會出現同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤的動作。

    當機械手處于原點狀態(M0為ON)，在開始執行用戶程序(M8002為ON)、系統處于手動狀態或回原點狀態（X0或X1為ON）時，初始步對應的M10將被置位，為進入單步、單周期和連續工作方式做好準備。如果此時MO為OFF狀態，M10將被復位，初始步為不活動步，系統不能在單步、單周期和連續工作方式下工作。

    (2)手動程序

    手動程序如圖6-24所示，手動工作時用X14～X21對應的6個按鈕控制機械手的上升、下降、左行、右行、松開和夾緊。為了保證系統的安全運行，在手動程序中設置了一些必要的聯鎖，例如上升與下降之間、左行與右行之間的互鎖；上升、下降、左行、右行的限位；上限位開關X10的常開觸點與控制左、右行的Y2和Y3的線圈串聯，使得機械手升到最高位置才能左右移動，以防止機械手在較低位置運行時與別的物體碰撞。

    (3)自動程序

    如圖6-25所示為機械手系統自動程序的功能表圖。使用通用指令的編程方式設計出的自動程序如圖6-26所示，也可采用其他編程方式編程，艾特貿易網在此不再贅述。

    圖6-24    手動程序

    圖6-25    自動程序的功能表圖

    系統工作在連續、單周期（非單步）工作方式時，X2的常閉觸點接通，使M2（轉換允許）ON，串聯在各步電路中的M2的常開觸點接通，允許步與步之間的轉換。

    假設選擇的是單周期工作方式，此時X3為ON，X1和X2的常閉觸點閉合，M2為ON，允許轉換。在初始步時按下起動按鈕X5，在M11的電路中，M10、X5、M2的常開觸點和X12的常閉觸點均接通，使M11為ON，系統進入下降步，Y1為ON，機械手下降；機械手碰到下限位開關X11時，M12變為ON，轉換到夾緊步，Y4被復位，工件被夾緊；同時TO得電，2s以后T0的定時時間到，其常開觸點接通，使系統進入上升步。系統將這樣一步一步地往下工作，當機械手在步M18返回最左邊時，X4為ON，因為此時不是連續工作方式，M1處于OFF狀態，轉換條件MI．X12滿足，系統返回并停留在初始步M10。

    在連續工作方式，X4為ON，在初始狀態按下起動按鈕X5，與單周期工作方式時相同，M11變為ON，機械手下降，與此同時，控制連續工作的M1為ON，往后的工作過程與單周期工作方式相同。當機械手在步M18返回最左邊時，X12為ON，因為M1為ON，轉換條件M7·X4滿足，系統將返回步M11，反復連續地工作下去。按下停止按鈕X6后，M1變為OFF，但是系統不會立即停止工作，在完成當前工作周期的全部動作后，在步M18返回最左邊，左限位開關X12為ON，轉換條件MI·X12滿足，系統才返回并停留在初始步。

    圖6-26    自動程序

    如果系統處于單步工作方式，X2為ON，它的常閉觸點斷開，“轉換允許”輔助繼電器M2在一般情況下為OFF，不允許步與步之間的轉換。設系統處于初始狀態，M10為ON，按下起動按鈕X5，M2變為ON，使M11為ON，系統進入下降步。放開起動按鈕后，M2馬上變為OFF。在下降步，Y0的得電，機械手降到下限位開關X11處時，與Y0的線圈串聯的X11的常閉觸點斷開，使Y0的線圈斷電，機械手停止下降。X11的常開觸點閉合后，如果沒有按起動按鈕，X5和M2處于OFF狀態，一直要等到按下起動按鈕，M5和M2變為ON，M2的常開觸點接通，轉換條件X11才能使M12接通，M12得電并自保持，系統才能由下降步進入夾緊步。以后在完成某一步的操作后，都必須按一次起動按鈕，系統才能進入下一步。

    在輸出程序部分，X10～X13的常閉觸點是為單步工作方式設置的。以下降為例，當小車碰到限位開關X11后，與下降步對應的輔助繼電器M11不會馬上變為OFF，如果Y0的線圈不與X11的常閉觸點串聯，機械手不能停在下限位開關X11處，還會繼續下降，這種情況下可能造成事故。

    (4)回原點程序

    如圖6-27所示為機械手自動回原點程序的梯形圖。在回原點工作方式下(X1為ON)，按下回原點起動按鈕X7，M3變為ON，機械手松開和上升，升到上限位開關時X10為ON，機械手左行，到左限位處時，X12變為ON，左行停止并將M3復位。這時原點條件滿足，M0為ON，在公用程序中，初始步M0被置位，為進入單周期、連續和單步工作方式做好了準備。

    圖6-27    回原位程序

    3．程序綜合與模擬調試

    由于在分部分程序設計時已經考慮各部分之間的相互關系，因此只要將公用程序(圖6-23)、手動程序（圖6-24）、自動程序（圖6-26）和回原位程序（圖6-27）按照機械手程序總體結構（圖6-22）綜合起來即為機械手控制系統的PLC程序。

    模擬調試時各部分程序可先分別調試，然后再進行全部程序的調試，也可直接進行全部程序的調試。