项目3 机械手.ppt
,物料搬运机械手控制系统设计,项目3,电气控制与PLC技术应用,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,【学习目标】本项目以物料搬运机械手载体，通过本项目的学习：（1）掌握步进顺控指令及其编程方法。AN（2）掌握PLC控制系统状态转移图的绘制方法。（3）能根据控制要求绘制气动搬运机械手的SFC图。（4）能用步进顺控法设计搬运机械手PLC梯形图。（5）会安装和调试气动机械手PLC控制系统。,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.1 项目任务,1.项目描述,机械手的动作示意图如图3-1所示。其任务是将某工件从A点搬运到运输带上的B点，然后由运输带将工件运输出去。机械手的全部动作均由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制。其中，上升/下降、伸出/收缩和放松/夹紧均由一个线圈两位置电磁阀控制。,1.项目描述,（1）机械手“取与放”搬运系统，定义原点为左下方所到达的极限位置，机械手处于放松状态。（2）机械手工作过程：启动后机械手加紧工件夹住工件上升到顶端横向移动到右端下降到B处位置机械手松开，把工件放到B处机械手上升到顶端横向左移到左极限下降到下限原点处，以此连续循环。若中途按停止按钮时，机械手并不立即停止，而是在本次循环所有过程都执行完后回到原点才能停止。,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.1 项目任务,2.工作任务,利用PLC实现本项目控制要求，具体工作内容如下：（1）分析控制要求，分配I/O地址。（2）绘制PLC控制系统电路图。（3）绘制机械手搬运工件的状态转移图。（4）编制PLC控制程序并进行仿真。（5）设计并调试搬运机械手PLC控制系统。（6）编制控制系统技术文件及说明书。,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.1 项目任务,分析和研讨项目任务，明确控制要求和工作内容，学习PLC步进顺控指令及其编程方法，熟悉机械手的构成，查阅和收集有关气缸、电磁阀、传感器等气动控制器件资料。,拟定工作计划，分解工作任务、明确责任目标；确定机械手控制系统设计项目实施方案。,设计机械手PLC控制电路，编制系统控制程序；选择器件和工具，安装调试机械手PLC控制系统。,静态测试控制系统；通电调试和动态测试；按照搬运机械手控制要求和相关参数进行检测。,资讯,计划决策,实施,检查,评估,对机械手PLC控制项目质量进行评估，若存在不足或达不到控制要求，进行分析处理，完善项目设计。,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.2 项目实施方案,1.状态转移图及步进顺控指令,（1）流程图下面以项目2为例来说明流程图的画法。,首先，让我们先来分析一下项目2的运料小车的控制过程。其控制要求为：初始状态：小车停止卸料处；运料小车启动运行后；首先左行，在装料处(A点)停下来装料；10s后装料结束，小车开始右行；小车右行至卸料处(B点)停下来卸料，6s后卸料结束，完成一次运料任务；如此循环3次后小车停在原始位置B点。,因此，可以很容易地画出运料小车控制的工作流程，如图3-4所示。,3.3 相关知识学习,3.3.1 步进顺控指令及其编程方法,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,（2）状态转移图 状态转移图又称状态流程图，它是一种用状态继电器来表示的顺序功能图，是FX系列PLC专门用于编制顺序控制程序的一种编程方式。那么，如何将流程图转化为状态转移图呢？,其实很简单，只要进行如下的变换：一是将流程图中的每一个工序（或阶段）用PLC的一个状态继电器来替代；二是将流程图中的每个阶段要完成的工作（或动作）用PLC的线圈指令或功能指令来替代；三是将流程图中各个阶段之间的转移条件用PLC的触点或电路块来替代；四是流程图中的箭头方向就是PLC状态转移图中的转移方向。,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.3.1 步进顺控指令及其编程方法,1）绘制状态转移图的方法和步骤（以项目2的运料小车为例）,a.将整个控制过程按任务要求分解，其中的每一个工序都对应一个状态（即步），并分配状态继电器。,b.搞清楚每个状态的功能、作用。,c.找出每个状态的转移条件和方向，即在什么条件下将下一个状态“激活”。,d.根据控制要求或工艺要求，画出状态转移图。经过以上3步，根据项目1分配的I/O地址，可画出运料小车工作的状态转移图如图3-5所示。,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.3.1 步进顺控指令及其编程方法,（2）状态转移图,2）状态转移和驱动的过程 图3-5中，S0为初始状态，用双线框表示，其他状态用单线框表示，垂直线段中间的短横线表示转移的条件。状态方框右侧连接的水平横线及线圈表示该状态驱动的负载。图3-5的状态转移和驱动的过程如,由上可知，状态转移图就是由状态和状态转移条件及转移方向构成的流程图。步进顺控的编程过程就是设计状态转移图的过程，其一般思想为：将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态，搞清楚各状态的工作细节（即各状态的功能、转移条件和转移方向），再依据总的控制顺序要求，将这些状态联系起来，就形成了状态转移图。,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.3.1 步进顺控指令及其编程方法,（2）状态转移图,（3）状态继电器,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.3.1 步进顺控指令及其编程方法,FX系列PLC提供了一对步进指令。,STL是利用内部软元件（状态S）在顺控程序上进行工序步进式控制的指令。,RET是用于状态（S）流程的结束，实现返回主程序（母线）的指令。,(4)步进指令,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.3.1 步进顺控指令及其编程方法,下图是步进指令的使用说明。（a）是SFC图，每个状态器有3个功能：驱动有关负载、指定转换目标和指定转移条件。状态器S40驱动输出Y0，其转换条件为X1，当X1的常开触点闭合时，状态S40向S41转换。(b)图是对应的梯形图，（c）图是对应的指令表。,(4)步进指令,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.3.1 步进顺控指令及其编程方法,2.步进顺控的编程方法,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.3.1 步进顺控指令及其编程方法,状态转移图中的状态有驱动负载、指定转移方向和转移条件3个要素。其中指定转移方向和转移条件是必不可少的，驱动负载则要看具体情况，也可能步进行实际负载的驱动。状态转移图编程的原则为：先进行负载的驱动处理，然后进行状态的转移处理。按照图3-5所示的状态转移图用步进顺控指令编写的梯形图和指令表程序分别如图所示。,如右图所示，在状态内的母线将LD或LDI指令写入后，对不需要触点的驱动就不能再编程，需要按下图方式进行变换。,3.输出的驱动方法,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.3.1 步进顺控指令及其编程方法,OUT指令与SET指令对于STL指令后的状态具有同样的功能，都将原来的状态自动复位。此外，还有自保持功能。但是，在使用OUT指令时，用于向状态转移图中的分离状态转移。,4.状态的转移方法,5.可在状态内处理的指令,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.3.1 步进顺控指令及其编程方法,1、单流程结构,如红绿灯控制程序，虽然是循环控制，但都以一定顺序逐步执行且没有分支，所以属于单一顺序流程。,3.3.2 状态转移图的类型,从头到尾只有一条路可走，称为单流程结构。,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,当S0之行后，若X1先有效，则跳到S21执行，此后即使X2有效，S22也无法执行。之后若X3有效，则脱离S21而跳到S23执行，当X5有效后，则结束流程。,2、选择分支与汇合流程,当S0之行后，若X2先有效，则跳到S22执行，此后即使X1有效，S21也无法执行。,若有多条路径，而只能选择其中一条路径来执行，这种分支方式称为选择分支。,3.3.2 状态转移图的类型,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,选择分支流程不能交叉，对左图所示的流程必须按右边所示的流程进行修改。,2、选择分支与汇合流程,3.3.2 状态转移图的类型,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,当S0执行后，若X1有效，则S20及S21同时执行。,若有多条路径，且必须同时执行，这种分支的方式称为并进分支流程。在各条路径都执行后，才会继续往下指令，像这种有等待功能的方式称之为并进汇合。,当S22及S23都已执行后，若X4有效，则脱离S22及S23而跳到S24执行，程序结束。,当左边路径已执行到S22，而右边路径尚停留在S21时，此时即使X4有效，也不会跳到S24执行。,3、并进分支与汇合流程,3.3.2 状态转移图的类型,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,4、跳转流程,向下面状态的直接转移或向系列外的状态转移被成为跳转，用符号指向转移的目标状态。,3.3.2 状态转移图的类型,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,5、重复流程,向前面状态进行转移的流程称为重复。用指向转移的目标状态。使用重复流程可以实现一般的重复，也可以对当前状态复位。,3.3.2 状态转移图的类型,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,6、复杂流程的处理,1）选择性流程分支与汇合组合的处理,3.3.2 状态转移图的类型,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,2）并行性流程分支与汇合组合的处理,6、复杂流程的处理,3.3.2 状态转移图的类型,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.3.3 案例：液体混合装置控制系统设计,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,液体混合装置示意图,初始状态：当装置投入运行时，液体A、液体B阀门、放液阀门关闭。起动操作：按下起动按钮SB1，混合装置开始按下列过程动作：1）YV1=ON，液体A流入容器，液面上升；当液面达到L2处时，L2=ON，阀门A关闭，停止液体A流入；同时打开液体B阀门，液体B开始流入，液面上升。2）当液面达到L1处时，L1=ON，使YV2=ON，电动机M=ON，即关闭液体B阀门，停止液体流入，开始搅拌。,1、控制要求,3）搅拌电动机工作1min后，停止搅拌（M=OFF），放液阀门打开（YV3=ON），开始放液，液面开始下降。4）当液面下降到L3处时，L3由ON变为OFF，再过20s，容器放空，使放液阀门YV3关闭，开始下一循环周期。停止操作：在工作过程中，按下停止按钮SB2，搅拌器并不立即停止工作，而要将当前容器内的混合工作处理完毕后（当前周期循环到底），才能停止操作，即停在初始位置上，否则会造成浪费。,3.3.3 案例：液体混合装置控制系统设计,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,1、控制要求,表：输入/输出设备及I/O点分配表,2、PLC的I/O地址分配,3.3.3 案例：液体混合装置控制系统设计,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3、绘制系统控制电路,3.3.3 案例：液体混合装置控制系统设计,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3、绘制状态转移图,3.3.3 案例：液体混合装置控制系统设计,4、编制PLC梯形图程序,3.3.3 案例：液体混合装置控制系统设计,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.4.1 项目分析,机械手的动作示意图如图所示。其任务是将某工件从A点搬运到B点。（1）机械手“取与放”搬运系统，定义原点为左下方所到达的极限位置，机械手处于放松状态。（2）机械手工作过程：启动后机械手首先加紧工件夹住工件上升到顶端横向移动到右端下降到B处位置机械手松开（把工件放到B处）机械手上升到顶端横向移动返回到左端下降到A处原点处，以此连续循环。若中途按停止按钮时，机械手并不立即停止，而是在本次循环所有过程都执行完后回到原点才能停止。,3.4 项目实施,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,1、PLC的I/O地址分配,3.4 项目实施,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,2、绘制系统控制电路图,3.4 项目实施,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3、绘制状态转移图（SFC图）,停止梯形图,3.4 项目实施,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,4、PLC梯形图-1,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,3.4项目实施,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,4、PLC梯形图-2,3.4项目实施,3.5 拓展：十字路口交通灯PLC控制系统设计,十字路口交通灯示意图如下图所示。在十字路口的东、南、西、北方向装设红、绿、黄灯。,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,1.控制要求,要求控制系统具有手动和自动两种控制方式：（1）手动运行时，两方向的黄灯同时闪动，周期是1s。（2）自动运行时，按下启动按钮时，信号灯系统按照图3-25所示要求开始工作（灯闪烁的周期均为1s），一直循环。直到按下停止按钮时所有灯全部熄灭。,3.5 拓展：十字路口交通灯PLC控制系统设计,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,（1）I/O地址分配,3.5 拓展1：十字路口交通灯PLC控制系统设计,项目3 物料搬运机械手控制系统设计,（2）PLC接线图设计,3.5 十字路口交通灯PLC控制系统设计,（3）绘制状态转移图,3.5 十字路口交通灯PLC控制系统设计,图3-26 并行流程方式编写的梯形图,（4）PLC程序,【拓展2】气压式冲孔加工机控制系统,工件的补充、冲孔、测试及搬运可同时进行。,1、控制说明：,工件的补充由传送带（电机M0驱动）送入。,工件的搬运分合格品及不合格品两种，由测孔部分判断。若测孔机在设定时间内能测孔到底（MS2 ON），则为合格品，否则即为不合格品。,不合格品在测孔完毕后，由A缸抽离隔离板，让不合格的工件自动掉入废料箱；若为合格品，则在工件到达 搬运点后，由B缸抽离隔离板，让合格的工件自动调入包装箱。,【拓展2】气压式冲孔加工机控制系统,2、功能分析：,系统由5个流程组成：复位流程，清除残余工件；工件补充流程，根据有无工件控制传送带的启停；冲孔流程，根据冲孔位置有无工件控制冲孔机是否实施冲孔加工；测孔流程，检测孔加工是否合格，由此判断工件的处理方式；搬运流程，将合格工件送入包装箱。,因为只有一个放在工件补充位置的PH0来侦测工件的有无，而另外的钻孔、测孔及搬运位置并没有其他传感装置，那么应如何得知相应位置有无工件呢？本题所使用的方式是为工件补充、钻孔、测孔及搬运设置4个标志，即M10-M13。当PH0侦测到传送带送来的工件时，则设定M10为1，当转盘转动后，用左移指令将M10-M13左移一个位元，亦即M11为1,钻孔机因此标志为1而动作。其他依此类推，测孔机依标志M12动作、包装搬运依M13动作。,【拓展2】气压式冲孔加工机控制系统,3、元件分配及端子接线：,【拓展2】气压式冲孔加工机控制系统,4、绘绘制功能流程图,a.原点复位流程,OFF动作,定位由OFF变为ON时转盘停止,驱动转盘电机（M1 ON）,A缸抽离隔离板,判断是否做完四次,【拓展2】气压式冲孔加工机控制系统,b.工件补充流程,传送带转动(M0 ON),设定M10为1(表示有工件),有工件（PH0动作）,时间到没有工件,c.气压冲孔流程,钻孔机动作（Y4 ON）,钻孔机返回,有无工件标志（M11为1表示有工件）,设置8秒等待时间,4、绘绘制功能流程图,【拓展2】气压式冲孔加工机控制系统,d.测孔流程,e.工件搬运流程,4、绘绘制功能流程图,【拓展2】气压式冲孔加工机控制系统,5、步进阶梯图转换,【拓展2】气压式冲孔加工机控制系统,小结,本项目主要学习了步进指令、顺序功能图类型及设计步骤、顺序功能图到步进梯形图的转换方法、步进梯形图设计注意事项。并结合实例详细分析了单流程设计、选择分支与汇合流程设计和并进分支与汇合流程设计。,谢谢!,
