西门子广元PLC模块代理商

　　引言

　　机械手广泛用于机械制造、冶金、电子和轻工等部门，其执行机构一般由液压、气动或电机来完成，由于气压技术以压缩空气为介质，结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能，工作寿命长，特别是对环境没有污染、易于控制和维护，因此机械手的驱动系统常采用气动技术。机械手系统核心的部分是执行系统和控制系统，这里我们介绍基于三菱FX系列的PLC来实现对气动机械手的控制。

　　1 系统结构和功能介绍

　　如图l所示，机械手的终端是一个气动夹爪，可以实现抓和放的动作，由一个双作用气缸和一个双电控电磁阀来完成控制;气动夹爪安装在一个垂直方向的双作用气缸上，能实现上升和下降动作，方向的控制由一个单电控的电磁阀来完成;垂直方向的气缸又安装在一个水平方向的伸缩气缸上，能实现伸出和缩回动作，水平双作用气缸由一个双电控的电磁阀完成;水平气缸再安装在一个双作用旋转气缸上，能实现左旋和右旋动作，我们希望它能停在活动范围的任意位置，因此选择了一个双电控的三位五通阀来控制。因此机械手的动作由4个电磁阀共7个控制点来实现其旋转、伸缩、上下和抓放的动作，其气动系统原理图见图2。

　　另外，气动机械手的感知部分采用了这样一些信号开关：左右极限点各用1个电感式传感器，伸缩的前后极限点各采用了1个标准型的磁电开关，上下极限点也各采用磁电开关。这样这个机械手系统上就有了6个信号采集输入点。后机械手再配上2个按钮，分别用于启动和停止。这样本气动机械手的主要输人点有8个(见表1)。

　　本机械手功能是将一边的工件搬到另一边，如将一条生产线的工件搬到另一条生产线，或将一个工作站的工件搬到另一个工作站，工作顺序为：(上电).+复位_+(启动)-+伸出_+下降.+抓工件一+上升一缩回_+右旋_+伸出_下降-+放工件_+上升_缩回一左旋一+循环。

　　2 PLC控制设计

　　2.1 PLC L/O表和PLC VO接线图

　　机械手系统与PLC的L/O表如表1，与PLC的VO连接图如图3所示。

　　2.2软件设计

机械手动作是：设复位状态为左边、伸缩气缸缩回、气爪放松。因此上电后复位就是需要左旋至左极限、缩回至后极限、放松气爪;按下启动按钮后，伸缩气缸伸出，直至前极限点;下一个动作是机械手下降至下极限点;然后抓工件，此处由于没有传感器，可安排一定的保持时间，如l s;接下来的动作是机械手上升至上极限;然后缩回至后极限;接着机械手右旋至右极限;机械手再伸出至前极限;然后机械手下降至下极限;下一步是将工件放下，完成工件的搬运工作;接下来机械手应返回原始位置，即先上升至上极限，然后缩回至后极限，再左旋至左极限，即原点。至此，气动机械手通过13个动作完成一个工作周期，可返回进行下一个循环。这里，我们注意到机械手都要在缩回后再旋转，这时为了避免悬臂梁过长而造成干涉或者机械的笨重。PLC控制程序的功能图见图4，将此功能图转换为梯形图，就可以成为PLC控制程序，从而实现对本气动机械手的动作控制。

　　梯形图的设计：梯形图的编制方法很多，可以用起保停的方法，即按条件起动然后保持(自锁)，下一个状态成立时切断上一个状态;也可以使用[SET]和[1iST]来完成;比较典型的是以[STL]为特征的步进梯形图;如果要精简一些，我们也可以用移位指令来完成，如本例可以用[SFTL MS0 M0 K14 K1]，其中SFTL是左移位指令，M50是补位的，M0是起始状态继电器，K14表示共14各继电器，即M0～M13，K1表示一位一位左移。部分程序如图5。

　　3结束语

　　由“可编程序控制器一传感器.气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面。电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC，而阀岛技术的发展，又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。气动技术经历了一个漫长的发展过程，随着气动伺服等先进技术走出实验室，气动技术及气动机械手将迎来崭新的明天。

　1引言

　　某柴油内燃机生产线上有一道工序是对缸体端盖螺栓组拧紧加工，螺栓组拧紧的顺序和预紧力的大小决定了各个螺栓受力是否均匀以及被连接件的紧密性?，为保证装配质量该工序严格规定了螺栓组拧紧的顺序、各个螺栓预紧力、螺栓旋入角度等参数，如图l所示，图上的数字表示螺栓拧紧的先后顺序。

　　为保证装配质量，有两种方案可供选择：1)装备自动拧紧机器人设备，虽然可以保证装配质量，但这样的设备昂贵复杂，对于现场条件来说，初期投资过大，维护难度高。2)购买电动拧紧机，通过人工选择被拧螺栓，将拧紧器手柄对准螺栓后扣动，拧紧机按预先设置好参数进行拧紧，如此逐个拧紧。虽然这种方式设备成本比机器人要低很多，但由于该内燃机有多个不同型号的产品，其螺栓数量、预紧力、拧紧顺序各不相同，人工选择难免会犯错误，影响装配质量。因此需要一个辅助监控系统监控人工操作，该系统可以通过工件上的条码识别工件型号，并逐个提示工人被拧紧螺栓的位置，并对工人的工作进行监控，如果工人拧紧的顺序发生错误，则拒绝加工并发出警告，每加工完一个螺栓，都判断加工是否合格，如果合格则提示加工下一个，否则提示继续加工本螺栓，直到该工件所有螺栓加工完毕，提示工人加工合格，放行当前工件，进入下一工件操作。从而避免拧紧参数及拧紧顺序错乱。

　　2系统结构及功能

　　如图2所示，系统由上位机、西门子S7—200PLC、扫描枪、拧紧机、电感式接近开关、PPIPCI电缆、通讯接头等组成。条码扫描枪的通讯接口为串口，使用一个RS232转485的接头将扫描枪与PLC通讯端口相连接，扫描枪读取到的字符即可传递给PLC来判断工件型号。PLC使用PPI/PCI电缆与上位机相连接并完成数据交换。使用PLC的数字量输出对拧紧机进行参数宏选择，不同输出点对应不同的参数宏，各参数宏中的拧紧参数提前在拧紧机中设置好，包括预紧力、旋转角度、螺栓数量等。接近开关按螺栓组的分布形状布置在活动机架上，其信号发送至PLC数字量输入口，用来检测拧紧器将要加工的螺栓是否符合规定顺序，如果顺序正确，即可加工，否则禁止加工。单个螺栓加工完成后，合格信号由拧紧机的数字量信号反馈给PLC。

　　3软件设计

　　3.1 PLC获取条码信息

　　PLC采用自由通讯口方式读取条码的信息，即CPU的串行通信接口可以由用户程序控制，可以用发送指令、接受指令、接受完成中断、字符接受中断和发送完成中断来控制通信过程障1主要用到SMB30寄存器设置接受指令参数。SMB30用于设置端口0的通信波特率、奇偶校验、数据位数目等参数。

　　pp：奇偶校验控制字，d：每个字符的数据位，bbb.自由端口波特率，min：协议选择。本系统的SMB30设置为0000100l，即参数为：

　　无校验、8位数据位、9600波特、自由端口协议。

　　使用接受指令RCV接收COM端口的整条消息，然后在完成消息接收后，生成程序中断。通过指定的通信端口(PORT)，接受的信息存储在数据缓冲区(TBL)中。数据缓冲区个字节用来累计接收到的字节数。

　　3.2 PLC逻辑控制程序

PLC的控制程序采用西门子的编程软件STEP7完成，编写完成之后通过上位机传送给PLC，其程序结构流程如图4所示。

　　当工件被送至操作位，先使用扫描枪扫描工件条码，PLC针对条码信息判断工件型号，并设置拧紧参数宏。随后布置有接近开关的机架移动至工件的正上方，上位计算机提示工人被拧紧螺栓位置，工人将拧紧手柄移至该螺栓加工位，同时接近开关判断拧紧器是否在正确的操作位置，如果操作位置正确，允许工人操作，否则禁止工人操作，并在上位显示器上进行报警提示。当前螺栓加工停止后，拧紧机判断加工是否合格，并将判断结果发送给PLC，若合格，则上位机提示下一个被加工螺栓位置;否则提示本螺栓未完成请继续加工，直至盖螺栓加工合格。如此循环直至该工件所有螺栓拧紧完成，接近开关布置架上移，放行本工件，进行下一个工件的操作。

　　3.3上位机程序

　　如图5所示，上位机程序采用组态王编写，通过PPI/PCI电缆与PLC连接，当PLC判定型号后，上位机程序调取辅助画面，画面中的被加工螺栓通过红绿交替闪烁提示工人操作，操作完成之后读取PLC中状态变量判断加工是否合格，加工合格后画面显示为红色表示该螺栓加工完成，然后闪烁提示下一个被加工螺栓位置。操作人员按照规定的顺序将所有螺栓拧紧，则提示当前工件加工完毕，放行本工件，并进入下一工件操作，如此反复。

　　4结束语

　　现场实际使用表明本系统满足工艺要求，并具有具有可靠性好，实时性高，工作稳定等特点。避免了人工装配质量的不稳定性，大大的降低了次品率，而且投资较少，适合于不具备装备全自动拧紧机器人条件的生产线，以较低的成本获得一个较高的装配质量