基于顺序控制设计法的分拣机械手PLC程序设计

0引言

随着智能制造技术的快速发展, 自动分拣机械手的应用已成为提升工业生产效率的关键环节,其控制稳定性与可靠性直接影响分拣作业的结果[1]。然而,传统PLC编程方法在复杂分拣任务中常面临逻辑冗余、调试周期长等问题。顺序控制设计法(SFC)通过模块化工步划分,能够有效简化程序设计流程[2]。本文以金属/非金属分拣机械手为研究对象,基于顺序控制设计法,结合置位/复位指令优化程序结构,设计多工步控制逻辑,提高了 自动分拣机械手控制程序的设计效率和逻辑可靠性,为同类设备开发提供了可复用的技术路径。

1自动分拣机械手的控制要求

如图1所示,系统控制流程需满足以下要求:

1)若P点检测到有工件存在,机械手下降(A缸动作)。

2)利用电感式接近开关检测工件材料属性[3]。若为金属工件,抓取工件(B缸动作)后上升 (A缸复位),左移(电机M1动作)到容器1上方(SQ1动作);若为非金属工件,则抓取工件后移动到容器2上方(SQ2动作)。左移到指定位置后,机械手臂再次下降(A缸动作),释放工件后(B缸复位),机械手臂再次上升(A缸复位),最后机械手右移回到原点。

3)B缸抓取或释放动作,须保持2 s延时,确保操作的稳定性。

2 自动分拣机械手的控制顺序功能图

2.1控制流程图

根据系统控制要求,将整个工艺过程分解成若干个不同的阶段,画出工艺流程图,如图2所示。

2.2顺序功能图

对输入、输出信号进行I/O地址的分配,如表1所示。

根据工艺流程图绘制顺序功能图。如图3所示,顺序功能图采用选择分支结构,包含S0.0、S0.1、S0.2、S0.3、S0.4、S0.5、S0.6、S0.7、S1.0、S1.1、S1.2、S1.3这 12步,步S0.0是初始步,步S0.1对应的动作是机械手下降,即A缸电磁阀接触器线圈得电,转换条件为P点检测开关动作;步S0.2和步S0.5是选择序列的分支。

1)若A缸下限位开关SQ5动作,且材料检测接近开关动作,则跳转到步S0.2;步S0.2对应的动作是抓取金属工件,即B缸电磁阀接触器线圈得电,并启动一个2 s的定时器;步S0.3对应的动作是机械手上升,即A缸电磁阀接触器线圈失电,转换条件为T37定时时间到;步S0.4对应的动作是机械手左行,即电机M1正转接触器线圈得电,转换条件为A缸上限位开关SQ4动作。

2)若A缸下限位开关SQ5动作,材料检测接近开关未动作,则跳转到步S0.5;步S0.5对应的动作是抓取非金属工件,即B缸电磁阀接触器线圈得电,并启动一个2S的定时器;步S0.6对应的动作是机械手上升,即A缸电磁阀接触器线圈失电,转换条件为T38定时时间到;步S0.7对应的动作是机械手左行,即电机

M1正转接触器线圈得电,转换条件为A缸上限位开关SQ4动作。

选择序列在步S1.0处汇合,S1.0对应的动作是机械手下降,即A缸电磁阀接触器线圈得电,转换条件为机械手左行限位开关SQ1(分支1)或SQ2(分支2)动作;步S1.1对应的动作是释放工件,即B缸电磁阀接触器线圈失电,并启动一个2 S的定时器,转换条件为A缸下限位开关SQ5动作;步S1.2对应的动作是机械手上升,即A缸电磁阀接触器线圈失电,转换条件为T39定时时间到;步S1.3对应的动作是机械手右行,即电机M1反转接触器线圈得电,转换条件为A缸上限位开关SQ4动作;当机械手右行限位开关SQ3动作时,再次跳转到初始步S0.0。

3 自动分拣机械手的PLC程序

按以下顺序将上述顺序功能图转化为梯形图程序:

1)初始化程序。如图4(a)所示,使用“仅在第一个扫描周期时接通”的系统变量SM0.1来激活初始步S0.0,当P点检测到有工件时,I0.1的常开触点闭合,程序跳转到步S0.1。

2)选择分支程序。如图4(b)所示,步S0.1置位Q0.0,机械手下降。当SQ5动作时,I0.7的常开触点闭合。若检测到工件材料为金属,材料检测接近开关动作,I0.2的常开触点闭合,常闭触点断开,程序跳转到步S0.2;若检测到工件材料为非金属,材料检测接近开关不动作,I0.2的常开触点断开,常闭触点闭合,程序跳转到步S0.5。

3)分支1程序。如图4(c)所示,步S0.2置位Q0.1,机械手抓取金属工件,同时定时器T37开始定时。2s定时时间到后,T37的常开触点闭合,程序跳转到步S0.3;步S0.3复位Q0.0,机械手上升。当SQ4动作时,I0.6的常开触点闭合,程序跳转到步S0.4;步S0.4置位Q0.2,机械手左行。当SQ1动作时,I0.3的常开触点闭合,程序跳转到步S1.0。

4)分支2程序。如图4(d)所示,步S0.5置位Q0.1,机械手抓取非金属工件,同时定时器T38开始定时。2 s定时时间到后,T38的常开触点闭合,程序跳转到步S0.6;步S0.6复位Q0.0,机械手上升。当SQ4动作时,I0.6的常开触点闭合,程序跳转到步S0.7;步S0.7置位Q0.2,机械手左行。当SQ2动作时,I0.4的常开触点闭合,程序跳转到步S1.0。

5)分支汇总程序。如图4(e)所示,步S1.0置位Q0.0,机械手下降。当SQ5动作时,I0.7的常开触点闭合。检测程序跳转到步S1.1。步S1.1复位Q0.1,释放工件,同时定时器T39开始定时。2s定时时间到后,T39的常开触点闭合,程序跳转到步S1.2;步S1.2复位Q0.0,机械手上升,当SQ4动作时,I0.6的常开触点闭合,程序跳转到步S1.3;步S1.3置位Q0.3,机械手右行,返回原点。当SQ3动作时,I0.5的常开触点闭合,程序跳转到初始步S0.0,进入下一个循环。

4结论

本文基于顺序控制设计法,以PLC为核心,设计了 自动分拣机械手的控制程序。通过结构化设计,将分拣流程按顺序分解为不同的工步,降低了程序的复杂度。采用置位/复位指令驱动法,并通过定时器与限位开关保障动作时序,提高了程序的可靠性,实现了金属与非金属工件的准确分拣。模块化设计提高了程序的可读性,便于功能调整。该方法为自动化分拣设备的控制程序设计提供了有效的解决方案。

[参考文献]

[1] 禹春来,胡来红,李文方,等.多自由度分拣机械手位置的PLC控制仿真[J].计算机仿真,2024,41(2):359-363.

[2]曹丽苹.顺序控制设计法在PLC应用程序设计中的应用

[J].湖北农机化,2020(17):48-49.

[3]王虎.物料分拣PLC控制系统的设计[J].集成电路应用,2024,41(2):256-257.

《机电信息》2025年第21期第11篇