顺序功能图在机械手控制中的应用.pdf

4 0 煤矿机 电 2 0 0 6年第3期 顺序功能图在机械手控制中的应用 熊永超， 齐传刚， 蒲志新 辽宁工程技术大学 机械工程学院， 辽宁 阜新 1 2 3 0 0 0 摘 要 本 文以机械手控制为例， 利用顺序功能图的方法设计其梯形 图。与传统的设计方法相 比 具有简单、 直观 、 逻辑性强等特点， 提高 了编程 的效率。 关键词 P L C；顺序功能 图；顺序控制 ； 步进指令 中图分类号 T P 3 1 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 0 6 0 3 0 0 4 0 0 3 T h e Ap p l ic a t i o n o f SF C i n Ma n i p u l a t o r Co n t r o l X I O NG y 0 n g - c h a o ，Q I C h u a n - g a n g， P Z h i - x i n S c h o o l o f E c o n o m i c s a n d Mana g e m e n t ，C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m， D o n g y i n g 2 5 7 0 6 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r t a k e s t h e ma n i p u l a t o r a s a n e x a mp l e a n d u t i l i z e s t h e me t h o d o f S F C t o d e s i g n t h e l a d d e r d i a g r a m o f ma n i p u l a t o r ．C o mp a r e t o t h e t r a d i t i o n a l me t h o d，t h i s me t h o d i s p r o v i d e d wi th s i mp l e ，d i r e c t and l o g i c f e a t u r e s ，wh i c h i mp r o v e s t h e e f fic i e n c y o f p r o g r a mmi n g ． K e y wo r d sP L C；S F C；s e q u e n t i a l c o n t r o l ；i n s t r u c t i o n S T L 1 概述 顺序功 能图 S e q u e n t i al F u n c t i o n C h a r t 是 描述 控制系统的控制过程 、 功能和特性的一种 图形 ， 是描 述顺序控制过程 的一种有力工具。利用顺序功能图 的方法来编写顺 序控制程 序 已经成为 当前 P L C顺 序控制梯形图设计的主要方法。利用顺序功能图来 表示顺序控制过程的基本思想是将系统的一个工作 周期划分为若干个顺序 相联 的阶段 ， 这些阶段称 为 工步 ， 并用 P L C的编程元素 如辅 助继 电器 M 或状 态寄存器 s 来代表各工步。机械手是代替人在特 殊环境下搬运工件 的机械装置 ， 它 比人力搬运具有 力量大 、 速度快 、 工作不受环境和时间限制及控制简 单等优点 ， 因此在工业 中得到广泛的应用 。机械手 的工作流程是一种典型的顺序动作过程 ， 利用顺 序 功能图的方法编写机械手的控制梯形 图， 可以使工 作简单化 。本文以三菱 F x 系列 P L C为例 ， 利用步 进指令 S T L 编写其控制梯形 图， 充分显示 出顺序 功能图设计方法 的特点。 2 顺序功能图 顺序功能图如图 1所示 ， 它主要由工步 、 有向连 线、 转换 、 转换条件和动作 或命令 组成。其基本 结构可以分为单序列 、 选者序列和并行序列三种形 式 ， 见于图 2 。在应用顺序功能图来设计梯形 图时 ， 首先应根据工艺和控制要求确定该控制过程是属于 哪种形式 ， 然后根据该种形式 的具体要求绘制 出控 制 系统的顺序功能图， 最后根据顺序功能图编写控 制梯形 图。 土 脉 冲 圈I 条件 l 臣 ．1 - 转 换 条 件 2 厥 图 1 顺序功能图的组成 在绘制顺序功能图时应注意如下事项 1 两个步和两个转换不能直接相连 两个步不能直接相连 ， 必须用一个转换将它们 隔开 ； 两个转换也不能直接相连 ， 必须用一个步将它 们隔开 。 维普资讯 2 0 0 6年第3期 煤矿机电 4 1 图 2 顺序功 能图的基本结构 2 初始步必不可少 若没有初始步， 将无法表示初始状态 ， 系统无法 返 回停止状态 ， 同时初始步与它相临步的输 出变量 的状态不相同。 3 用初始脉冲将初始步变为活动步 在顺序功能图中， 只有当某步的前一步变为活 动步 ， 该步才能变成活动步。为使系统能够正常运 行 ， 必须用初始脉冲将初始步变为活动步， 否则系统 将无法运行。 4 控制系统能多次重复执行同一工艺过程 在顺序功能图中应有由步和有向连线组成的闭 环回路， 以体现工作周期的完整性。 3 机械手控制实例 就三菱 F X 等系列 P L C而言， 实现顺序控制的 程序设计方法主要有四种 用起保停 回路设计顺序 控制梯形图、 用置t ％ ／ 复位指令 S ／ R 设计顺序控制 梯形图、 用移位寄存器设计顺序控制梯形 图和用步进 指令 S T L 设计顺序控制梯形图。S T L是利用内部软 元件状态 S ， 在顺序控制程序上进行工序步进型控 制的指令 ， 返回 P E T 是表示状态 S 流程的结束 ， 用 于返 回主程序的指令。F X 2 N系列 P L C实现步进控 制功能时， 是将步进指令 S T L与状态寄存器 S相配合 使用， 使用 S T L指令的状态寄存器的常开触点称为 S T L触点 ， 它在梯形图中有特殊的表示 ， 以区别普通 触点。图 3表示了顺序功能图与 S T L触点 回路块之 间的对应关系， 其中S T L 触点回路块要完成3 个方面 的功能 对负载的驱动处理 、 指定转换条件和指定转 换 目标。根据图 3的对应关系， 利用 S T L指令便可设 计出机械手的顺序控制梯形图。 1 机械手控制要求 本例中机械手 的工作过程 是将 工件 从 A点移 动到 B点。机械手的控制要完成上升、 下降、 左行、 右行 、 夹紧和放松六个动作 ， 机械手的工作示意如图 4所示 。假设 机械手的初 始位置 原点位置 在左 上 ， 即图示位置 ， 则控制中省去了复位控制步骤。根 据机械手 的控制要求 可选用 F X 一2 8 MR P L C一 台， 输入输出 I ／ O口分配表如表 1所示 。 X0 0 图3 顺序功能图与 S T L指令梯形图的对应关系 图 4 机械手工作示意图 表1 I ／ O 口分配表 2 机械手控制梯形图设计 机械手的工作原理 按下启 动按 钮 X 0 0 0机械 手开始下降 ， 当到达下 限位 置时行程开关 X 0 0 1闭 合 ， 机械手 下降动 作停止 ， 夹紧动 作开始 ， 延 时 2 s 确保工件被夹紧 后机械手开始上升 ， 当到达上限 位置时 ， 行程开关 X 0 0 2闭合 ， 机械手上升动作停止 右移动作开始 ， 当到达右限位置时 ， 行程开关 X 0 0 3 闭合 ， 机械手右移动作停止下降动作开始 ， 当到达下 限位置时行程开关 X 0 0 1 再次闭合， 机械手下降动 作停止 ， 放松工件的动作开始 ， 并延时 2 s 确保工件 完全被松开 ， 之后机械手将再次完成 上升动作 和 左移到原始位置 ， 即当行程开关 X 0 0 4闭合时 ， 机械 手 的一个运动周期结束。 根据机械手的运动过程及控制 ， 分别用特殊辅 助继 电器 M8 0 0 2做 初始脉 冲 ， S o做 初始步 ， 2 1～ 2 8做相应的工步 ， 可 以绘制 出机械手运 动控 制的 顺序功能图， 如图 5 a 所示。再根据顺序功能图就可 以很容易的编写出梯形图 ， 如图 5 b所示 。 维普资讯 4 2 煤矿机 电 2 0 0 6年第3 期 4 结 语 0 3 7 9 l 2 a 机械手顺序功能图 b 机械手控制梯形图 图 5利用 S T L指令绘制的机械手控制 图 通过机械手控制实例可以看出， 采用 S T L指令 的方法设计机械手控制程序具有简单 、 直观， 程序结 构清晰、 规范 ， 易于理解和检查。对于复杂程度高的 顺序控制系统 ， 应优先选用 S T L指令 的方法 ， 可以 降低编程的复杂性， 从而缩短编程的时间， 提高工作 用于某厂家所生产的某些 P L C产品。 参考文献 [ 1 ] 廖常初． P L C梯形图的顺序控制设计法与书许功能图[ J ] ． 电 工技术 ， 2 0 0 1 4 作者简介 熊永超 1 9 6 0一 ， 男， 教授。1 9 8 2年毕业于阜新矿业学 院煤矿机械化专业 ， 主要从 事机械 电子 、 无 损检测 与控制 方面 的研 究， 发表 文章 l 0余篇。 收稿 日期 2 0 0 5一l l 一2 2 ； 责任编辑 姚克 效 率。 需要注意的是 ， S T L 指令不具有通用性 ， 仅适 ， ， ， ，， ， ， ，， ， ， ，， ， ， ，， ， ， ， ，， ， ， ，， ， ， ， l l “ l l “ l l “ ，， l l “ l l “ l l “ l l “ l l “ ， ，l l “ l l “ l l “ ， ，， ， ， ，， ， ， ，， ， ， ，， ， ， ， ， ， ， ，， ， ， ，， ， ， ，’ ’ ’ 上接第 3 9页 6 自重充液增速回路 图6 自重充液增速回路 1一油箱 ； 2 、 3一液控单向 阀； 4一单向节流阀 自重充液增速 回路 图 6 常用 于大型液压机 中。由于运动部件自重， 活塞快速下降， 下降速度由 单向节流阀4控制 ， 如上腔供油不足 ， 形成负压 ， 则 液控单 向阀2打开 ， 通过油箱 1补油。当液压机活 塞接触工件 ， 负载增加 ， 上腔压力升高 ， 液控单向阀 2 关闭， 低速下降。当换向阀换至左位， 压力油进入 液压缸下腔 ， 打开液控单 向阀 2、 3 ， 则液压缸上腔的 油流回油箱 1 。 由上述几种回路看出 ， 用单向阀和液控单 向阀 补油 ， 可以有效地减小系统的冲击与振动 ， 消除同步 回路的累积误差， 防止管路的爆裂等。 参 考文献 [ 1 ] 周士昌 ， 等．液压系统设计[ M] ．北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 3 作者简介 张军 1 9 7 9一 ， 男， 助理工程师。2 0 0 1 年毕业于山东科 技大学 ， 现从事掘进机液压系统的设计开发。 收稿 日期 2 0 0 51 01 3 ； 责任编辑 陈锡强 “ 加 如 维普资讯