基于分部式程序的传送带机械手控制系统

[摘要]  利用西门子S7-300 PLC控制传送带机械手，控制系统安装简单、运行可靠、维护方便；采用S7-300 PLC独有的分部式程序，编程效率高、程序层次分明、标准化程度高、便于阅读、易于调试。

关键词  分部式程序   传送带 机械手   控制

0 引言

目前，大部分传送带机械手的控制都采用三菱、欧姆龙、松下或国产PLC，编写设备的控制程序时采用的是经验编程法或顺序控制编程法，因此编写的程序比较复杂，耗费的时间比较长，花费的“心思”比较多，难于阅读，给系统的维修维护和改进带来了很大的困难，对编程人员要求也比较高。而采用西门子S7-300/400 PLC独有的分部式程序能克服上述弊端，S7-300/400PLC还具有其它PLC所没有的二个特点：一是编程软件中嵌入了模拟仿真软件，编写完程序后可立即用模拟仿真软件调试程序，无需去到生产现场调试，极为便利；二是编程软件有硬件故障诊断功能，能编写硬件故障处理程序。正是基于上述原因，笔者在为某企业生产线上的传送带机械手进行改造时，中选用了S7-300 PLC，在编程时采用了分部式程序，受到了业主、操作人员及维护人员的一致好评。

1 传送带机械手控制系统

传送带机械手控制系统运行情况如图1所示。传送带A、B由三相异步电动机拖动，机械手的上升、下降、左转、右转、夹紧、放松动作分别由电磁阀和液压传动系统控制，并用行程开关及光电开关检测机械手的动作的状态和工件的位置。

图1 传送带机械手控制系统运行示意图

1.1 控制要求

机械手初始状态时手臂在下限位（下限位开关SQ4压合），机械手在传送带A上（左限位开关SQ5压合）时手指松开，传送带机械手控制系统运行情况如图一所示。控制要求如下：

（1）按下起动按钮SB1，传送带A、B同时起动；

（2）当传送带A上的工件到达前端，光电开关SQ1检测到工件时，传送带A停止，传送带B继续运行；

（3）机械手手指夹住工件，夹紧后，夹紧开关SQ2动作；

（4）机械手手臂上升，升到上限位时碰上限位开关SQ3；

（5）机械手手臂向右转，同时传送带A又起动，直到光电开关SQ1检测到工件时停止。，手臂转到传送带B上方时碰右限位开关SQ6；

（6）机械手手臂下降，到下限位时碰下限位开关SQ4；

（7）机械手手指松开，工件落到传送带B上，同时夹紧开关SQ2复位。；

（8）机械手手臂上升，升到上限位时碰上限位开关SQ3；

（9）机械手手臂向左转，转到传送带A上方时碰左限位开关SQ5；

（10）机械手手臂下降，到下限位时碰下限位开关SQ4，传送带A又重新起动。

在传送带A上，如果若还有工件，机械手则重复上述过程；如果若没有工件，则等待；如果若等待时间超过15s，则二2条传送带停车。按下停止按钮，传送带A、B停车，机械手则要将工件搬运到传送带B上且回到初始状态后再停车。

机械手有三种工作方式：手动工作、单周期工作、连续工作三种工作方式。

1.2 硬件设计

由于PLC外围电路的接线及传送带电动机控制线路的主电路都非常简单，加之篇幅限制，本文略去了这二2个线路图。

传送带机械手采用西门子S7-300 PLC控制，信号模块选用DI16点DC 24V输入模块和DO8点AC 220V输出模块，I/O地址分配如见表1所示。为了方便操作人员监控传送带机械手的工作情况，分别在控制机械手的5个电磁阀（YV1～YV5）的线圈及二2台电机的线圈（KM1、KM2）上并接了信号灯（灯1～灯7），松开信号灯0接在Q4.0上。
表1 传送带机械手控制系统I/O地址分配表

编 程

元 件 元件地址 定义符号 控制功能

数字量

输入

DC16×24V I0.0 SQ1 工件检测开关

I0.1 SQ2 夹紧限位开关

I0.2 SQ3 上限位开关

I0.3 SQ4 下限位开关

I0.4 SQ5 左限位开关

I0.5 SQ6 右限位开关

I0.6 SB1 起动按钮

I0.7 SB2 停止按钮

I1.0 SB3 手指放松按钮

I1.1 SB4 手指夹紧按钮

I1.2 SB5 手臂上升按钮

I1.3 SB6 手臂下降按钮

I1.4 SB7 手臂左转按钮

I1.5 SB8 手臂右转按钮

I1.6 SA1 单周/连续控制

I1.7 SA2 手动控制

数字量输出AC8×220V Q4.0 HL0 松开信号灯0

Q4.1 YV1、HL1 夹紧及灯1

Q4.2 YV2、HL2 上升及灯2

Q4.3 YV3、HL3 下降及灯3

Q4.4 YV4、HL4 左转及灯4

Q4.5 YV5、HL5 右转及灯5

Q4.6 KM1 电机A及灯6

Q4.7 KM2 电机B及灯7

传送带机械手的操作控制面板如图2所示。电源开关QS和电源指示灯HL8采用带自锁的按压式开关。；控制方式选择开关采用三档式，打在中间为单周期工作方式，打在左边为手动工作方式，打在右边为连续工作方式。

图2 操作控制面板

1.3 软件设计

传送带机械手控制系统的软件设计采用分部式程序，程序结构由主组织块OB1和功能FC1、FC2组成，OB1调用FC1及FC2。

1.3.1 OB1中的程序

OB1中编写的是传送带A、B的控制程序和调用功能FC1、FC2的程序，如图3所示。在程序段6中，按下停止按钮后，传送带A、B停车，但机械手必须回到初始状态（I0.3、I0.4常开触点闭合），才能将1→（MB0）中，那么MB0中除M0.0=1以外，其它各位均等于零，系统停车并初始化。任何时候，OB1不能同时调用二2个功能FC1、FC2，只能调用二其中个中的一个。

图3 传送带控制及功能调用程序

1.3.2 FC1中的程序

FC1中编写的是机械手单周期/连续工作方式控制程序，采用顺序控制编程方法，顺序功能图如图4所示。

图4 机械手顺序功能图

在顺序功能图4中，最容易出错的地方是M0.1这一步，因为在M0.1这一步必须对Q4.1置位，否则机械手手指在M0.1步夹紧工件，进入M0.2这一步则松开工件，就不能将工件搬运到传送带B上，；在M0.5这一步则应该对Q4.1复位。

FC1的

图4 机械手顺序功能图

梯形图如图5所示。当传送带A运行，工件检测开关动作时，M1.1的常开触点闭合，如果若I1.6常闭触点也闭合，那么机械手单周期工作方式开始，而连续工作方式和手动工作方式则与M1.1无关。

图5 机械手单周期/连续工作方式程序

1.3.3 FC2中的程序

FC2中编写的是机械手手动工作方式控制程序，梯形图如图6所示。在梯形图中考虑了线圈之间的联锁和以及机械手的限位保护等功能。