各执行机构的调速，凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安 装节流阻尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩 气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可加快起动速度，也可调节全程上的速 度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂靠自 重下降，其速度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送 器气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。
为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器，这 样可以省去电磁阀和切换节流阀或行程节流阀的气路阻尼元件。
电磁阀的通径，是根据各工作气缸的尺寸、行程、速度计算出所需压缩空气 流量，与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。
第七章机械手的PLC控制设计
考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器 (PLC)对机械手进行控制.当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即 可实现，非常方便快捷。
7.1 可编程序控制器的选择及工作过程
36
7.1.1 可编程序控制器的选择
目前 ，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德国西门子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型
PC等。考虑到本机械手的输入输出点不多，工作流程较简单，同时考虑到制造 成本，因此在本次设计中选择了OMRON公司的C28P型可编程序控制器。
7.1.2 可编程序控制器的工作过程
可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用 了循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为4个阶段。
第一阶段是初始化处理。
可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，CPU对输入输出状态的询 问是针对输入输出状态暂存器而言的。输入输出状态暂存器也称为I/0状态表. 该表是一个专门存放输入输出状态信息的存储区。其中存放输入状态信息的存储
器叫输入状态暂存器;存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时， CPU首先使I/0状态表清零，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，进入 下一阶段。
第二阶段是处理输入信号阶段。
在处理输入信号阶段，CPU对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的 状态信息送到I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在I/0 状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成 运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。
第三阶段是程序处理阶段。
当输入状态信息全部进入I/0状态表后，CPU工作进入到第三个阶段。在这 个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各I/0状态和有关 指令进行运算和处理，最后将结果写入I/0状态表的输出状态暂存器中。
第四阶段是输出处理阶段。
CPU对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到I/0状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后，CPU又返回执行下一个循环的扫描周期。
37
7.2可编程序控制器的使用步骤
在可编程序控制器与被控对象(机器、设备或生产过程)构成一个自动控制系
统时，通常以七个步骤进行: (1)系统设计
即确定被控对象的动作及动作顺序。 (2) I/0分配
即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号;哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号.此外，对用到的可编程序控制器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。 (3)画梯形图
它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中全部动作的相互关系。如果使用图形编程器(LCD或CRT)，则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下一步的助记符程序转换过程。 (4)助记符机器程序
相当于微机的助记符程序，是面向机器的(即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同)，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中。 (5)编制程序
即检查程序中每条语法错误，若有则修改。这项工作在编程器上进行。 (6)调试程序
即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序设计(包括画梯形图、助记符程序、编辑、甚至调试)也可在别的工具上进行。如IBM-PC机，只要这个机器配有相应的软件。 (7)保存程序
调试通过的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盘上备用。
7.3机械手可编程序控制器控制方案
1、系统简介
控制对象为圆柱座标气动机械手。它的手臂具有三个自由度，即水平方向的伸、缩;竖直方向的上、下;绕竖直轴的顺时针方向旋转及逆时针方向旋转。另外，其末端执行装置—机械手，还可完成
38
抓、放功能。
以上动作均采用气动方式驱动，即用五个二位五通电磁阀(每个阀有两个线圈，对应两个相反动作)分别控制五个气缸，使机械手完成伸、缩、上、下、旋转及机械手抓放动作。其中旋转运动用一组齿轮齿条，使气缸的直线运动转化 为旋转运动。
这样 ，可用PLC的8个输出端与电磁阀的8个线圈相连，通过编程，使电磁阀各线圈按一定序列激励，从而使机械手按预先安排的动作序列工作.如果欲改变机械手的动作，不需改变接线，只需将程序中动作代码及顺序稍加修改即可。
另外 ，除抓放外，其余六个动作末端均放置一限位开关，以检测动作是否到位，如果某动作没有到位，则出错指示灯亮。 2、工业机械手的工作流程
此机械手用于冲床的上下料。
当按下机械手启动按钮之后，机械手有如下动作:
先右转至右限位开关动作(1DT通电) →下降至下限位开关(5DT通电) → 手腕逆时针转动90°(7DT通电) →手臂伸长至限位开关(3DT通电) →检查有无物品，若有物品，手爪抓紧(9DT通电) →手臂收缩至限位开关(4DT通电) →上升至上限位开关(6DT通电) →左转至左限位开关动作(2DT通电) →手腕顺时针转动90° (8DT通电) →手臂伸长至最长(3DT通电) →手爪松开(IODT通电) →延时T →手臂收缩最短(4DT通电)。至此，一个工作循环完毕。 3、机械手工作时序图如附图所示。 4, I/0分配
根据系统输入输出点的数目，选用OMRONC 28P型PC，它有16个输入点， 标号为0000^0015; 12个输出点，标号为0500-0511.
39
5、梯形图设计
(如附图所示)
根据机械手的逻辑时序图及1/0分配，画出控制梯形图，如附图所示。由梯 形图可以看出:
(1)手臂左转的条件:左转不到位(0003为OFF)，收缩到位(0006为ON),上升到位(0007为ON)，手腕逆转到位(0009为ON)，手爪抓紧(0002为ON),无右转命令(0501为OFF).
(2)手臂右转的条件:右转不到位(0004为OFF)，上升到位(0007为ON),收缩到位(0006为ON)，手腕顺转到位(0010为ON)，手爪放松(0002为OFF),无左转命令(0500为OFF).
(3)手臂伸长的条件:伸长不到位(0005为OFF)，无收缩命令(0503为OFF)，并且满足下列条件之一:1)右转到位(0004为ON)，下降到位(0008为ON)，手腕逆转到位(0009为ON)，手爪放松(0002为OFF); 2)左转到位(0003为ON)，上升到位(0007为ON)，手腕顺转到位(0010为ON)，手爪抓紧(0002为ON).
(4)手臂收缩的条件:收缩不到位(0006为OFF)，无伸长命令(0502为OFF)，并且满足下列条件之一:1)右转到位(0004为ON)，下降到位(0008为ON)，手腕逆转到位(0009为ON)，手爪抓紧(0002为ON); 2)左转到位(0003为ON)，上升到位(0007为ON)，手爪抓紧(0002为ON)，手腕顺转到位(0010为ON).
40