项目十 机械手搬运系统的PLC控制

7）单步运行方式要求每按一次启动按钮，机械手按连续运行方式的顺序完成一个动作。 8）各种工作方式的转换只有在系统停止的情况下有效。
图 10-1-11 选择性分支汇合处 SFC 图
注意：①各选择性分支列不能相互交叉； ②分支列和汇合列也不能交叉。
4
图 10-1-12 对应的步进梯形图
4）并行分支结构分流处的转换 图10-1-13所示并行分支结构SFC图分流处转换成步进梯形图后如图10-1-14所示，各分 支用STL指令开始独立转换，转换方法和单流程结构完全相同。
控制要求：1）系统具有手动、连续、单步运行、单周期运行和回原点五种不同的运行方式， 方式的选择由多档位转换开关实现，并分别由HL1、HL2、HL3、HL4、HL5常亮来指示。
2）机械手在原点位置才能启动连续、单步运行和单周期运行方式，原点位置在机械手 后上角；
3）手动操作方式要求按相应按钮后机械手能手动完成夹紧、放松、 上升、下降、前伸 和缩回的动作。
图 10-1-6 并行分支结构 SFC 图
6．画顺控功能图（SFC 图）的注意事项： 1）两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换条件将它们隔开。 2）两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。 3）顺控功能图中的初始步不能少。 4）在连续循环工作方式时，应从最后一步返回下一个工作周期开始运行的第一步。 5）无论是选择性分支结构还是并行分支结构，每次的分支数量不能超过 8 条，总计不 超过 16 条。
3． 顺序控制设计法的基本步骤： 1）划分步 控制系统中某一执行装置在某一段时间相对不变的一个动作或者几个动作称作状态。按 状态的不同，将控制系统划分为若干控制任务，每一个控制任务就称为 PLC 程序中的一步。 2） 确定转换条件 转换条件是系统从当前步进入下一步的条件，即从一个动作转换为另一个动作的条件。 3） 绘制顺序功能图（SFC） 根据以上分析画出描述系统工作过程的顺序功能图（SFC 图）。画顺序功能图先画初始 步，再按各工作步的顺序画转移条件、步、和步内所需要驱动的输出，一个步画完再画下一 个步。
7．步进梯形图指令
步进梯形图指令只有两条指令，一条为 STL 步进梯形图开始指令，另一条为 RET 步进梯形图返回指令；步 进梯形图开始指令 STL 是利用内部软元件状态（S），在顺序控制程序上面进行工序步开始的指令。返回 RET 指令是表示状态（S）流程的结束，用于返回主程序母线的指令。
1） 指令助记符和功能
项目十 机械手搬运系统 的PLC控制
任务一 机械手自动搬运过程的PLC控制
工作任务 根据机械手的结构和控制要求完成以下任务： 1．列出 PLC 实现机械手自动搬运工件控制要求的 I/O 地址分配表； 2．画出实现机械手自动搬运工件控制要求的 PLC 电气控制原理图； 3．编写用 PLC 实现自动搬运工件控制要求的梯形图程序； 4．完成程序调试，达到预定要求。
4）连续运行方式要求按启动按钮后机械手按图10-1-1所示的动作过程自动连续工作， 直到按下停止按钮后，机械手在完成当前搬运过程，回到原点后停止。
5）回原点运行方式要求按回原点按钮后机械手按松开、上升、缩回的动作顺序自动回 归原点。
6）单周期运行方式要求按启动按钮后机械手按连续方式的动作过程要求运行完一个周 期后自动停止。
图 10-1-15 并行分支汇合处 SFC 图
图 10-1-16 对应的步进梯形图
任务二 有多种工作方式的机械手搬运系统的 PLC控制
工作任务 根据机械手的结构和控制要求完成以下任务： 1．列出 PLC 实现机械手自动搬运工件控制要求的 I/O 地址分配表； 2．画出实现机械手自动搬运工件控制要求的 PLC 电气控制原理图； 3．编写用 PLC 实现自动搬运工件控制要求的梯形图程序； 4．完成程序调试，达到预定要求。
3． 顺序功能图（SFC）的组成要素 1）步与动作 当系统正工作于某一步时，该步处于活动状态，称为“活动步”。处于活动状态时，相 应的动作为允许执行，处于不活动状态时，相应的非保持型动作被停止执行。 每一个顺控功能图至少应有一个初始步，它是对应于系统等待起动的初始状态。（一般 要用特殊辅助继电器 M8002 来转换） 2）有向连线、转换和转换条件 有向连线上无箭头标注时，其进展方向是从上到下、从左到右。若不是上述方向，应在 有向连线上标注箭头。 转换用与有向连线垂直的短划线来表示，步与步之间用转换隔开，转换与转换之间用步 隔开。转换条件写在表示转换的短划线旁边。
步进梯形图指令的助记符和功能如表 10-1-1 所示。
表 10-1-1 步进梯形图指令与功能表
助记符、名称
功能
回路表示和可用软元件
程序步
STL 步进梯形图
步进梯形图开始
1
开始指令
RET 返回指令
步进梯形结束
1
8．SFC 图和步进梯形图间的关系 SFC 图和步进梯形图之间可以相互转换，SFC 可直接根据控制过程画出，并且清晰直 观，但是在电脑编程过程中没有梯形图方便快速，因此，一般来说我们先画出 SFC 图，但 是在电脑编程时用梯形图输入。下面介绍如何将三种不同结构的 SFC 图转换成步进梯形图。 1）单流程结构 SFC 图的转换 图 10-1-7 所示是单流程结构的 SFC 图，将其用步进梯形图来表示，则如图 10-1-8 所示。 两个图对比即可总结出单流程结构 SFC 图如何转换成步进梯形图程序。该内容请同学们自 己完成。
图 10-1-13 并行分支分流处 SFC 图
图 10-1-14 对应的步进梯形图
5）并行分支结构汇合处的转换 图10-1-15所示并行分支结构SFC图汇合处转换成步进梯形图后如图10-1-16所示，首先 进行汇合前状态的驱动处理，然后用连续的STL指令来表示并行分支向汇合状态的转移处理。 注意：并行的分支必需限制在8条以下。
控制要求：若机械手在原点位置，按下启动按钮 SB1，机械手下降，下降到下限位后，机械 手夹紧，夹紧 0.3s 后，机械手上升，上升到上限位后机械手前伸，前伸到前限位后机械手 下降，下降到下限位后机械手松开，松开后机械手上升，上升到上限位后机械手缩回，缩回 到后限位后机械手重复上述动作，将下一工件再从 A 位置搬运至 B 位置，搬运过程的示意 图如图 10-1-1 所示。
若机械手不在原点，即使按下启动按钮 SB1，机械手也不动作。而（同时）用指示灯 HL1 来指示机械手是否在原点，只要机械手回到原点 HL1 就亮，否则 HL1 熄灭。
机械手原点位置为：机械手在上限位和后限位。
图 10-1-2 机械手结构示意图
1．机械手搬运过程的特点 机械手搬运过程是一个不断重复的过程，机械手的每个动作都有固定的顺序，每个动作 结束或开始都有一定的条件，针对这一特点，我们要用一种新的编程方法：顺序控制设计法。 2．顺序控制设计法与顺序功能图（SFC）的定义 1）顺序控制：就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内 部状态或时间的顺序，使生产过程中各个执行机构自动而有序地进行工作。 2）顺序控制设计法：根据系统的工作过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图（SFC） 画出梯形图。
2）选择性分支结构分流处的转换 图10-1-9所示选择性分支结构SFC图分流处转换成步进梯形图后如图10-1-10所示，各 分支用STL指令开始独立转换，转换方法和单流程结构完全相同。
图 10-1-9 选择性分支分流处 SFC 图
图 10-1-10 对应的步进梯形图
3）选择性分支结构汇合处的转换 图12所示，各 选择性分支分别转移到汇合后的状态，所有的转移结束后再开始汇合状态的梯的编写。
5．顺控功能图的基本结构 SFC 图根据具体的控制过程有单流程结构、选择性分支结构和并行分支结构。 1）单流程结构 SFC 图 当工作过程是一个简单的顺序动作过程时，只用单流程结构的 SFC 图就足够了。如图 10-1-3 所示小车的工作过程的 SFC 图如图 10-1-4 所示。
图 10-1-3
3）并行分支结构 当要求有几个工作流程同时进行时，要用并行分支结构。并行分支结构的 SFC 图例如图 10-1-6 所示。 在并行分支结构中，分流处转换的条件一定是在分支之前，分支后的每一个状态前不能再有转换条件；在合流 处转换的条件应该完全相同，并且不能放在分支中。
图 10-1-5 选择性分支结构 SFC 图
2）选择性分支结构
当工作过程需要根据当时条件的不同进
行不同的工作时，要用选择性分支结构，选择
性分支结构的 SFC 图例如图 10-1-5 所示。选
择性分支在分流处的转换条件不能相同，并且 转换的条件都应位于各分支中；在合流处，转
图 10-1-4 单流程 SFC 图
换的条件也应该是在各分支中，但转换的条件不一定不同。