PLC控制直列式加工自動線設計【機電PLC】【19張CAD圖紙+PDF圖】

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(FX2N-80MR結構)推缸返回接近傳感推工件缸步進電機停一定脈沖時間到步進電機轉T時間到原位原位原位機械手三卸料光電開關三機械手二上料加工光電開關二機械手一上料加工光電開關一空氣壓縮機啟動指示燈顯示正常開始 夾緊YA5JNDU 上升YA3 SQ1 SQ4右轉YA1松開下降YA4 SQ0 SQ3 左轉YA2 SQ5右下限位 （機械手結構示意圖） 機械手通常位于原點。圖中 SQ1為下限位開關，SQ1為上限位開關，SQ3，SQ4分別為右限位和左限位開關。機械手的左右轉動和有工件的夾持與松開，均由電磁閥驅動氣缸來實現。電磁閥YA4控制機械手下降，YA5負責夾持及松開工件，YA3使機械手上升。YA1使機械手右轉，YA2使機械手左轉。一上料加工時按下起動按鈕，各機械手動作如下框圖所示工作。YA4得電動作，機械手先由原點下降，碰到下限位開關SQ后YA4失電，停止下降；電磁閥YA5動作將工件夾持，為保證工件可靠夾緊，機械手在該位置等待1S時間；待夾緊后YA3得電動作使機械手開始上升，碰到上限位開關SQ2后YA3失電，停止上升；YA1得電，改向右轉動，轉到右限位開關SQ3位置時，YA1失電停止右轉；YA4得電，改為下降，到碰到右下限位開關SQ5時，YA4失電，機械手將工件松開。放在夾具上。松開延時一秒后使YA3得電機械手上升，碰到上限位行程開關SQ2后YA3失電停止上升。這時夾具夾緊工件，數控機床進行加工。機械手在上等待加工完成信號。當加工完成，機械手YA4得電，機械手下降。碰到右下限位開關SQ5時，YA4失電，機械手將工件夾緊，為保證工件可靠夾緊，機械手在該位置等待1S時間；待夾緊后YA3得電動作使機械手開始上升，碰到上限位開關SQ2后YA3失電，停止上升。當機床加工完夾具松開時，YA2得電，改向左轉動，轉到左限位開關SQ4位置時，YA2失電停止左轉。改為下降，到碰到下限位開關SQ1時，YA4失電，機械手將工件松開放在傳送帶上，送到下一個工位進行加工。松開后一秒，機械手YA3得電上升碰到上限位行程開關SQ2停止（原位）。則機械手一完成一次過程。當光電開關一有效時，又重復上述過程。 上述整個流程都是按順序進行的，即完成了上一步，才能執(zhí)行下一步。 二 同理： 上料加工時起動按鈕有效時，各機械手動作如下框圖所示工作。YA9得電動作，機械手先由原點下降，碰到下限位開關SQ6后YA9失電，停止下降；電磁閥YA12動作將工件夾持，為保證工件可靠夾緊，機械手在該位置等待1S時間；待夾緊后YA10得電動作使機械手開始上升，碰到上限位開關SQ7后YA10失電，停止上升；YA8得電，改向左轉動，轉到左限位開關SQ3位置時，YA8失電停止左轉；YA12得電，改為下降，到碰到左下限位開關SQ14時，YA12失電，機械手將工件松開。放在夾具上。松開延時一秒后使YA10得電機械手上升，碰到上限位行程開關SQ7后YA10失電停止上升。這時夾具夾緊工件，數控機床進行加工。機械手在上等待加工完成信號。當加工完成，機械手YA11得電，機械手下降。碰到左下限位開關SQ10時，YA9失電，機械手將工件夾緊，為保證工件可靠夾緊，機械手在該位置等待1S時間；待夾緊后YA10得電動作使機械手開始上升，碰到上限位開關SQ7后YA10失電，停止上升。當機床加工完夾具松開時，YA8得電，改向右轉動，轉到右限位開關SQ9位置時，YA9失電停止左轉。改為下降，到碰到下限位開關SQ6時，YA12失電，機械手將工件松開放在傳送帶上，送到下一個工位進行加工。松開后一秒，機械手YA10得電上升碰到上限位行程開關SQ7停止（原位）。則機械手一完成一次過程。當光電開關一有效時，又重復上述過程。上述整個流程都是按順序進行的，即完成了上一步，才能執(zhí)行下一步。 三同理：機械手三當光電開關三有效時，機械手三開始工作。YA15得電開始從原位右轉，轉到右下限位開關SQ15位置時，YA15失電停止右轉YA18得電動作，機械手下降，碰到下限位開關SQ12后YA18失電，停止下降；電磁閥YA19動作將工件夾持，為保證工件可靠夾緊，機械手在該位置等待1S時間；待夾緊后YA17得電動作使機械手開始上升，碰到上限位開關SQ12后YA17失電，停止上升；YA16得電，改向左轉動，轉到左限位開關SQ18位置時，YA16失電停止左轉；YA3得電，改為下降，到碰到下限位開關SQ11時，YA17失電，機械手將工件松開。放在收料倉里。松開延時一秒后使YA17得電機械手上升，碰到上限位行程開關SQ12后，YA17失電，YA15得電,改向右轉,碰到右限位開關SQ14機械手停在原位。完成卸料動作。動作過程圖：如下 上述整個流程都是按順序進行的，即完成了上一步，才能執(zhí)行下一步。四當機械手一動時開始有一個定時器，定時器設為生產線工作的某一個工位最長時間的。在這里可設為（1.5 2.5分鐘）調整定時器的時間可以調節(jié)生產節(jié)奏。當機械手一、機械手二、機械手三、都回到原位時，定時時間到這時步進電動機轉動，輸送工件，實現工件的間歇輸送。步進電機的控制是利用PLC的軟件編程的方法產生一定頻率的脈沖。通過編程軟件改變脈沖的頻率來實現步進電機的調速。 五 當步進電機輸送一定的步距，步進電動機就停止轉動，這時，光電傳感開關一有效，機械手一動作，光電傳感開關二有效，機械手二動作。同時，推工件缸工作，使工件被推到傳送帶上。推工件缸的的控制是由氣缸雙線圈兩位電磁閥控制。推工件缸起動，YA20得電，工件被緩慢的推到傳送帶上，當工件接近接近傳感器時，接近傳感器工作推件缸YA20失電，YA21得電返回，碰到行程開關SQ16。缸返回到原位停止。完成一次過程。當步進電機再一次停止時，又重復上述過程。：現場器件與PLC內部等效繼電器地址編號的對照表。根據上表選定與各開關、電磁閥等現場器件相對應的PLC內部等效繼電器的地址編號，其對照表如下表所示。機械手一輸入機械手一說明現場器件內部繼電器地址下限位開關SQ1X0上限位開關SQ2X1右限位開關SQ3X2左限位開關SQ4X3右下限位開關SQ5X4光電檢測開關1YJ1X5停止按鈕SB1X6返回原點按鈕SB2X7 機械手二輸入 機械手二說明現場器件內部繼電器地址下限位開關SQ6X10上限位開關SQ7X11右限位開關SQ8X12左限位開關SQ9X13右下限位開關SQ10X14光電檢測開關二YJ2X15停止按鈕SB3X16返回原點按鈕SB4X17機械手三輸入機械手三說明現場器件內部繼電器地址下限位開關SQ11X20上限位開關SQ12X21右限位開關SQ13X22左限位開關SQ14X23右下限位開關SQ15X24光電檢測開關三YJ3X25停止按鈕SB5X26返回原點按鈕SB6X27其他輸入：說明現場器件內部繼電器地址步進電機手動按鈕SB7X30步進電機停止按鈕SB8X31手動上料(帶)SB9X32上料返回SB10X33一工位加工信號YJ4X34二工位加工信號YJ5X35接近傳感器YJ6X.36推件缸回程行程開關SQ16X37空氣壓縮機K1X40生產線總停按鈕SB11X40選擇自動開關K2X42連續(xù)返回原點按鈕K3X44輸出對照：說明現場器件內部繼電器地址回轉缸右轉電磁閥YA1Y0回轉缸左轉電磁閥YA2Y1升降缸上升電磁閥YA3Y2升降缸下降電磁閥YA4Y3夾緊缸夾緊電磁閥YA5Y4機械手二回轉缸左轉電磁閥YA8Y10回轉缸右轉電磁閥YA9Y11升降缸上升電磁閥YA10Y12升降缸下降電磁閥YA11Y13夾緊缸夾緊電磁閥YA12Y14機械手三回轉缸右轉電磁閥YA15Y20回轉缸左轉電磁閥YA16Y21升降缸上升電磁閥YA17Y22升降缸下降電磁閥YA18Y23夾緊缸夾緊電磁閥YA19Y24其他輸出對照：說明現場器件內部繼電器地址夾具一夾緊電磁閥YA6Y5夾具一松開電磁閥YA7Y6夾具二夾緊電磁閥YA13Y15夾緊二松開電磁閥YA14Y16手一原位指示燈HL1Y7 手二原位指示燈HL2Y17手三原位指示燈HL3Y25PLC初始化正常指示燈HL4Y26自動運行指示燈HL5Y27步進電機A相AY30步進電機B相BY31步進電機C相CY32步進電機D相DY33空氣壓縮機起動KM1Y34帶上料電磁閥YA20Y35上料返回電磁閥YA21Y36 PLC與現場器件的實際安裝接線圖如圖 完整順序控制程序結構安排根據操作方式的要求，可對完整順序操作控制程序結構作如下安排，整個操作分為手動和自動順序兩類基本操作。（） 手動順序操作1） 單一操作：用各按鈕開關來集資接通或斷開各負載的工作方式。2） 返回原位：按下返回原型位按鈕時，機械手一、二、三自動返回到它的原點位置，為順序控制由原位開始作好工作準備。（） 自動順序操作 機械手一、二、三處在原位時，按下起動按鈕，機器就連續(xù)周期重復進行各步序工作。直到按下停止按鈕，機器執(zhí)行完最后一個工作周期返回原位，然后停機。 利用FX2N-80MR PLC中的條件跳轉指令可方便地對各種操作方式進行選擇。下圖是對生產線完整的順序操作結構的安排。工作時，首先執(zhí)行通用程序，包括步狀態(tài)初始化，狀態(tài)轉換起動、狀態(tài)轉換禁止、事故報警保護等程序。若選擇手動操作方式時，選擇返回原位方式，則常開觸點接通,按、，執(zhí)行原位程序；選擇X32手動上料(帶),選擇X33手動上料返回,選擇X30步進電機手動控制.在不選擇該手動操作時，程序轉移到自動操作程序；自動程序要在起動按鈕下時才執(zhí)行。如果工藝要求在自動順序操作過程中停機，重新起動后由原位開始工作，則可取消起動這步操作。整體結構安排妥當之后，進一步深入，按模塊分別編制通用程序塊、手動順序程序塊、自動順序程序塊等各種操作方式的控制程序。各模塊程序設計（） 自動連續(xù)操作程序自動連續(xù)操作程序是生產線控制中最重要的核心程序。對于生產過程過于復雜用繼電器符號程序很難實現或無法實現程序設計時，可采用步進梯形指令來實現。通常是根據生產設備的工藝流程圖畫出其負載驅動圖，轉換條件圖，狀態(tài)轉換圖（或步進梯開圖），最后到編寫指令程序表。） 負載驅動圖：負載驅動圖如圖所示，第一次下降工序中，下降電磁閥接通；在夾持工序中，夾持電磁閥置位，同時驅動定時器99以后執(zhí)行類似的操作完成由初始條件到下一個起動條件之間的一系列操作以下是狀態(tài)轉換條件圖：功率放大器步進電動機PLC5步進電機控制（控制框圖） 步進電動機PLC傳動控制梯形圖程序（如圖）步進電機的運行控制：） 轉速控制。接通起動開關X30。脈沖控制器產生周期為0。1秒的脈沖，使移位寄存器移位產生八拍時序脈沖。通過四相八拍環(huán)行分配器使四個輸出繼電器Y30、Y31、Y32、Y33按照單雙八拍的通電方式接通，其接通順序為：Y30Y30、Y31Y31Y31、Y32Y32Y32、Y33Y33Y33、Y30Y30其相應于四相步進電動機繞組的通電順序為：AA、BBB、CCC、DDD、AA調整T200的定時時間，步進電機的接通順序不變，但間隔時間變化了。即脈沖的頻率改變了，這樣可以通過軟件的辦法改變T200的定時時間來改變步進電機的轉速，實現步進電機的可調。） 步數控制。改變步數控制C230的數值，將使步進電動機的步距改變。即可實現工件的步距改變，有利于實現生產線布局的調節(jié)。） 總之，改變PLC的控制程序，可實現步進電動機靈活多變的運行方式，有利于實現設計的模塊化。 2)轉步條件圖。 在負載驅動圖上加上名步序的轉步條件，構成轉步條件圖，如圖所示。當按下自動起動按鈕，機械手一、二、三的起動有效時，機械手開始動作，。按步序完成所有動作，當機械手一、二、三都又處于原位時完成一次工作過程，當起動信號再一次有效時步序又轉換為第一次工作狀態(tài)。以后，用類似的方法完成一系列工藝過程的轉換。） 狀態(tài)轉換圖和步進梯形圖。它由負載驅動圖和轉步條件圖組合而成。圖中每個工藝過程，都由標有編號的狀態(tài)器代替，編號可在S500S800范圍內選用。但不一定要連續(xù)排列。根據機械操作的工藝過程的狀態(tài)轉換圖，進行編程，而不設計常規(guī)的繼電器順序。(3)方式選擇等通用程序1) 狀態(tài)的初始化。如圖所示。狀態(tài)初始化包括初始狀置位和中間狀態(tài)器復位。1. 初始狀態(tài)置位。在選擇返回原位方式下， 按返回原位按鈕，則表示機器初始化條件的初始狀態(tài)器S500、S530、S550置位，其作用是使自動順序工作從原位開始，依次逐步進行轉換當最后工序完成之后S500、S530、S550又分別置位。而在依次工作期間，即使誤按了起動按鈕，也不可能作另一次的起動，因為此時工序已不在原位，S500、S530、S550已處于不工作狀態(tài)。 2中間狀態(tài)器復位。因為狀態(tài)器S500S800均由后備電源支持，在失電時有可能是接通的。為防止順序控制動作，通常需要在返回原位和手動操作時，對處于蹭狀態(tài)的狀態(tài)器進行總復位。指令格式如圖。F670K103是總復位功能指令，包括F671的K編號到F672的K編號的所有器件。2) 狀態(tài)器轉換禁止 如圖。當用步進梯形指令控制狀態(tài)器轉換時，激勵特殊功能繼電器M574動作，則狀態(tài)器的自動轉換就被禁止。 當按下自動按鈕時，M110產生脈沖輸出，使M574斷開，狀態(tài)器轉換禁止立即復位，進行后工序處理。 1 對自動連續(xù)操作方式，狀態(tài)轉換禁止不受起動X42的影響，若按下停止按鈕時，M574得電自保持，操作停止在現行工序。按起動按鈕又可繼續(xù)下去。2 手動方式及PC起動時，都可使M574得電自保持，禁止狀態(tài)轉換，直到按下起動按鈕。 生產線控制總程序按照圖完整順序控制結構安排，將通用程序塊、手動程序塊、自動程序塊用FX2N-80MR PLC的跳轉條件程序有機地連接起來，即得到生產線步進指令實現控制的總程序。附加外文翻譯 外文文獻 I , robot controllerA sophisticated approach to kinematics is what differentiates robot controllers from more general purpose motion equipment.An interesting situation emerged recently when a manufacturer tried to put a vision system on an assembly line. The idea was to locate parts on a moving conveyor with a vision system ,then position a robotics arm to pick them up line at a time .Engineers there diligently worked out numerous displacement fudge factors to relate the locations of the conveyor end effectors and parts imaged by the camera . The fudge factors let the motion controller infer the physical location of a part from the vision system data , then direct the arm to the right place to pick it up.Problem was , the relative position of the various components all changed every time the conveyor went back on line after servicing or maintenance . The factors so carefully computed became useless .This necessitated regular rounds of recalculating new displacements.At the root of these difficulties were some fundamental misunderstandings about how general-purpose motion controllers differ from more specialized robot controllers. Hardwarewise, the two can look similar. Both frequently employ Pentium-based processors or adopt a hybrid approach with a general CPU supervising one or more digital signal processors dedicated to servo loops. However, the software architecture of a robot controller differs dramatically from that of an ordinary motion-controller software: It generally consists of a routine for closed-loop position or v velocity control ,operator interface functions , and routine for supervisory tasks.An important point to note is at the supervisory level of control . Tasks there that relate to handling motion do not extend much past simply issuing position commands and individual axes. In other word ,the supervisory level is relatively simply.The supervisory level of robot controller is more sophisticated. For one thing , it is written with the idea that ,post robotic systems incorporate feedback from high-level sensors that reside outside the position-encoder-feedback servo loops of individual axes. Typical examples include industrial vision system and force sensors.Most robotic work involves using information from these sensors to calculate the trajectory of a robot arm. To handle this calculation process, supervisory level software implements a trajectory planning algorithm. This algorithm relates the physical location of positioning elements, sensor feedback ,and the objects being positioned in terms of whats called a world coordinate system. This is in contrast to general-purpose motion equipment which tends to use a separate reference frame for each axis of motion .One benefit of a world-coordinate system is that it can eliminate the need for fudge factors relating sensor data to the position of various components. The state of the art is such that straightforward setup routines can compute suck information automatically. Moreover, data gathered during setup goes into transformation calculations that determine world coordinates and which are more precise than any manually deduced fudge factors. REFEENCE KINEMATICSIt is useful to briefly review the way a robot controller implements world coordinates. Readers will probably recall from engineering mechanics that the position of an arbitrary point expressed in one coordinate system can be mapped in another through use of a 4x4 transformation. In the case of Scasa robot arm , the position of a point at the end of the arm can be expressed in terms of the product of 4x4 matrices, one matrix for each link in the robot arm. Matrix coefficients for the arm itself are determined by link length and geometry, and joint angle. Obviously link geometry is known. Joint angle coefficients come from feedback provided by joint servo encoders.In an analogous manner, the coordinates inferred from the image of an industrial vision system can be expressed in world coordinates via another set of 4x4 transformations. The coefficients for the transformation matrices come from information determined during equipment setup .Take, as an example, the case of parts laying on a conveyor. The robot arm will locate three points on the conveyor as part of the setup process. These points , of course, define the conveyor plane . The robot controller uses this information to deduce the transformation coefficients that will relate conveyor position in world coordinates. A point to note is that even if the conveyor is on an angle this fact will be reflected in the transformation coefficients calculated automatically during setup. There is no need for computing additional displacements or other compensating offsets.Modern robot controllers use programming languages that also work in world coordinates. Tool commands, vision commands, and conveyor definitions all get expressed this way. Put another way, the world-coordinate system and the transformations that make it possible are embedded in the controller programming language. One additional manifestation of this approach is that when programming moves operators of suck systems need not concern themselves with timing relationships at the operating-system level.This is also one reason why robot controllers can implement a high-level calibration methodology. Once repositioned , a robot and its ancillary systems can find their bearings through use of a few software setup utilities that recalculate transformation coefficients.This process contrasts with that necessary for more general-purpose motion controllers. Though these systems also tend to employ special-purpose automation software , positioning commands tend to assume coordinate systems that center on each axis of motion . It is certainly possible to define world-coordinate system for these controllers. But control venders generally leave this task to OEMs handing applications where it specifically comes in handy.The reason is that robotic positioning is a special case of motion control . World coordinates offer limited utility in simpler but more typical positioning applications that can range from converting machines to card readers in ATMs.All in all , the process of fitting general-purpose controllers to robotic applications puts the burden on OEMs for coordinate transformation relationships already avail able in robot controllers. Alternatively they can simply try to make do with a series of loss robust physical offsets and displacements.TRAJECTORY PLANNINGThe servo loop software that positions an axis on a robot is fairly conventional. Each axis has its own servo loop . An error term drives axis motion, derived from the difference between position feedback and a position command. There may be feed forward constants to adjust the position error under certain conditions. And as with general-purpose motion controllers, robotic servo loops execute on the order of once every millisecond.The software that feeds position commands to each servo loop is called the trajectory planner. It is the trajectory planner that computes a model of where a tool tip must go from where it currently resides. To do so , it must take information out of world-coordinate form and translate it into joint angles (for a Scasa robot ) or into displacements for more general-purpose automation equipment. The trajectory planner repeats this process about every 16-mses. Trajectory and servo cycle time enters into not only system bandwidth concerns, but also safety considerations. The robotic industry has issued strict safety standards that dictate minimum levels of performance in emergency situations. Perhaps most obvious of these is the emergency stop. Robotic controllers employ an emergency stop algorithm that bypasses the trajectory planner and its 16-mses cycle time and executes controlled-stop routines in firmware . This powers down each axis to a controlled stop in a few milliseconds.This fast-but-controlled emergency stop can be contrasted with the technique used by many general-purpose motion controllers. The simpler approach is to just drive a large momentary surge of negative(halt)power to the amplifier. This certainly stops the positioning equipment. But in the case of a robot , it could easily snap off a wrist mechanism if there is enough inertia.Finally, robot controllers employ other safety , measures that are commonly found in NC equipment but which are rare in more general-purpose positions. For example, loss of encoder feedback will generate an emergency stop. Ditto for reaching end of travel limits. These limits may be set either by hardware limit switches, or by declaring positions of the robot work envelop off limits.外文文獻翻譯自動控制器對于運動的一個很久的處理是如何去辨別自動控制與通用的一般的運動設備的不同之處。最近出現了一個令人感興趣的情況,一個制造者嘗試給一條組裝線設置一個辨認系統。這目的是為了用一個監(jiān)控系統去找到正在移動的物體。那時，一個機器人手臂作每次取它們中間的一個出來的動作。這時，工程師們孜孜不倦地去計算多眾相關的各個位置運動的假設因素。最后，這些結果和運動影像用照相機照下來。這些假設的因素讓動作控制器推理出其物理的位置，部分位置的數據是來自虛擬系統數據，那時直接控制手臂到正確的位置來取出它們之中的一件。但問題就是，各種相關聯的位置必須在每次工作和維修后回到同一線位置。這些如此細致的計算的數據變得無用的，這需要重新計算新的移位。 最主要的困難是不理解一些基本的原理，是如何區(qū)別一般大致的運動和眾多的特殊的自動控制運動，這兩者看起來是相類似的，通常使用Pentium信息處理器或者使用Hybird 處理器配備一個普通的CPU的信息處理機專門用于處理一個或者更多數字信號。然而，自動控制器的軟件結構與通用的運動設備是不相同。首先，辨別運動控制的軟件，其大致由閉環(huán)位置和速度控制，操作協調職責和協調監(jiān)督這些常規(guī)的程序來控制工作。一個最重要的情況必須記下來，就是監(jiān)督協調的程度如何。這種連接和操縱相關聯的監(jiān)督工作不是簡單的延伸發(fā)出位置要求和常規(guī)的單軸程序。另一種說法，這種監(jiān)督程序的程度是相對簡單的。自動控制器的監(jiān)督系統是更加復雜的。首先，很多自動控制系統反饋信息到高級的傳感器，這些傳感器是設置在單獨軸的位置，反饋的數據記錄。典型的系統包括工業(yè)監(jiān)測系統和控制傳感器。很多自動控制器技術工作包括如何使用傳感器計算出的機械手的運動的軌跡數據信息。為了處理這些計算程序，監(jiān)督的軟件執(zhí)行一個軌跡編碼。這種編碼與傳感器反饋的物理位置和設置的位置界限是相關聯的，這種系統稱為world-同步系統。這種系統不同于通用的普通的機構，而普通的機構偏向使用每單獨的基準來控制每一個軸的運動。World同步系統的一個好處就是它能夠排除各種各樣的相關聯的虛擬位置傳感數據因素。這種技術的情況大致如此，直接設置一個能夠自動計算信息數據的常規(guī)程序。然而，在起動時收集的數據的換算由world同步系統來計算比用任何手工操作計算出的虛擬數據更加準確?；鶞蔬\動簡單的重復一個world-同步的線路是有用處的。讀者可能會想