機(jī)械手PLC控制設(shè)計(jì)

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摘 要 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，本文介紹的是機(jī)械手模型基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 首先，對(duì)可編程控制器進(jìn)行相應(yīng)的介紹，選擇了PLC的型號(hào)。然后，通過(guò)對(duì)機(jī)械手的各功能實(shí)現(xiàn)形式和控制方式研究，給出各部分的實(shí)現(xiàn)方案并確定了控制系統(tǒng)的器材。最后，進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件程序設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵字： 可編程控制器PLC 機(jī)械手 步進(jìn)電機(jī) 目 錄 摘 要........................................................................1 目 錄........................................................................2 第1章 緒論 ....................................................................1 1.1 課題背景...............................................................1 1.2 機(jī)械手的定義與分類.....................................................1 1.3 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì).......................................................2 1.4 總體設(shè)計(jì)要求...........................................................3 第2章 PLC的介紹與選擇..........................................................4 2.1 PLC的選型.............................................................4 2.2 三菱 FX系列的結(jié)構(gòu)功能................................................5 第3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)..............................................................7 3.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)......................................................7 3.2 旋轉(zhuǎn)編碼盤............................................................8 3.2.1 PLC梯形圖中的編程元件..........................................8 3.2.2 PLC的I/O分配..................................................8 3.2.3 械手控制系統(tǒng)的外部接線圖......................................10 3.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).....................................................11 3.3.1 自動(dòng)操作程序..................................................13 3.3.2 手動(dòng)單步操作程序..............................................19 3.3.3 回原位程序....................................................22 第4章 設(shè)計(jì)小結(jié).................................................................25 致 謝....................................................................... .26 參 考 文 獻(xiàn).....................................................................27 第1章 緒論 1.1 課題背景 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)越來(lái)越高，生產(chǎn)工況也有趨于惡劣的態(tài)勢(shì)，這對(duì)一線工人的操作技能也提出了更高的要求，同時(shí)操作工人的工作安全也受到了相應(yīng)的威脅。工人工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡(jiǎn)單化，對(duì)于一些往復(fù)的工作由機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)完成顯得非常重要。這樣可以避免一些人不能接觸的物質(zhì)對(duì)人體造成傷害，如冶金、化工、醫(yī)藥、航空航天等。 在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料以及焊接、噴漆等作業(yè)，它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，有些還具備有傳感反饋能力，能應(yīng)付外界的變化。如果機(jī)械手發(fā)生某些偏離時(shí)，會(huì)引起零部件甚至機(jī)械本身的損壞，但若有了傳感反饋?zhàn)詣?dòng)，機(jī)械手就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來(lái)越多的應(yīng)用，機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。 借助PLC強(qiáng)大的工業(yè)處理能力，很容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化?；诖怂悸吩O(shè)計(jì)的機(jī)械手，在實(shí)現(xiàn)各種要求的工序前提下，大大提高了工業(yè)過(guò)程的質(zhì)量，而且大大解放了生產(chǎn)力，改善了工作環(huán)境，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)效率，具有十分重要的意義。 同時(shí)，借助組態(tài)軟件的輔助作用，大大提高了系統(tǒng)的工作效率。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。 1.2 機(jī)械手的定義與分類 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 機(jī)械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)。其一，它能部分代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三，它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到各先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的重視，并投入了大量的物力和財(cái)力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。 機(jī)械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定工作。它的特點(diǎn)是除具備普通機(jī)械的物理性能外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè)，后來(lái)發(fā)展到用無(wú)線電信號(hào)操作機(jī)械手來(lái)進(jìn)行探測(cè)月球、火星等。第三類是專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用于解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國(guó)外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型可歸為第一類，即通用機(jī)械手。 1.3 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)械手自二十世紀(jì)六十年代初問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中重要的機(jī)電設(shè)備。目前，機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)（如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)、微型飛行器等）、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手（不僅可以進(jìn)行事先設(shè)定的動(dòng)作，還可按照工作狀況相應(yīng)地進(jìn)行動(dòng)作，如回避障礙物的移動(dòng)，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)等）。機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域正在向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)方向擴(kuò)展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機(jī)械手也將越來(lái)越多地裝備部隊(duì)。 國(guó)外方面：近幾年國(guó)外工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械手性能不斷提高，而單機(jī)價(jià)格不斷下降；機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制。 國(guó)內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，我國(guó)已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國(guó)機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ)。 1.4 總體設(shè)計(jì)要求 1.機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 圖1-1機(jī)械手示意圖 1、手爪張開(kāi)閉合 2、手腕旋轉(zhuǎn) 3 、水平移動(dòng) 4、升降 5 、立柱旋轉(zhuǎn) 6、手爪 7 、手腕電動(dòng)機(jī) 8、橫軸 9、 豎軸 10、豎軸電動(dòng)機(jī) 11、橫軸電動(dòng)機(jī) 12、底盤 13、底盤電動(dòng)機(jī) 2. 機(jī)械手工作流程 機(jī)械手工作流程是：開(kāi)始運(yùn)行后，如果機(jī)械手不在初始位置上，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)(橫軸向手抓方向移動(dòng)，豎軸向上移動(dòng))。歸位后首先橫軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作，橫軸前伸；前伸到位后，手爪電動(dòng)機(jī)得電帶動(dòng)手爪旋轉(zhuǎn)；當(dāng)傳感器檢測(cè)到限位磁頭時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止，PLC控制電磁閥動(dòng)作，手張開(kāi)；延時(shí)一段時(shí)間，豎軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作，豎軸下降；下降到位后，電磁閥復(fù)位，手爪夾緊；延時(shí)過(guò)后，豎軸上升，同時(shí)橫軸縮回、底盤電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)底盤旋轉(zhuǎn)；當(dāng)橫軸、豎軸、底盤都到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉(zhuǎn)，然后豎軸下降，電磁閥動(dòng)作，手爪張開(kāi)；延時(shí)后豎軸上升復(fù)位，然后開(kāi)始下一周期動(dòng)。 3.控制要求 (1)手臂上下直線運(yùn)動(dòng)。(2)手臂左右直線運(yùn)動(dòng)。(3)手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。(4)手爪夾緊動(dòng)作。(5)機(jī)械手整體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 手臂采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由PLC發(fā)出控制脈沖控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)手臂的進(jìn)給和定位，手爪采用氣壓驅(qū)動(dòng)。 第2章 PLC的介紹與選擇 對(duì)于機(jī)械手的控制系統(tǒng)可以采用多種方式，如繼電器控制、單片機(jī)控制、PLC控制等。但由于PLC可編程控制器操作靈活性強(qiáng)和穩(wěn)定性較好，所以，我們選擇PLC控制。 2.1 PLC的選型 對(duì)于PLC的選擇，我們必須考慮多方面的因素。例如輸入、輸出的最多點(diǎn)數(shù)，掃描速度，內(nèi)存容量，指令條數(shù)，功能模塊等。同時(shí)還要考慮其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性以及工作環(huán)境對(duì)其的影響。 （1）常用PLC介紹 PLC發(fā)展這么多年，技術(shù)成熟，各種型號(hào)的也很多，各個(gè)廠家生產(chǎn)的也有一定區(qū)別，各個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向也不同，所以我們必須根據(jù)自己設(shè)計(jì)需要，考慮如何選擇。 西門子的中國(guó)業(yè)務(wù)是其亞太地區(qū)業(yè)務(wù)的主要支柱，活躍在中國(guó)的信息與通訊、自動(dòng)化與控制、電力、交通、醫(yī)療、照明以及家用電器等各個(gè)行業(yè)中，其核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和工業(yè)解決方案。 OMRON的可編程序控制器更加小型化。SYSMAC CPM1A的大小僅相當(dāng)于一個(gè)PC卡(對(duì)于10點(diǎn)的機(jī)型來(lái)說(shuō))，從而使安裝體積大幅度減小，同時(shí)也進(jìn)一步節(jié)省了控制柜的空間。它不僅具備了以往小型PLC所具備的功能，而且還可連接可編程序終端，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)創(chuàng)造了新的環(huán)境。編程環(huán)境與CQM1及SYSMAC A等機(jī)種相同。由于原有SYSMAC支持軟件及編程器都可繼續(xù)使用，故而系統(tǒng)的擴(kuò)展及維護(hù)都可簡(jiǎn)單進(jìn)行。 三菱FX系列可編程控制器是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。在FX中，除基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形土編程及對(duì)應(yīng)機(jī)械動(dòng)作流程進(jìn)行順序設(shè)計(jì)的SFC順序功能圖編程，而且這些程序可互相轉(zhuǎn)換。在FX系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來(lái)自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。其FX2N PLC還可以采用作為擴(kuò)展設(shè)備的硬件計(jì)數(shù)器，可獲取最高50kHz的高速脈沖。 (2）確定型號(hào)FX1N－60MR 綜上，對(duì)于被控對(duì)象，采用PLC系統(tǒng)與采用其它形式的控制系統(tǒng)相比較，力求具有較好的性價(jià)比，使用和維修方便；選用的PLC主機(jī)和配置、控制功能等必須能滿足被控對(duì)象的各種控制要求；選用的PLC主機(jī)及配置必須是功能較強(qiáng)的新一代PLC機(jī)型，一般最好不要選用舊機(jī)型（若采用三菱公司的PLC，則選FX系列，不選F1系列）。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮將來(lái)工藝的變化和擴(kuò)展，在滿足確定的要求外，留有一定的余量；確保整個(gè)控制系統(tǒng)可靠。還要考慮大家對(duì)產(chǎn)品的熟悉程度，以及編程指令的易懂性。在此，我選用三菱FX1N來(lái)做控制核心。FX系列PLC是由三菱公司近年來(lái)推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC產(chǎn)品。其中FX2是近年推出的產(chǎn)品，F(xiàn)X0是在FX2之后推出的超小型PLC，近幾年來(lái)又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型機(jī)殼內(nèi)的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有較高的性能價(jià)格比，應(yīng)用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。 2.2 三菱FX系列的結(jié)構(gòu)功能 可編程控制器是一種工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)，它的結(jié)構(gòu)原理與微型計(jì)算機(jī)相似。硬件構(gòu)成有微處理器、存儲(chǔ)器和各種輸入、輸出接口。系統(tǒng)程序和接口器件又與微機(jī)不同，這使它的操作使用方法、編程語(yǔ)言、工作方式等與微型機(jī)有所不同。PLC是用微處理器實(shí)現(xiàn)繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器以及A/D、D/A模擬轉(zhuǎn)換器件的組合體的功能，采用軟件編程進(jìn)行它們之間的聯(lián)系。 本設(shè)計(jì)采用FX系列PLC作為控制核心，所以現(xiàn)在就以它來(lái)講述PLC的應(yīng)用知識(shí)、操作技能。FX系列PLC硬件組成與其它類型PLC基本相同，主體由三部分組成，其PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1系統(tǒng)電源有些在CPU模塊內(nèi)，也有單獨(dú)作為一個(gè)單元的，編程器一般看作PLC的外設(shè)。PLC內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 圖2-1 PLC 的組成框圖 外部開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)以及各種傳感器檢測(cè)信號(hào)作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC的輸入端子進(jìn)入PLC的輸入存儲(chǔ)器，收集和暫存被控對(duì)象實(shí)際運(yùn)行的狀態(tài)信號(hào)和數(shù)據(jù)；經(jīng)PLC內(nèi)部運(yùn)算與處理后，按被控對(duì)象實(shí)際動(dòng)作要求產(chǎn)生輸出結(jié)果；輸出結(jié)果送到輸出端子作為輸出變量，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PLC的各個(gè)部分協(xié)調(diào)一致地實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。  PLC輸入輸出接口的安全保護(hù) 當(dāng)輸出口連接電感類設(shè)備時(shí)，為了防止電路關(guān)斷時(shí)刻產(chǎn)生高壓對(duì)輸入、輸出口造成破壞，應(yīng)在感性元件兩端加保護(hù)元件。對(duì)于直流電源，應(yīng)并接續(xù)流二極管，對(duì)于交流電路應(yīng)并接阻容電路。阻容電路中電阻可取51～120Ω，電容取0.1～0.47μF，電容的額定電壓應(yīng)大于電源的峰值電壓。續(xù)流二極管可選1A的管子，其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的3倍。圖2-2為輸入輸出口的保護(hù)環(huán)節(jié)示意圖。 圖2-2 輸入輸出口的保護(hù) 第3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動(dòng)控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來(lái)，在手動(dòng)方式時(shí)可以通過(guò)手動(dòng)按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，其控制面板如下圖4-1。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到右上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向連續(xù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。 圖3-1 控制面板示意圖 3.2 旋轉(zhuǎn)編碼盤 機(jī)械手底盤和軀干每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個(gè)脈沖，并把信號(hào)送回可編程控制器來(lái)得到轉(zhuǎn)過(guò)的準(zhǔn)確的角度。編碼盤的機(jī)構(gòu)如圖3-2。 圖3-2 旋轉(zhuǎn)編碼盤 可以通過(guò)改變程序中計(jì)數(shù)器C0的初值來(lái)確定所要轉(zhuǎn)過(guò)的角度，這里可以通過(guò)用計(jì)算機(jī)讀出指令表，然后修改得到不同的控制角度。 綜上所述，根據(jù)機(jī)械手的各部分要求條件可確定本設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)所選器材列表如表3.1。 表3.1所選器材列表 名稱 型號(hào)或規(guī)格 數(shù)量 名稱 型號(hào)或規(guī)格 數(shù)量 PLC FX1N-60MR 1 限位開(kāi)關(guān) LX19-111 8 電磁閥 VF3130 1 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) LW6-5 1 按鈕 LA10-1H 13 熔斷器 RC1A-30/15 2 連接導(dǎo)線 若干 3.2.1 PLC梯形圖中的編程元件 設(shè)計(jì)選用FX1N－60MR，其輸入繼電器（X）36點(diǎn)，輸出繼電器(Y)24點(diǎn)，輔助繼電器(M)384點(diǎn)，狀態(tài)繼電器(S)1000點(diǎn)，定時(shí)器(T)256點(diǎn)，計(jì)數(shù)器(C)，數(shù)據(jù)寄存器(D)等。 特殊輔助繼電器 M8000——運(yùn)行監(jiān)控（PLC運(yùn)行時(shí)自動(dòng)接通，停止時(shí)斷開(kāi)）； M8002——初始脈沖（僅在PLC運(yùn)行開(kāi)始時(shí)接通一個(gè)掃描周期）； M8005——PLC后備鋰電池電壓過(guò)低時(shí)接通； M8011——10ms時(shí)鐘脈沖； M8013——100ms時(shí)鐘脈沖； M8012——1s時(shí)鐘脈沖； M8014——1min時(shí)鐘脈沖。 3.2.2 PLC的I/O分配 根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作的要求，輸入、輸出分配如表3.2所示。 表3.2 PLC輸入/輸出分配表 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 手動(dòng) SA X0 上升/下降步進(jìn)電機(jī) YA0 Y0 回原位 SA X1 YA1 Y1 連續(xù) SA X2 YA2 Y2 回原位 SB1 X3 前進(jìn)/后退步進(jìn)電機(jī) YA3 Y3 啟動(dòng) SB2 X4 YA4 Y4 停止 SB3 X5 YA5 Y5 下降 SB4 X6 夾緊 YA6 Y6 上升 SB5 X7 手順轉(zhuǎn) YA 7 Y7 夾緊 SB6 X10 手逆轉(zhuǎn) YA 8 Y10 松開(kāi) SB7 X11 底盤順轉(zhuǎn) YA 9 Y11 手順轉(zhuǎn) SB8 X12 底盤逆轉(zhuǎn) YA10 Y12 手逆轉(zhuǎn) SB9 X13 底盤順轉(zhuǎn) SB10 X14 底盤逆轉(zhuǎn) SB11 X15 下限位 SQ1 X16 上限位 SQ2 X17 前限位 SQ3 X20 后限位 SQ4 X21 底盤順限位 SQ5 X22 底盤逆限位 SQ6 X23 手順限位 SQ7 X24 手逆限位 SQ8 X25 底旋轉(zhuǎn)脈沖 X26 前行 SB12 X30 后退 SB13 X31 3.2.3 機(jī)械手控制系統(tǒng)的外部接線圖 PLC外部電氣接線圖如下圖3-3 圖3-3 PLC外部電氣接線 3.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的序總體結(jié)構(gòu)如圖3-4，分為公用程序、自動(dòng)程序、手動(dòng)程序和回原位程序等四部分。其中自動(dòng)程序包括單步、連續(xù)運(yùn)動(dòng)程序，因它們的工作順序相同所以可將它們和編在一起。CJ（FNC00）是條件跳轉(zhuǎn)應(yīng)用指令，指針標(biāo)號(hào)PX是其操作數(shù)。該指令由于某種條件下跳過(guò)CJ指令和指針標(biāo)號(hào)之間的程序，從指針標(biāo)號(hào)處繼續(xù)執(zhí)行，以減少程序執(zhí)行時(shí)間。如果選擇“手動(dòng)”工作方式，即X0為ON，X1為OFF則PLC執(zhí)行完公用程序后將跳過(guò)自動(dòng)程序到P0處，由于X0動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)所以直接執(zhí)行“手動(dòng)程序”。由于P1處的X1的動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，所以又跳過(guò)回原位程序到P2處。如果選擇“回原位”工作方式，同樣只執(zhí)行公用程序和回原位程序，如果選擇“連續(xù)”方式，則只執(zhí)行公用程序和自動(dòng)程序。 圖3-4 程序總的結(jié)構(gòu)圖  公用程序如圖3-5，簡(jiǎn)要說(shuō)明如下：當(dāng)Y6復(fù)位（電磁閥松開(kāi)）、后限位X21和上限位X17接通時(shí)，輔助繼電器M0變?yōu)镺N，表示機(jī)械手在原位。如果開(kāi)始執(zhí)行用戶程序（M8002為ON）、系統(tǒng)處于手動(dòng)或回原位狀態(tài)（X0或X1為ON），那么初始步對(duì)應(yīng)的M10被置位，連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果M0為OFF，M10被復(fù)位，系統(tǒng)不能進(jìn)入連續(xù)工作方式。指令ZRST是成批復(fù)位應(yīng)用指令，以防止系統(tǒng)從自動(dòng)方式轉(zhuǎn)換手動(dòng)方式，再返回自動(dòng)方式時(shí)出現(xiàn)兩種不同的活動(dòng)步。 圖3-5公用程序梯形圖 圖3-6 自動(dòng)的功能流程圖 3.3.1 自動(dòng)操作程序 自動(dòng)操作順序功能流程圖見(jiàn)圖3-6所示。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，按啟動(dòng)X4接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S1，驅(qū)動(dòng)前伸Y3，當(dāng)?shù)竭_(dá)前限位使行程開(kāi)關(guān)X20接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S2，而S1自動(dòng)復(fù)位。驅(qū)動(dòng)手順轉(zhuǎn)Y7，X24接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S3，驅(qū)動(dòng)下降Y2，X16接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S4，S4驅(qū)動(dòng)Y6置位，延時(shí)1秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S5，驅(qū)動(dòng)Y0上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X17接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S6。S6驅(qū)動(dòng)Y4后退。 移到后限位，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S7底逆轉(zhuǎn)Y12，狀態(tài)到S8，X20接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S9下降。下降到最低位，X16接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時(shí)1秒。延時(shí)時(shí)間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S11上升。上升到最高位，X25接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S13后退。后退到后限位，使X21接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S14，底盤順轉(zhuǎn)是X21接通，返回初始狀態(tài)，再開(kāi)始第二次循環(huán)動(dòng)作。 在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動(dòng)的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。 自動(dòng)連續(xù)程序說(shuō)明：當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)連續(xù)方式時(shí)，X2為ON，它的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，在初始步時(shí)按下啟動(dòng)按鈕X4，M1得電并保持，就按照?qǐng)D3-5自動(dòng)功能圖進(jìn)行工作。按下停止按鈕X7后，M1變?yōu)镺FF，系統(tǒng)不會(huì)立即停止，而是完成當(dāng)前的工作周期后，機(jī)械手最終停止在原位。 根據(jù)自動(dòng)功能流程圖的順序編寫的自動(dòng)程序梯形圖為圖3-7。 圖3-7 自動(dòng)程序段梯形圖 3.3.2手動(dòng)單步操作程序　 如圖3-8所示。圖中上升/下降，左移/右移都有連鎖和限位保護(hù)。 手動(dòng)程序說(shuō)明：用對(duì)應(yīng)機(jī)械手的上下前后移動(dòng)和夾緊松開(kāi)按鈕。按下不同的按鈕，機(jī)械手執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。在前后移動(dòng)的程序中串聯(lián)上線位置開(kāi)關(guān)的動(dòng)合觸點(diǎn)是為了避免機(jī)械手在較低位置移動(dòng)時(shí)碰撞其他工件。為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，程序之間還進(jìn)行必要的連鎖。 圖3-8 手動(dòng)程序梯形圖 3.3.3 回原位程序 回原位程序；在系統(tǒng)處于回原位工作狀態(tài)時(shí)，按下回原位按鈕（X3），M3變?yōu)镺N，機(jī)械手松開(kāi)和上升，當(dāng)升到上限位（X17變?yōu)镺N），機(jī)械手后退，直到后限位（X21為ON）才停止，并且M3復(fù)位。 圖3-8 回原位程序梯形圖 第4章 設(shè)計(jì)小結(jié) 通過(guò)本設(shè)計(jì)可以讓大家清楚的了解三菱公司FX系列PLC的特點(diǎn),機(jī)械手模型控制系統(tǒng)利用了三菱FX系列PLC的特點(diǎn)，對(duì)按鈕、電磁閥、編碼盤以及其他一些輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)械手模型的手動(dòng)和自動(dòng)控制。 采用PLC進(jìn)行工業(yè)機(jī)械手模型運(yùn)行控制，控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，同時(shí)由于采用的是“軟接線”方法的程序控制，系統(tǒng)的可靠性和靈活性都大大提高。當(dāng)然，機(jī)械手模型系統(tǒng)的信號(hào)輸入點(diǎn)數(shù)較多，工作方式多樣，所以程序較復(fù)雜。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)對(duì)所涉及的知識(shí)有了更透徹的掌握，對(duì)實(shí)用化的技術(shù)理論有了更清晰了解。知道設(shè)計(jì)的方法，如何去查閱資料，怎樣去解決問(wèn)題，為以后做設(shè)計(jì)鋪平道路。 致 謝 在這三年中我學(xué)到了許多專業(yè)知識(shí)，提高了理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，提高了自學(xué)能力，這都得感謝老師的細(xì)心教導(dǎo)和培養(yǎng)，在此，我向給予我教育和幫助的老師說(shuō)聲謝謝。在校期間所學(xué)到的東西應(yīng)該對(duì)我以后工作和生活有很大幫助。 經(jīng)過(guò)近一個(gè)多月的努力我終于完成了這篇論文，PLC課程是我們的主要課程，自從接觸了這門課程我便對(duì)她產(chǎn)生了濃厚的興趣，所以在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)我毅然的選擇了PLC設(shè)計(jì)。 本篇論文雖然凝聚著自己的汗水，但卻不是個(gè)人智慧的產(chǎn)品，沒(méi)有老師的指引和贈(zèng)予，沒(méi)有同學(xué)和朋友的幫助和支持，我得畢業(yè)設(shè)計(jì)也不會(huì)完成。當(dāng)我打完畢業(yè)論文的最后一個(gè)字符，涌上心頭的不是長(zhǎng)途跋涉后抵達(dá)終點(diǎn)的欣喜，而是源自心底的誠(chéng)摯謝意。 回首這一個(gè)多月來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程，可以說(shuō)是收獲良多，也付出了不少心力。它檢驗(yàn)了我對(duì)PLC這門課程的掌握程度，通過(guò)老師們和同學(xué)們的幫助今天我的設(shè)計(jì)終于做完了。雖然在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到很多困難，但在做的過(guò)程中我真正掌握和領(lǐng)會(huì)了各項(xiàng)知識(shí)。面對(duì)問(wèn)題仔細(xì)揣摩，查閱各方文件資料，也得到老師和同學(xué)的幫助。 我首先要感謝我的指導(dǎo)老師徐潔老師，徐老師每周安排見(jiàn)面會(huì)，她對(duì)我們的構(gòu)思以及論文的內(nèi)容不厭其煩的進(jìn)行多次指導(dǎo)和悉心指點(diǎn)，使我在完成論文的同時(shí)也深受啟發(fā)和教育。徐老師不僅治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而且為人師表，堪稱良師益友，教給我們的不僅是知識(shí)還有待人處世的積極態(tài)度，在此表示衷心的感謝。 我還要感謝其他帶畢業(yè)設(shè)計(jì)的老師在本次設(shè)計(jì)中給予我們幫助和指導(dǎo)！也感謝對(duì)本次設(shè)計(jì)提供幫助的人。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 吳明亮，蔡夕忠.可編程控制實(shí)訓(xùn)教材[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.8 [2] 張桂香.機(jī)電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南[J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1 [3] 瞿大中. 可編程控制與實(shí)驗(yàn)[P].華中科技大學(xué)出版社,2002.12. 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