機械手PLC控制系統(tǒng)-副本

1、摘 要52在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危機生命。機械手就在這樣誕生了,機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機構(gòu)，是機器人的關(guān)鍵部件之一。機械手的機械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸等機械器件組成；電氣方面有步進電機、驅(qū)動模塊、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機械手是由PLC輸出兩路脈沖，分別驅(qū)動橫軸、豎軸步進電機驅(qū)動器，控制機械手橫軸和豎軸的精確定位，微動開關(guān)將位置信號傳給PLC主機；直流電機拖動

2、手爪和底盤旋轉(zhuǎn)，位置信號由旋轉(zhuǎn)碼盤和接近開關(guān)反饋給PLC主機；電磁閥控制氣開閥的開關(guān)來控制機械手手爪的張合，從而實現(xiàn)機械手精確運動的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)。關(guān)鍵詞：可編程控制器PLC；機械手；脈沖；步進電機驅(qū)動器；步進電機；直流電機；傳感器、限位開關(guān)。目 錄緒論1第一章 機械手移動工件控制系統(tǒng)的控制要求2一、機械手自動化控制系統(tǒng)2 基本元件及其內(nèi)部原理2 機械手移動工件時的簡單工作流程4 機械手移動的工作原理5二、設(shè)備控制要求5 正常運行5第二章 機械手PLC控

3、制系統(tǒng)的PLC資源配置6一、 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖6 控制系統(tǒng)圖，如圖所示6二、I/O地址分配7第三章 機械手PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計和調(diào)試7一、 LC軟件功能測試8二、 硬件的調(diào)試8 步進電機驅(qū)動程序調(diào)試9 兩個步進電機的連動的驅(qū)動程序調(diào)試11 測試電磁閥控制爪的抓、松13 兩直流電機的驅(qū)動程序的調(diào)試14 復(fù)位指令的調(diào)試16三、 程序的流程圖、構(gòu)成 20 流程圖20 程序的構(gòu)成20第四章 機械手移動工件控制系統(tǒng)PLC程序20一、 系統(tǒng)的I/O資源的分配20 數(shù)字量輸入部分20 數(shù)字量輸出部分24 定時器部分24 內(nèi)部繼電器25二、源程序25源程序梯形圖25 源程序的指令表29 三、發(fā)現(xiàn)并存在的問題

4、33 測試一路脈沖連續(xù)兩次輸出33 測試一路脈沖兩次輸出34 采用調(diào)用子程序輸出多次脈沖34 采用調(diào)用子程序輸出兩次次脈沖36參考文獻39附錄：FX2N系列可編程控制器簡介39謝辭41緒 論 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進一步發(fā)展,自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進行操作。工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)

5、代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)機械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。本課題擬開發(fā)物料搬運機械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，對實驗室現(xiàn)有的TVT99D機械手模型進行開發(fā)。該裝置機械部分有滾珠絲杠、滑軌、汽缸、氣控機械抓手等；電氣方面由步進電機、驅(qū)動模塊、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥、旋轉(zhuǎn)碼盤、操作臺等部件組成。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機械手完成各種動作。為了能

6、夠?qū)崿F(xiàn)機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動線。再加上本課題開發(fā)的機械手采用的日本三菱公司的FX2N系列PLC控制，是一種按預(yù)先設(shè)定的程序進行工件的搬運的自動化裝置，可部分代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行單調(diào)持久的作業(yè)，并要實現(xiàn)根據(jù)工件的簡單的變化要求隨時更改相關(guān)控制參數(shù)。為達到這些要求，我們設(shè)計的控制方案盡量在我們力所能及的范圍內(nèi)選擇最佳的方案。如在本設(shè)計中遇到的對直流電機的控制問題中，在控制直流電機正反轉(zhuǎn)的問題上通過老師的指導(dǎo)我們想到了兩種控制方案：一種是在原設(shè)備的基礎(chǔ)上加上四個繼電器實現(xiàn)其控制功能；另一種則是根據(jù)三菱公司的FX2

7、N系列PLC的輸出端的內(nèi)部電路的特點，可以在不增加其他設(shè)備的情況下實現(xiàn)控制要求。第一章 機械手移動工件控制系統(tǒng)的控制要求一、機械手PLC控制系統(tǒng) 基本元件及其內(nèi)部原理：1、步進電機采用二相八拍混合式步進電機，主要特點：體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。型號：42BYGH101。電氣原理圖如圖一快接線插頭：紅色表示A相,蘭色表示B相.在您做實驗時如果發(fā)現(xiàn)步進電機轉(zhuǎn)向不對時可以將A相或B相中的兩條線對調(diào)。 圖一2、步進電機驅(qū)動模塊采用中美合資SH系列步進電機驅(qū)動器，主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分等。電源輸入部分： 由電源模塊提供，用 兩根導(dǎo)線連接，注意極 性。(見圖2

8、)信號輸入部分：信號源由FP0主機提供。由于FP0提供的電平為24V，輸入部分的電平為5V，中間加了保護電路。輸出部分： 與步進電機連接，注意 相序。 3、限位開關(guān)接近開關(guān)： 接近開關(guān)有三根連接線（紅、蘭、黑）紅色接電源的正極、黑色接電源的負極、蘭色為輸出信號，當(dāng)與擋塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平。結(jié)構(gòu)圖如（圖三） 圖（三）微動開關(guān)： 當(dāng)擋塊碰到微動開關(guān)動作（常開點閉合）見結(jié)構(gòu)圖（圖四） 圖（四）微動開關(guān)直流電機：輸入電壓為12V24V，兩根導(dǎo)線輸入紅色為直流電機正極，蘭色為負極。直流電機控制板：由輸入信號、輸入電源、輸出等組成，輸入信號由FP0模塊提供；輸入電源由電源模塊提供；輸出驅(qū)

9、動直流電機如（圖五）FX2N模塊由三菱FX2N系列PLC晶體管輸出的主機，具有高速運算能力、PID調(diào)節(jié)功能、同時可以輸出兩路脈沖控制兩臺電機的優(yōu)點。其面板圖如圖（六）：（6）電源模塊：輸入交流電壓：110V220V/50HZ、60HZ； 輸出直流電壓：24V/6.5A； 最大功率： 156W；旋轉(zhuǎn)碼盤：機械手每旋轉(zhuǎn)3°發(fā)出一個脈沖。 機械手移動工件時的簡單工作流程：機械手移動工件的耽擱工作流程示意圖如圖（七）所示： 開始 機械手復(fù)位機械手移到工件處夾緊工件 將工件放到指定位置放下工件結(jié)束 圖（七） 機械手移動工件的單位工作流程由將機械手復(fù)位（即初始位置）、機械手移動到放工件處、夾緊工

10、件、將工件移動到指定位置、放下工件等五個動作過程組成，機械手移動工件通過PLC來控制，可以實現(xiàn)這五個過程全自動依次運行。機械手移動的工作原理 機械手移動工件通過限位開關(guān)和電機來控制 1、機械手分別通過前進/后退、上升/下降兩個步進電機來實現(xiàn)前進、后退、上升、下降的移動的，移動的位置有限位開關(guān)和PLC發(fā)的脈沖數(shù)來控制實現(xiàn)的，而機械手的左右轉(zhuǎn)動和手的轉(zhuǎn)動則是由兩個直流電機來實現(xiàn)的，轉(zhuǎn)動的位置是通過限位傳感器和碼盤記錄的脈沖數(shù)來實現(xiàn)控制的。 2、夾放工件通過電磁閥的動作來控制機械手的爪的。夾緊工件通過定時器來控制，即憑經(jīng)驗設(shè)定一個時間，在這個時間內(nèi)，機械手能完成夾緊工件的任務(wù)。3、按下啟動按鈕整個系

11、統(tǒng)按照PLC程序的設(shè)定有序的運行；即先判斷機械手是否處于最初位置，不在則進行機械復(fù)位，在則進行正常工作流程；按下停車按鈕則停車。二、設(shè)備控制要求機械手移動工件控制系統(tǒng)要求是有“正常運行”和“強行停止”兩種控制方式。正常運行 “正常運行”方式具體控制要求如下：1、在初始位置（上、縮回、手和底盤均到正限位開關(guān)處），按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作；2、先反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到放工件的方向停止，由于工件不定，因此底盤轉(zhuǎn)的角度也是待定的；3、出，伸到待搬工件的上方為止；4、伸出之后，手開始動作，以便夾住工件；5、首先向下運動，運動到放工件的位置停止；6、開始夾緊工件，一直把工件夾緊為止（由定時器控制）；7、回位（正限位

12、處）；8、會到正限位處；9、始向上運動，一直運動到最上端（由上限位開關(guān)確定）；10、位動作，底盤轉(zhuǎn)動，機械手開始向底盤正限位方向轉(zhuǎn)動（有正限位傳感器確定）；11、伸出到反限位開關(guān)處；12、反限位開關(guān)動作，手開始反轉(zhuǎn)到反限位傳感器處；13、手此時向下運動到最底限位處；14、底限位處后，機械手開始把工件松開，一直到5S之后；15、要求能連續(xù)循環(huán)工作。緊急停止關(guān)掉電源時，系統(tǒng)立即停止。第二章 機械手PLC控制系統(tǒng)的PLC資源配置一、控制系統(tǒng)構(gòu)成圖：控制系統(tǒng)圖，如圖所示：二、I/O地址分配由于CPU模塊有9個數(shù)字量輸出，一臺PLC已經(jīng)夠用。I/O分配用自動分配方式，模塊上的輸入端子對應(yīng)的輸入地址是X0

13、00X017，輸出端子對應(yīng)的輸出地址是Y000Y017。第三章 機械手PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計和調(diào)試一、PLC軟件功能測試存儲器在存儲數(shù)據(jù)后，斷電又開機，存儲器中的內(nèi)容是否仍存在？LDX0MOVK5,D11LD=K5,D11OUTY0END測試過程：X0觸點閉合，Y0指示燈亮；關(guān)機，然后開機,Y0指示燈不亮。結(jié)論：D11存儲器斷電復(fù)位，不能保持斷電前的狀態(tài)，不能作為斷電記憶型存儲器用。對于時間繼電器，當(dāng)時間到后，線圈觸點斷開，結(jié)果如何？LDX0OUTT0K5LDT0OUTY0END測試過程：X0觸點閉合，Y0指示燈亮；X0觸點斷開，Y0指示燈滅。結(jié)論：時間繼電器可以通過控制其線圈的通斷，來使其

14、觸點復(fù)位。對于功能指令FNC57(PLSY)，如果在輸出脈沖未結(jié)束時，斷開控制此指令的觸點，此指令是否仍在執(zhí)行？LDX0PLSYK2500,K30000,Y0END測試過程：通過輸出端Y0的指示燈監(jiān)測到，脈沖未輸出完時，斷開X0，脈沖輸出停止；接通X0，脈沖輸出繼續(xù)。實驗測得，橫軸兩限位開關(guān)之間所需脈沖數(shù)小于24000個，豎軸兩限位開關(guān)之間所需脈沖數(shù)小于18000個。測試兩路脈沖一次輸出 LDM8000 PLSYK500,K30000,Y0 OUTT0 K10 LDT0 PLSYK2500,K30000,Y1 END測試結(jié)果：觀察指示燈Y0、Y1都亮。當(dāng)把頻率改為非常小的數(shù)（如K=5）時，刻明

15、顯看到指示燈在閃。在脈沖輸出存儲器中可觀察到數(shù)值在變化，說明兩路脈沖輸出正常。二、硬件調(diào)試 步進電機驅(qū)動程序調(diào)試 有上面的PLC軟件調(diào)試可知，三菱PLC可以同時給兩個步進電機發(fā)脈沖，因此可以做步金電機的調(diào)試工作。由于步進電機啟動時，突加高頻脈沖信號，電機會產(chǎn)生嘯叫、失步，甚至不能啟動，而電機由高速運轉(zhuǎn)突然停車時，即由高頻脈沖驟然降至零脈沖，電機也會產(chǎn)生嘯叫、振動。為了克服以上問題，采用啟動脈沖發(fā)生升頻，停車脈沖發(fā)生降頻的方法。變頻步進驅(qū)動程序梯形圖如圖（九）為： 圖九變頻步進驅(qū)動程序梯形圖指令表為LDX1ANIX0PLSM10LDM10MOVK500,D0MOVK2500,D1SETM0SET

16、M1LDX0ANIX1PLSM11LDM11MOVK2500,D0MOVK500,D1SETM0SETM2LDM0MPSSETY2；DIR控制RAMPD0,D1,D3,K500；脈沖加減速MPPANDM8029PLSM3RSTM0LDM1ANDM2ANDM3ZRSTM1,M2LDM1PLSYD3,K32000,Y0；脈沖輸出驅(qū)動步進電機END工作原理:當(dāng)按下起動按鈕1時,0輸出的脈沖頻率按預(yù)先設(shè)定的速率上升,當(dāng)上升到所需要的運行脈沖頻率時,既穩(wěn)定在此頻率運行.當(dāng)按下停止按鈕0時,0輸出的頻率從運行時的最高頻率按一定速率降低,直到0輸出為一個低頻為0時,運行在一個低速或停止?fàn)顟B(tài).此程序按需要設(shè)置

17、0和1的值,可方便地改變高低速運行狀態(tài)及升降速斜率,即可實現(xiàn)軟起動和軟停止.升降頻特性如圖7所示. 圖十升降頻特性曲線兩個步進電機的連動的驅(qū)動程序調(diào)試：由于功能指令FNC57(PLSY)發(fā)脈沖，如果脈沖發(fā)送完畢，則會將內(nèi)部繼電器M8029置1。當(dāng)功能指令FNC57(PLSY)從ON變?yōu)镺FF時，M8029復(fù)位。我們可以借助于這個功能，來把M8029做為兩個步進電機的連動的媒介作用，當(dāng)一個步進電機的脈沖輸出完畢以后，M8029的常開就會閉合來接通下一個步進電機的脈沖的發(fā)出。從而可以實現(xiàn)兩個步進電機的連動。具體的硬件接線圖如下圖（圖十一）所示： 圖十一具體的梯形圖如圖（十二）： 圖（十二）指令表為

18、：圖（十三）所示圖十三工作原理：當(dāng)按下啟動按鈕X0，則M10被置1，則M10的 常開閉合，所以Y0輸出以1000為頻率的4000個脈沖給步進電機1，當(dāng)脈沖輸出完以后，M8029會被自動置1，則M8029的常開閉合，M1會被置1，則Y1將輸出以1000為頻率預(yù)先設(shè)置脈沖數(shù)目給步進電機2，從而實現(xiàn)了連動。測試電磁閥控制爪的抓、松硬件接線圖如圖（十四）示： 圖（十四）電磁閥測試硬件接線圖程序指令如圖十五 圖（十五）梯形圖如圖（十六）圖（十六）測試過程：由于用的是氣開閥，在Y14置位時，手爪處于張開狀態(tài)；Y14復(fù)位時，手爪處抓緊狀態(tài)。兩直流電機的驅(qū)動程序的調(diào)試本次調(diào)試牽涉到了直流電機板的正反轉(zhuǎn)的輸入端

19、，而正反轉(zhuǎn)的輸入端只有高電平（24V）才有效，而我們根據(jù)晶體管型PLC輸出端內(nèi)部的構(gòu)成原理：如圖（十七）：當(dāng)輸出1時，光電耦合電路導(dǎo)通，晶體管電路導(dǎo)通，同時發(fā)光二極管導(dǎo)通，輸出顯示燈亮。當(dāng)信號為“0”時，光電耦合電路導(dǎo)通斷開，輸出顯示燈滅。根據(jù)以上原理我們想到了兩種方案：一種是用原有的設(shè)備（即一臺PLC）完成控制功能，即把輸出端的四個模塊全部用上，接線示意圖：如圖（十八）另一種則是采用PLC輸出控制繼電器線圈，再由繼電器線圈控制繼電器常開觸點，從而引入控制電壓信號到直流驅(qū)動模塊信號輸入端。具體接線圖如圖（十九）所示：圖（十七）圖（十八）圖（十九） 調(diào)試程序梯形圖：如圖（二十） 圖（二十）調(diào)試程

20、序指令表如圖（二十一）圖（二十一）工作原理：當(dāng)按下啟動按鈕X0時，M0自身形成自鎖，在按下停車按鈕之前一直導(dǎo)通則Y2導(dǎo)通，電機正轉(zhuǎn)；當(dāng)電機正轉(zhuǎn)（即Y2導(dǎo)通）夠5S時，T0動作，T0的常開閉合、常閉斷開，則Y2斷電Y10導(dǎo)通，電機反轉(zhuǎn)，5S后停止。復(fù)位指令的調(diào)試 有以上的兩個步進電機可以實現(xiàn)連動可以知道基本可以實現(xiàn)四電機的連動調(diào)試。下面就進行對四個電機的連動調(diào)試（即復(fù)位指令的調(diào)試） 由于本次調(diào)試有四個電機的聯(lián)系，同時還牽涉到限位開關(guān)和限位傳感器的接入。而對PLC來說限位開關(guān)是無源輸入，而傳感器則是有源的輸入。我們參考晶體管型的輸入端的接線原理 （如圖（二十一） 圖（二十一）而輸入端的的工作原理是

21、：結(jié)合圖（二十一），圖中虛線內(nèi)為PLC輸入模塊的內(nèi)部電路，虛線外部是信號輸入電路。當(dāng)輸入信號為“1”，電流經(jīng)過限流電阻、RC濾波電路和光電耦合電路后送入PLC內(nèi)部，同時發(fā)光二極管導(dǎo)通，輸入顯示燈亮。當(dāng)輸入信號為“0”時，輸入燈滅。我們參考以上輸入端的工作原理，限位開關(guān)和限位傳感器的輸入問題得到了兩種解決方案：一種是采用PLC的內(nèi)部電源，雖然PLC內(nèi)置電源所帶負載有限制，但本實驗只帶四傳感器，符合PLC各方面要求，完全可以實現(xiàn)控制功能；另外一種：則是采用PLC的外24V直流電源，采用這種接線方式，在原來的基礎(chǔ)上并沒有另外增加設(shè)備（外部電源本來就要配備的）不會影響到本設(shè)計的機械手的PLC控制系統(tǒng)的

22、性價比。但這種接線方式卻讓PLC更加的安全，因此我們從保護PLC角度出發(fā)，我們采用了第二種接線方式，具體的接線圖如圖（二十二）圖（二十三） 圖（二十二）傳感器接線圖 圖（二十三）復(fù)位指令的梯形圖如圖（二十四）圖（二十四）程序指令表如圖（二十五）： 圖（二十五）動作原理：按下啟動按鈕X7則M0形成自鎖，Y0輸出頻率為1000的脈沖給橫軸的步進電機，當(dāng)橫軸運動到正限位處時，正限位開關(guān)X0的常開閉合，常閉斷開，則Y0停止脈沖的輸出，而此時Y1則輸出頻率為1000的脈沖給豎軸的步進電機，同理當(dāng)豎軸運動到正限位開關(guān)處，Y14輸出使得底盤正轉(zhuǎn)復(fù)位，同時爪手也開始復(fù)位。三、程序的流程圖、構(gòu)成流程圖：如圖（二

23、十六）所示程序的構(gòu)成：這個程序只有自動方式，在自動方式下，PLC將運行已經(jīng)設(shè)置好的程序參數(shù)（適用機械一切都正常工作的情況下）第四章 機械手移動工件控制系統(tǒng)PLC程序一、系統(tǒng)的I/O資源的分配數(shù)字量輸入部分：這個控制系統(tǒng)的輸入有啟動按鈕、上、下、左、右、前、后等限位開關(guān)和限位傳感器共有10點：具體分配如表1X0橫軸正限位X1豎軸正限位X2橫軸反限位X3豎軸反限位X4旋轉(zhuǎn)脈沖X7啟動按鈕X10手正轉(zhuǎn)限位X11手反轉(zhuǎn)限位X12底盤正轉(zhuǎn)限位X13底盤反轉(zhuǎn)限位 表1數(shù)字量輸出部分這個控制系統(tǒng)需要控制的外部設(shè)備有豎軸、橫軸、底盤、手爪等電機和電磁閥5個設(shè)備，而步進電機需要脈沖和方向電平兩個控制輸出，直流電

24、機有正、反轉(zhuǎn)兩中狀態(tài)，即也需要兩個控制輸出點，因此共需要9個輸出點，如表2所示：Y0橫軸脈沖Y1豎軸脈沖Y2手的正轉(zhuǎn)Y3豎軸方向Y4手的反轉(zhuǎn)Y6橫軸方向Y10底盤正轉(zhuǎn)Y14底盤反轉(zhuǎn)Y16電磁閥動作表2 圖（二十六）流程圖定時器部分這個控制系統(tǒng)在搬運工件過程中，夾緊工件和放下工件均需要時間繼電器，這些都是假設(shè)為5S可以夾緊工件或者放下工件。還有其他需要延時的地方用到了時間繼電器，但都沒有其特別的功能，因此都是隨機的選用，沒有預(yù)先固定的分配，因此如下表三：繼電器功能T0T4夾緊或放下工件或者其他輔助作用 表三內(nèi)部繼電器本控制系統(tǒng)在機械手移動工件的過程中用到了21個內(nèi)部繼電器，但由于是按順序采用的，

25、沒有特定的特殊功能，具體分配如下表4繼電器功能M0M21機械手動作過程中輔助作用二、源程序：源程序梯形圖：如圖（二十七） 圖（二十七）源程序的指令表：如圖（二十八）圖（二十八）本源程序設(shè)計之前我們已經(jīng)試過一個其他的源程序，但因為一些問題，本來有13個動作卻只執(zhí)行了5個，這個程序我們經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)也不能完成所包含了13個動作，也出現(xiàn)了一些問題。所有問題具體如下（通過一些短小的調(diào)試程序來體現(xiàn)）3、 發(fā)現(xiàn)的問題測試一路脈沖連續(xù)兩次輸出LDM8000SETM0PLSYK500,K30000,Y0;測試組PLSYK500,K8000,Y0LDM0PLSYK500,K8000,Y1；對照組PLSYK500,

26、K30000,Y1END 程序的梯形圖：如圖（二十九） 圖（二十九） 測試結(jié)果：開機運行后，Y0、Y1指示燈立即亮。但一會兒Y1指示燈滅了；又過了一會兒，Y0指示燈滅了。實驗現(xiàn)象說明，Y1只輸出8000根脈沖即停止工作，該PLC不允許連續(xù)脈沖輸出。此外，在脈沖輸出存儲器D8140、D8142中,其值也是第一次脈沖的輸出值。測試一路脈沖兩次輸出LDM8000OUTT0K10OUTT1K100LDT0PLSYK500,K2000,Y0LDT1PLSYK500,K1000,Y0END程序的梯形圖：如圖（三十）測試結(jié)果：只有第一次有脈沖輸出。有時間上的間斷仍不能使FNC57(PLSY)在同一口有第二次

27、輸出。 圖（三十）采用調(diào)用子程序輸出多次脈沖LDX10SET M0LD M0ANIX1CALLP0；調(diào)用子程序輸出脈沖向上運動LDX1SET M1RST M0LD M1ANIX3SETY3；向下運動CALLP0；調(diào)用子程序輸出脈沖FENDP0；子程序入口LD M0ANI XILD M1ANI X3ORBPLSYK2500,K18000,Y1SRET ；子程序結(jié)束END程序的梯形圖：如圖（三十一） 圖（三十一）測試結(jié)果：此程序為結(jié)合硬件的測試程序，機械手在兩限位開關(guān)之間任一位置，X10為一已閉合的觸點，在整個程序中狀態(tài)不變。X1和X3分別為機械手豎軸兩限位開關(guān)。如果程序正常工作，則機械手向正限位

28、X1移動，到達X1 后停留1秒鐘，然后鄉(xiāng)下運動，到達下限位X3時停。但實驗結(jié)果為：限位開關(guān)X1失控，機械手過了限位開關(guān)X1，一直向上走去。PLC向下的方向信號Y3按程序預(yù)設(shè)定顯示，開始時為低電平，然后為高電平。實驗結(jié)果說明程序在第二次執(zhí)行功能指令FNC57時出現(xiàn)錯誤。 采用調(diào)用子程序輸出兩次次脈沖指令表：如圖（三十二）圖（三十二）梯形圖：如圖（三十三）圖（三十三）測試結(jié)果分析：本調(diào)試程序所用到的輸入輸出簡介：X7：啟動按鈕；Y10：監(jiān)視M3是否復(fù)位；Y11：監(jiān)視M4是否復(fù)位；Y12：監(jiān)視X1的常閉是否斷開。同時本次調(diào)試我們?yōu)榱朔乐箤C械手造成損壞，我們沒有直接帶動機械手，而是人為的去捏限位開關(guān)

29、X0、X1。1 我們預(yù)期想達到的結(jié)果：當(dāng)按下啟動按鈕X7后Y10、Y0的輸出指示燈亮，證明Y0有脈沖輸出，在脈沖還沒有輸出完的時候人為的捏下限位開關(guān)X0，這時X1的常開閉合、常閉斷開；Y0、Y10的輸出指示燈滅，Y1、Y11、Y12的輸出指示燈亮，證明Y1有脈沖輸出；在脈沖還沒有反出結(jié)束時人為的捏下限位開關(guān)X1，Y1、Y12、Y11應(yīng)該全部熄滅，證明脈沖輸出停止。2 實際得到的結(jié)果： 當(dāng)按下啟動按鈕X7時候，Y0、Y10的輸出指示燈亮，證明有脈沖輸出，在脈沖沒有輸出完時，人為的捏下X0時，Y0、Y10滅，證明脈沖輸出停止，同時Y1、Y11、Y12的指示燈亮，證明Y1有脈沖輸出，在脈沖沒有輸出完

30、時人為的捏下限位開關(guān)X1，此時Y1滅、Y11滅、Y12繼續(xù)亮，證明了脈沖輸出停止，但Y12卻一直在亮。 當(dāng)按下啟動按鈕X7時候，Y0、Y10的輸出指示燈亮，證明有脈沖輸出，在脈沖沒有輸出完時，人為的捏下X0時，Y10滅，但Y0繼續(xù)亮，同時Y1、Y11、Y12的指示燈亮，證明Y1有脈沖輸出，在脈沖沒有輸出完時人為的捏下限位開關(guān)X1，此時Y1、Y0均亮（我們?yōu)榱擞^察Y0、Y1的輸出情況，我們把脈沖的頻率調(diào)到了1，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在按下限位開關(guān)X0、X1后Y0、Y1的輸出不是明顯的閃爍現(xiàn)象，經(jīng)過示波器檢測知道是高頻脈沖）、Y11滅、Y12繼續(xù)亮。 當(dāng)按下啟動按鈕X7時候，Y0、Y10的輸出指示燈亮，證明有

31、脈沖輸出，在脈沖沒有輸出完時，人為的捏下X0時，Y0、Y10滅，同時Y1、Y11、Y12的指示燈亮，證明Y1有脈沖輸出，在脈沖沒有輸出完時人為的捏下限位開關(guān)X1，此時Y1繼續(xù)亮（我們?yōu)榱擞^察Y1的輸出情況，我們把脈沖的頻率調(diào)到了1（此時正常情況脈沖輸出應(yīng)該是閃爍的），結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在按下限位開關(guān)X1后Y1的輸出不是明顯的閃爍現(xiàn)象，經(jīng)過示波器檢測知道是高頻脈沖）、Y11滅、Y12繼續(xù)亮。 當(dāng)按下啟動按鈕X7時候，Y0、Y10的輸出指示燈亮，證明有脈沖輸出，在脈沖沒有輸出完時，人為的捏下X0時，Y10滅，但Y0繼續(xù)亮，同時Y1、Y11、Y12的指示燈亮，證明Y1有脈沖輸出，在脈沖沒有輸出完時人為的捏下

32、限位開關(guān)X1，此時Y1滅、Y0繼續(xù)亮（我們?yōu)榱擞^察Y0的輸出情況，我們把脈沖的頻率調(diào)到了1（此時正常情況脈沖輸出應(yīng)該是閃爍的），結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在按下限位開關(guān)X0后Y0的輸出不是明顯的閃爍現(xiàn)象，經(jīng)過示波器檢測知道是高頻脈沖）、Y11滅、Y12繼續(xù)亮。 當(dāng)按下啟動按鈕X7時候，Y0、Y10的輸出指示燈亮，證明有脈沖輸出，在脈沖沒有輸出完時，人為的捏下X0時，Y10、Y0滅，同時Y1、Y11、Y12的指示燈亮，證明Y1有脈沖輸出，在脈沖沒有輸出完時人為的捏下限位開關(guān)X1，此時Y1繼續(xù)亮（我們?yōu)榱擞^察Y0的輸出情況，我們把脈沖的頻率調(diào)到了1（此時正常情況脈沖輸出應(yīng)該是閃爍的），結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在按下限位開關(guān)X0

33、后Y0的輸出不是明顯的閃爍現(xiàn)象，經(jīng)過示波器檢測知道是高頻脈沖）、Y11滅、Y12繼續(xù)亮。以上是我們通過本次設(shè)計所發(fā)現(xiàn)的問題，至于這些問題的解決方法我們還在考慮當(dāng)中，望各位老師和廣大同學(xué)多提寶貴意見和建議！結(jié) 論這次畢業(yè)設(shè)計，基本達到預(yù)期的效果，有失敗的地方，但收獲也很多。我希望能和大家共同探討一下出現(xiàn)的問題，共享一下我的所得。下面分析一下這次程序不正常運行的幾點原因：首先是FX2N系列的脈沖輸出問題，主要是關(guān)于功能指令FNC57的認識。課本上關(guān)于此指令（PLC 為V2.11以上版本）的使用次數(shù)限制為：在編程過程中，可同時使用2個FNC57(PLSY)指令在Y000和Y001輸出端得到各自獨立的

34、脈沖輸出。但是在同一個程序關(guān)于使用FX2N（V2.11以下版本）可編程控制器時，F(xiàn)NC57(PLSY)指令只能編程使用一次，中間不能連續(xù)出現(xiàn)使用多次的現(xiàn)象，否則不給予執(zhí)行。即使是通過指令給FNC57(PLSY)指令復(fù)位一次，也不能實現(xiàn)FNC57(PLSY)指令多次輸出。我還沒有解決的問題是如何利用：FNC01(CALL)指令來調(diào)用FNC57(PLSY)指令，來實現(xiàn)本次設(shè)計中的機械手的多個動作，我正在思考和調(diào)試中。 其次，我希望用輸出脈沖數(shù)量來實現(xiàn)精確控制機械手在兩限位開關(guān)間任一位置，因為我已經(jīng)測得每個脈沖步進電機轉(zhuǎn)0.3度的角度，而10個螺距是：4CM，同時可以在寫指令時把需要的脈沖數(shù)用FNC

35、12(MOV)指令寫到某個繼存器里，還可以把這條指令寫整個程序的前面，這樣可以靈活、方便的修改數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實現(xiàn)精確控制機械手在兩限位開關(guān)間任一位置?？傊ㄟ^本次設(shè)計使我對大學(xué)三年期間的所學(xué)得到了一次綜合和深入的學(xué)習(xí)，尤其是FX2N系列的程序指令有了一個深入的研究，通過研究使我知道FX2N系列本身指令的限制，不能實現(xiàn)機械手的多種動作連動控制的需要，如果能改用其他系列晶體管型PLC，則可避免編程脈沖輸出的問題，可實現(xiàn)預(yù)定的工作任務(wù)。參考文獻1 鐘肇新、彭侃 編譯 可編程控制器原理及應(yīng)用 第二版 廣州：華南理大學(xué)出版社，2003.5 2 鐘肇新，范建東主編.可編程控制器原理及應(yīng)用.第三版.廣州：華南

36、理大學(xué)出版社，2003.5 3 求是科技編著 PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐 北京 人民郵電出版社，2005.14郝海青.串聯(lián)關(guān)節(jié)式機械手的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計. 萬方數(shù)據(jù)庫碩博士論文， 20025 FP0可編程序控制器使用手冊.天津：天津職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院源峰科技發(fā)展有限公司6 TVT99系列教學(xué)實物模型使用說明書.天津：天津職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院源峰科技發(fā)展有限公司7 常曉玲主編 . 電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器 北京 機械工業(yè)出版社 20048 李乃夫主編.可編程控制器原理、應(yīng)用、實驗.北京：中國輕工業(yè)出版社，20039 章文浩.可編程控制器原理及實驗.北京：國防工業(yè)出版社，2003年.10 張建民.

37、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京：高等教育出版社，2001年附錄FX2N系列晶體管可編程控制器簡介1PLC輸入、輸出技術(shù)參數(shù)PLC輸入信號電壓DC(24±2.4)V輸入信號電流7mA/DC24V(X010以后5mA/DC24V)輸入ON電流4.5mA以上(X010以后3.5mA/DC24V)輸入OFF電流1.5mA以下(X010以后1.5mA/DC24V)輸入應(yīng)答時間 約10ms(X000X017內(nèi)含數(shù)字濾波器，可在2060ms內(nèi)轉(zhuǎn)換，但最小50s)輸入信號形式接點輸入或NPN開路集電極晶體管輸入電路絕緣 光耦合絕緣輸入動作表示輸入連接時LED燈亮輸出規(guī)格內(nèi)部電源DC530V電路絕緣光耦合器

38、絕緣動作指示光耦合器動時LED亮燈最大負載 電阻負載0.5A/1點，0.8A/4點，1.6A/8點（Y0、Y1以外） 感性負載12W/DC24V(Y0、Y1以外)7.2W/DC24V(Y0、Y1)燈負載1.5W/DC24V(Y0、Y1以外)0. 9W/DC24V(Y0、Y1)開路漏電流0.1mA/DC30V響應(yīng)時間OFFON0.2ms以下15s(Y0、Y1時)ONOFF0.2ms以下30s(Y0、Y1時)2所涉及主要功能指令簡介1）FNC01(CALL)轉(zhuǎn)子程序操作元件：指針P0P62(允許變址修改)步 數(shù)：CALL和CALL(P)·····&

39、#183;·3步標(biāo)號P××·············1步嵌 套：5級FNC02( SRET)子程序返回操作元件：無步 數(shù)：1步2)FNC06 (FEND) 主程序結(jié)束操作元件：無程序步數(shù)：1步3）FNC12(MOV)傳送操作元件：K,H,KnX,KnY,KnS,T,C,D,V,Z程序步數(shù)：MOV和MOV(P)5步 （D）MOV和(D)MOV(P)9步3技術(shù)參數(shù)輸入電壓：AC200V240V(帶保護地三芯插座)或DC24V、耗電量<

40、250W。環(huán)境：溫度5º40，濕度803.外形尺寸：60X45X55CM。謝 辭 畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告課題名稱：機械手自動化控制系統(tǒng)的PLC實現(xiàn)方法研究 一、本課題來源及研究的目的和意義可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）即PLC，自從在1969第一臺可編程控制器在美國面世以來，經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)在可編程控制器已經(jīng)成為最重要、最可靠、應(yīng)用場合最為廣泛的工業(yè)控制微型計算機。在PLC 中，充分應(yīng)用了大規(guī)模集成電路技術(shù)、微電子技術(shù)及同學(xué)技術(shù)，迅速的從早期的邏輯控制發(fā)展到進入位置控制、伺服控制、過程控制等領(lǐng)域。用可編程控制器已經(jīng)可以構(gòu)成包括邏

41、輯控制、過程控制、數(shù)據(jù)采集與控制、圖形工作站等的綜合控制系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危機生命。由于以上的問題，需要一種東西代替人在惡劣的環(huán)境中作業(yè)的要求呼之欲出，同時隨著社會的進步，工業(yè)自動化產(chǎn)品的性能日益加強，而價格也因電子技術(shù)的高速發(fā)展而不斷下降。對原有的設(shè)備的電器控制可以高性價比進行改進，通過采用先進的控制技術(shù)和驅(qū)動技術(shù)，使設(shè)備的運行更加節(jié)能、高效、安全可靠。機械手就在這樣誕生了，自從機械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機械手可在空間抓放搬運物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量

42、自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動線。機械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。機械手是工業(yè)機械手的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機械手。工業(yè)機械手是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。廣泛采用工業(yè)機械手，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有這十分重要的意義。二、本課題所涉及的問題在國內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀及分析1、工業(yè)機械手的發(fā)展現(xiàn)狀和前景機械手技術(shù)的發(fā)展是一個國家高科技水平和工業(yè)

43、自動化程度的重要標(biāo)志和體現(xiàn)。機械手在當(dāng)前的生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用越來越廣泛，正在替代人發(fā)揮著日益重要的作用。機械手技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感器技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，集成了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表高技術(shù)的發(fā)展前沿，是當(dāng)前科技研究的熱點方向。隨著計算機、微電子、信息技術(shù)的快速進步、機械人技術(shù)的開發(fā)速度越來越快，智能讀越來越高，應(yīng)用范圍也得到了極大的擴展。在海洋開發(fā)、宇宙探索、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事、社會服務(wù)、娛樂等各個領(lǐng)域，機械手正朝著智能化和多樣化等方向發(fā)展。同時，機械手涉及到的技術(shù)也不斷擴展，如多傳感器信息融合、路徑規(guī)劃、機械手視覺、智能人機接口等，產(chǎn)生了一系

44、列研究課題。目前，國內(nèi)外對機械手的研究不斷深入，已經(jīng)開發(fā)出各式各樣的具有感知、決策、行動和交互能力的特殊機械手和各種智能機械手，推出了各種樣機，如移動機械手、仿人機械手、水下機械手等。對不同的任務(wù)和特殊的環(huán)境的適應(yīng)性，是智能機械手與一般自動化裝備的重要區(qū)別智能機械手從外觀上已經(jīng)遠遠脫離了最初的工業(yè)機械手所具有的形狀和局限，更加符合各種不同應(yīng)用環(huán)境的特殊要求，其功能和智能程度大大增強，從而為機械手技術(shù)開辟出更加廣闊的發(fā)展空間。機械手是自動化領(lǐng)域的主題之一，人們幾十年來對機械手的開發(fā)和研究，使機械手技術(shù)取得了巨大的進步。隨著人工智能、智能控制和計算機技術(shù)的發(fā)展，機械手的應(yīng)用領(lǐng)域不斷的擴大，性能不斷

45、提高，在當(dāng)前的生產(chǎn)、生活、科研當(dāng)中發(fā)揮著日益重要的作用。目前機械手的研究正處于智能機械手階段，盡管國內(nèi)外對此的研究已經(jīng)取得了許多成果，但其智能化水平仍然不進如人意。2、PLC在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及前景世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制的。限于當(dāng)時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控

46、制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。同時，隨著大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)使得PLC在問世以后的發(fā)展極為迅速?，F(xiàn)在，PLC不僅能實現(xiàn)繼電器的邏輯控制功能，同時還具有數(shù)字量和模擬量的采集和控制、PID調(diào)節(jié)、通信聯(lián)網(wǎng)、故障自診斷及DCS生產(chǎn)監(jiān)控等功能。我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣

47、有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家。可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。三、對本課題所提出的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析機械手可在空間搬運物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動線。本課題擬開發(fā)的物料搬運機械手，采用PLC控制，是一種預(yù)先設(shè)定的程序進行工件搬運的自動化裝置，可部分代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行單調(diào)持久的作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化要求隨時更改相關(guān)控制參數(shù)。對參加本課題的人員的要求就是要有一定的前期課程理論基礎(chǔ)，因為機械手設(shè)計是一門綜合性東西，其中涉及的專業(yè)課程有可編程控制器原理及應(yīng)用、電機學(xué)、傳感器原理及應(yīng)用、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、電路原理和自動控制原理等課程。雖然這些課程在前期都有所學(xué)習(xí)，但是那只是純理論的學(xué)習(xí)，從沒有和實際中的某個物體發(fā)聲聯(lián)系，因