機(jī)械手PLC控制

1、揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)題目：機(jī)械手的PLC控制（偏硬）系另上汽車(chē)與電氣工程系專(zhuān) 業(yè)：機(jī)電一體化班 級(jí)：06機(jī)電（3）班姓 名：張貝學(xué) 號(hào)：0601020345指導(dǎo)教師：王蕊完成時(shí)間：09年5月目錄摘要（4）關(guān)鍵詞（5）目錄（2）課題說(shuō)明（6）第一章 傳感器機(jī)械手幾種控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比較（7）1.1單片機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn) （7）1.2可編程序控制器系統(tǒng)的特點(diǎn) （7）1.3單片機(jī)與PLC的比較（8）1.4比較結(jié)論 （8）第二章機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案（9）2.1機(jī)械手外型示意圖（9）2.2機(jī)械手主要技術(shù)性能 （9）2.3機(jī)械手動(dòng)作分析（10）機(jī)械手動(dòng)作示意圖（10）2.3.2 PLC控

2、制的機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程（10）第三章機(jī)械手PLC空制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)（12）3.1傳感器機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)（12）3.1.1 PLC的I/O 口信號(hào)及點(diǎn)數(shù)分析 （12）輸入控制信號(hào)分析（12）輸出控制信號(hào)分析 （12）3.1.1.3 I/O 分配表（12）- 2 -3.1.2 PLC 選型 （13）3.121 I/O總點(diǎn)數(shù)的確定（13）3.1.2.2 I/O點(diǎn)信號(hào)性質(zhì)分析（13）3.1.2.3 用戶存儲(chǔ)器容量的估算 （13）面板設(shè)計(jì)（14）3.2外部電路設(shè)計(jì)（15）3.2.1 電源（15）外部位置傳感器 （15）氣動(dòng)電磁閥 （15） 第四章：機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)（16）4.

3、1 PLC幾種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述 （16）傳感器機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方案 （16）操作類(lèi)型 （17）程序總框圖（17）程序設(shè)計(jì)說(shuō)明（18）4.4程序總梯形圖（20）4.5傳感器機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)程序清單 （22）第五章 傳感器機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行 （24）設(shè)計(jì)小結(jié)及體會(huì) （26）致謝（28）參考文獻(xiàn) （29）摘要可編程控制器（PLQ是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品， 逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為一 體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。是近十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制器， 由于它把計(jì)算機(jī)的編程靈活、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉

4、等優(yōu)點(diǎn)結(jié) 合起來(lái)，其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中 應(yīng)用于越來(lái)越廣泛。尤其是在機(jī)械手中的使用大大提高了工業(yè)發(fā)展和產(chǎn)品的 更新?lián)Q代。推動(dòng)整個(gè)人類(lèi)社會(huì)向前發(fā)展。在機(jī)械手控制方面，在 PLC問(wèn)世之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器占主 導(dǎo)地位。但繼電器控制領(lǐng)域有著十分明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性 差、壽命短、運(yùn)行速度慢、適應(yīng)性差、尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，就必須 重新設(shè)計(jì)、重新安裝，造成時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。為了改變這一現(xiàn)狀， PLC 控制系統(tǒng)產(chǎn)生了。繼1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出世界第一臺(tái) PLC,并在 通用汽車(chē)公司自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功，從而開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)控制新時(shí)期

5、， 從此， plc 這一新的控制技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)了。在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。PLC的 優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行速度快，壽命長(zhǎng)等，為 了進(jìn)一步提高機(jī)械手的功能和性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端，就提出了機(jī) 械手的PLC控制（偏硬）這個(gè)課題。關(guān)鍵詞可編程控制器機(jī)械手接觸器電磁離合器課題說(shuō)明在機(jī)械手控制方面，在 PLC 問(wèn)世之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器占主導(dǎo) 地位。但繼電器控制領(lǐng)域有著十分明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、 壽命短、運(yùn)行速度慢、適應(yīng)性差、尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，就必須重新 設(shè)計(jì)、重新安裝，造成時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。為了改變這一現(xiàn)狀，PLC控制系統(tǒng)產(chǎn)生了。繼1969

6、年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出世界第一臺(tái) PLC,并在通用 汽車(chē)公司自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功，從而開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)控制新時(shí)期，從 此，PLC這一新的控制技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)了。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，機(jī)械手控制系統(tǒng)有多種類(lèi)型。例如：電控、PLC可編程控制器系統(tǒng)等。由于本機(jī)械手是用于自動(dòng)生產(chǎn)線中工件傳輸?shù)模饕獎(jiǎng)幼魇?上升、下降、左移、右移、夾緊、放松和工序延時(shí)控制等，控制動(dòng)作基本上 是以簡(jiǎn)單的順序邏輯動(dòng)作為主。眾所周知，PLC具有體積小、重量輕、可靠性 高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、易于維護(hù)等特點(diǎn)，特別是替代繼電控制系統(tǒng)， 這更是它的優(yōu)勢(shì)。因此，本課題論述了為什么選擇了PLC作為機(jī)械手控制系統(tǒng)的核心控制器，并簡(jiǎn)述了

7、其工作過(guò)程和其相關(guān)軟硬件相關(guān)的設(shè)計(jì)。第一章 機(jī)械手幾種控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比較1.1 單片機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)1. 低功耗、寬電壓工作范圍，內(nèi)部看門(mén)狗。2. 高速指令系統(tǒng)，單字節(jié)指令，精簡(jiǎn)指令集易學(xué)易用。3. 內(nèi)部ROMS構(gòu)，且具有廉價(jià)0T( 次性寫(xiě)入程式)ROM以便小批量生產(chǎn)，減少M(fèi)ASK 風(fēng)險(xiǎn)。4. 程序保密功能，防止拷貝，保護(hù)成果。5. 方便的開(kāi)發(fā)工具(仿真器與燒入器)1.2 可編程序控制器系統(tǒng)的特點(diǎn)可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng) PLC( programmable logic controller) ，它是將繼電器邏輯控制技 術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它的低端為繼電器邏 輯的代

8、用品，而其高端產(chǎn)品實(shí)際上是一種高性能的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。它以順序控制為 主，能完成各種邏輯運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算等功能，既能控制開(kāi)關(guān)量，又能 控制模擬量。 PLC 的最大特點(diǎn)是采用了存儲(chǔ)器技術(shù)， 將控制過(guò)程用簡(jiǎn)單的 “用戶編程語(yǔ)言” 編成程序，并存入存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)， PLC 從存儲(chǔ)器中一條一條地取出程序指令，依次控 制各輸入輸出點(diǎn)。PLC 把計(jì)算機(jī)的功能完善、通用、靈活、智能等特點(diǎn)與繼電器控制的簡(jiǎn)單、直觀、價(jià) 格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，可以取代傳統(tǒng)的繼電器、接觸器順序控制，而且具備繼電器、接 觸器控制系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。其主要特點(diǎn)如下：(1) 控制程序可變，具有很好的柔性在生產(chǎn)工藝流

9、程改變或被控設(shè)備更新的情況下， 不必改變 PLC 的硬件，只需改變 程序就可以滿足要求。這就為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手動(dòng)作的多樣化奠定了基礎(chǔ)，從而使機(jī)械手更 能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。(2) 可靠性強(qiáng)，特別適合用于工業(yè)環(huán)境PLC 是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在硬件和軟件上采取了一系列有效措施，以提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，并還有較完善的自診斷和自保- 6 -護(hù)能力，能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。 PLC 的平均無(wú)故障工作時(shí)間可達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)，這是 其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無(wú)法比擬的。 結(jié)合傳感器機(jī)械手工作的實(shí)際環(huán)境 ,機(jī)械手接近熱源并受 到注塑機(jī)工作的沖擊振動(dòng)，可抗 1kv,1us的脈沖干擾因此選擇PLC更適宜.

10、(3) 編程簡(jiǎn)單，使用方便作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，他提供多種面向用戶 的語(yǔ)言，如常用的梯行圖，指令語(yǔ)句表和控制系統(tǒng)流程圖等，而多數(shù) PLC 采用“梯形 圖”的編程方式。梯形圖類(lèi)似于繼電器接觸控制的電氣原理圖，使用者不需具備很深 的計(jì)算機(jī)編程知識(shí)， 只需將梯形圖轉(zhuǎn)換成邏輯表達(dá)式， 將其輸入 PLC 即可使用。這對(duì) 這對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)今后維護(hù)檢修、工藝更新帶來(lái)極大方便。(4) 功能完善PLC 具備輸入輸出，邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、功率驅(qū)動(dòng)、 通訊、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄和顯示等功能，使系統(tǒng)的應(yīng)用范圍大大提高。(5) 體積小、重量輕 ，易于裝入機(jī)器內(nèi)部，從而給機(jī)

11、電一體化產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)，帶來(lái) 很大方便。1.3單片機(jī)與PLC的比較PLC是一種可編程的控制器，相當(dāng)于一種控制設(shè)備，主要用于工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，大 都采用梯形圖編程，也可以用組態(tài)軟件。其特點(diǎn)是非常可靠。應(yīng)該說(shuō)這兩者有很大的區(qū)別，由于目前它們的應(yīng)用需求都不少，前景都是不錯(cuò)的。不 過(guò)單片機(jī)的使用偏于研發(fā)，PLC的使用偏于應(yīng)用。1.4 比較結(jié)論綜上所述， 對(duì)傳感器機(jī)械手這個(gè)控制對(duì)象來(lái)說(shuō)， 它是以繼電邏輯動(dòng)作為 主的控制系統(tǒng)，選擇PLC作為核心控制器，輔以外部電氣控制電路，是較 好的選擇。第二章 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1傳感器機(jī)械手外形示意圖工件傳送機(jī)械:，2.2機(jī)械手主要技術(shù)性能(1) 機(jī)械手

12、完成的任務(wù)按制造工藝要求，需完成上升，下降，左移，右移，夾緊，放松等動(dòng)作，夾緊與放松 有1-2秒的延時(shí)。(2) 控制系統(tǒng)輸入輸出要求控制器由限位開(kāi)關(guān)經(jīng)光電隔離輸入，輸出能驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)電磁閥，控制以上六個(gè)工序動(dòng)作(3) 控制方式回原點(diǎn)、手動(dòng)、自動(dòng)。而自動(dòng)又分為單步、單周期、連續(xù)工作方式。手動(dòng)時(shí)，每個(gè) 動(dòng)作均可手動(dòng)按鈕操作。(4) 完成一次周期動(dòng)作的時(shí)間：20-25秒(5) 對(duì)機(jī)械手可靠性要求：能夾取小于1.5Kg的產(chǎn)品生產(chǎn)量：60只/小時(shí)2.3機(jī)械手動(dòng)作分析機(jī)械手動(dòng)作示意圖機(jī)械手動(dòng)作示意圖如下圖:啟動(dòng)按鈕K506仃止按鈕 -u o- X507 W4原點(diǎn)Y430 斷Y任 鎖閥<1 X402

13、77; 加 朕右爾擱Y433>X403S典廠、V430©©芒X408光電撿 測(cè)開(kāi)關(guān) 步.<nX402±¥43? 上刃電逬閥跡OFF 松開(kāi)定時(shí)器 T451 1秒Y431夾羅磁 閥DN夾緊定時(shí)器T450 1秒圖機(jī)械手動(dòng)作示意圖控制的機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程PLC控制的機(jī)械手在原點(diǎn)位置時(shí)，左限位開(kāi)關(guān) X404上限位開(kāi)關(guān)X402處閉合狀態(tài) 當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕X506,氣動(dòng)電磁閥丫430通電，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始下降。當(dāng)機(jī)械手下 降碰到下限位開(kāi)關(guān)X401時(shí)則停止下降，夾緊氣動(dòng)電磁閥Y431通電，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手夾緊工件， 延時(shí) 1 秒后上升氣動(dòng)電磁閥 丫432通電驅(qū)動(dòng)機(jī)械

14、手上升。 當(dāng)機(jī)械手上升碰到上限位開(kāi)關(guān) X402 后，機(jī)械手停止上升。然后右移氣動(dòng)電磁閥 Y433 通電，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手右移，當(dāng)機(jī)械手碰到 右限位開(kāi)關(guān)X403時(shí)停止右移。然后下降氣動(dòng)電磁閥 丫430通電，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手再次下降，當(dāng) 碰到下限位開(kāi)關(guān) X401 后停止下降，夾緊氣動(dòng)電磁閥 Y431 失電，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手松開(kāi)放下工件 并延時(shí) 1 秒。然后上升氣動(dòng)電磁閥 Y432 再次通電，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手再次上升，當(dāng)碰到上限位 開(kāi)關(guān)X402后停止上升，左移氣動(dòng)電磁閥 Y434通電，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手左移，當(dāng)左移碰到左限位 開(kāi)關(guān)X404時(shí)機(jī)械手停止，這樣周而復(fù)始循環(huán)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，則運(yùn)動(dòng)到初始 原點(diǎn)位置時(shí)停機(jī)。在機(jī)械手抓

15、取工件后下降放到指定位置的操作時(shí)，下降前由光電探測(cè)器開(kāi)關(guān)X408,先進(jìn)行檢測(cè)上一個(gè)工件有無(wú)取走，如工件尚未取走則機(jī)械手暫停下降。第三章機(jī)械手plC空制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)3.1.1 PLC的I/O 口信號(hào)及點(diǎn)數(shù)分析3.1.1.1 輸入控制信號(hào)分析(1) 位置檢測(cè)信號(hào)：下限，上限，右限，左限共 4個(gè)行程開(kāi)關(guān)需 4個(gè)輸入端子。(2) 工件檢測(cè)信號(hào)：用光電探測(cè)器作檢測(cè)元件 , 需1個(gè)輸入端子。(3) 工作方式選擇信號(hào)：有一個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，有手動(dòng)，單步，單周期，連續(xù) 4個(gè)位置可供選 擇，需 4個(gè)輸入端子。(4) 手動(dòng)操作信號(hào)：有下降、上升、右移、左移、夾緊和放松等 6個(gè)操作按

16、鈕開(kāi)關(guān)輸入信 號(hào)。(5) 自動(dòng)工作信號(hào)：有啟動(dòng)按鈕，停止按鈕和復(fù)位按鈕等 3個(gè)信號(hào)，占 3個(gè)輸入端子。 以上共需 18個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)。3.1.1.2 輸出控制信號(hào)分析(1) 控制機(jī)械手上升、下降、右移、左移、夾緊這 5個(gè)電磁閥線圈，需 5個(gè)輸入端子。(2) 機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始工作，需一個(gè)原點(diǎn)位置指示燈，占 1個(gè)輸入端子。(3) 夾緊工件、松開(kāi)工件均需要延時(shí)，需用 PLC內(nèi)部2個(gè)定時(shí)器T450、T451，它們均定時(shí)1 秒鐘。3.1.1.3 I/O 分配表由上述I/O 口信號(hào)分析，得I/O信號(hào)分配表如下:輸入輸出下限位開(kāi)關(guān)X401下降電磁閥Y430上限位開(kāi)關(guān)X402夾緊電磁閥Y431右限位開(kāi)關(guān)X403

17、上升電磁閥Y432左限位開(kāi)關(guān)X404右移電磁閥Y433上升按鈕X405左移電磁閥Y434下降按鈕X410原點(diǎn)指示Y435左移按鈕X406其它右移按鈕X411夾緊定時(shí)器T450松開(kāi)按鈕X407松開(kāi)定時(shí)器T451夾緊按鈕X412光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)X408啟動(dòng)按鈕X506停止按鈕X507復(fù)位按鈕X501手動(dòng)工作開(kāi)關(guān)X500單步工作開(kāi)關(guān)X502單周期工作開(kāi)關(guān)X503連續(xù)工作開(kāi)關(guān)X504表3.1 I/O信號(hào)分配表3.1.2 PLC 選型3.121 I/O 總點(diǎn)數(shù)的確定由I/O分配表知，輸入共18個(gè)點(diǎn),輸出共6個(gè)點(diǎn),I/O實(shí)際需24點(diǎn)。為留有今后工藝改進(jìn) 與功能擴(kuò)充余地，在實(shí)際統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，一般加10-

18、20%余量，再考慮PLC產(chǎn)品本身 規(guī)格，可取PLC勺I/O總點(diǎn)數(shù)為48點(diǎn)。3.122 I/O 點(diǎn)信號(hào)性質(zhì)分析從機(jī)械手控制信號(hào)分析可知，機(jī)械手輸入是位置開(kāi)關(guān)信號(hào)，上下限位開(kāi)關(guān)、左右限位 開(kāi)關(guān)、判斷工件有無(wú)的光電探側(cè)開(kāi)關(guān)等它們都是開(kāi)關(guān)量，而輸出主要是5個(gè)電磁閥線圈，以控制機(jī)械手的左移、右移、上移、下移、夾緊、放松的氣路的通斷。用戶存儲(chǔ)器容量的估算(1) I/O 口總點(diǎn)數(shù)為36點(diǎn)且均為開(kāi)關(guān)量，以每個(gè)I/O點(diǎn)需10個(gè)字節(jié)估算則所需存儲(chǔ)器字節(jié) 數(shù)為：48*10=480B(2) 定時(shí)器有兩個(gè)：一個(gè)夾緊延時(shí)、一個(gè)放松延時(shí)，以每個(gè)定時(shí)器需 2個(gè)字節(jié)估算則所需 存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)為：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)量*2=2*2=4

19、B共需存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)為：480+4=484B經(jīng)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)成本方面因素綜合考慮，本設(shè)計(jì)選取日本三菱公司FX2-48M型PLC產(chǎn)品，F(xiàn)X2-48M型產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)如下：最大I/O48點(diǎn)定時(shí)/計(jì)數(shù)器256個(gè)基本功能指令22,步進(jìn)指令2條繼電器輸出最大負(fù)載80VA/24V執(zhí)行速度(us/步)0.8us輸入輸出響應(yīng)時(shí)間10ms程序容量(步)2KB輸入光電隔離數(shù)據(jù)寄存器 通用：200點(diǎn)，鎖存用：7800點(diǎn)輸出繼電器接點(diǎn)隔離表3.2 FX2-48MR型產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)表由上表可見(jiàn)，F(xiàn)X2-48MRH PLC產(chǎn)品能滿足設(shè)計(jì)要求。面板設(shè)計(jì)根據(jù)本機(jī)械手手動(dòng)、單周期、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)自動(dòng)操作的需要，操作面板設(shè)計(jì)如下。其中手

20、動(dòng)要滿足機(jī)械手啟動(dòng)、停止、回原點(diǎn)、左移、右移、上升、下降、夾緊、放松等每 一步的手動(dòng)操作。復(fù)位原點(diǎn)指示左移右移上升手動(dòng)連續(xù)SB9HL6HL4HL5HL3啟動(dòng)上升左移右移下降1 "| /SB7SB2SB3SB5HL1單步單周期停止下降夾緊松開(kāi)夾緊SB8SB1SB4SB4HL2圖3.1傳感器機(jī)械手操作面扳3.2外部電路設(shè)計(jì)從傳感器機(jī)械手控制電路分析可知，機(jī)械手輸入是位置開(kāi)關(guān)信號(hào)，上下限位開(kāi)關(guān)、左右 限位開(kāi)關(guān)、判斷工件有無(wú)的光電探側(cè)開(kāi)關(guān)等它們都是開(kāi)關(guān)量，而輸出主要是5個(gè)電磁閥線圈,以控制機(jī)械手的左移、右移、上移、下移、夾緊、放松的氣路的通斷。因此外電路設(shè)計(jì)主 要包括以下三個(gè)部份：電源PLC

21、需AC 220V, 50HZ約100W外部限位開(kāi)關(guān)共5個(gè)，可由PLC專(zhuān)供外部傳感器直流 電源直接供給，該電源為 DC 24V, 0.1A，可滿足限位開(kāi)關(guān)使用，而且與PLC連接方便。對(duì) 于氣動(dòng)電磁閥，按每個(gè)電磁閥DC 24V, 100W同時(shí)動(dòng)作系數(shù)為2計(jì)算，最大需DC 24V200V， 同時(shí)為留有余量按DC 24 V，10A考慮。外部位置傳感器外部位置傳感器有4個(gè)接近式限位開(kāi)關(guān)：上、下限位開(kāi)關(guān)、左、右限位開(kāi)關(guān)， 1個(gè)檢 測(cè)工件有無(wú)的光電開(kāi)關(guān)這些開(kāi)關(guān)由 PLC直接供電，可以直接接入PLC輸入模塊，因輸入模 塊本身已有光電隔離所以不需另設(shè)隔離電路。為防止長(zhǎng)線干擾，需在線輸入端接200Q電阻及對(duì)地接0

22、.1uF電容。氣動(dòng)電磁閥本機(jī)械手共有五個(gè)氣動(dòng)電磁伐，其中左移、右移、上移、下移氣動(dòng)電磁閥是雙通的,而夾緊、放松是單通的。每個(gè)電磁閥線圈需供電DC 24V 100V，所以PLC輸出模塊上的繼電器接點(diǎn)容量不夠， 必須用中間繼電器進(jìn)行接點(diǎn)轉(zhuǎn)換， 中間繼電器選用線圈電壓為 DC24V， 接點(diǎn)容量為2A,額定電壓為DC 100V第四章 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1.1 PLC 幾種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述PLC 常用的編程語(yǔ)言有順序功能圖編程語(yǔ)言,梯形圖編程語(yǔ)言,功能塊圖編程語(yǔ) 言,指令語(yǔ)句表編程語(yǔ)言,結(jié)構(gòu)文本編程語(yǔ)言等。其中前兩種語(yǔ)言用得較多,流程圖 語(yǔ)言也在許多場(chǎng)合被采用。梯形圖語(yǔ)言沿用繼電器控制原

23、理的形式,采用了常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、線圈和功能 塊等結(jié)構(gòu)的圖形語(yǔ)言,直觀、簡(jiǎn)便、電器人員易于被掌握,但要求配置較大的顯示器, 這在小型PLC機(jī)上很難被滿足。故需借助于助記符語(yǔ)言。助記符語(yǔ)言是PLC的命令語(yǔ)言表達(dá)式，其語(yǔ)句是指令功能的英語(yǔ)縮寫(xiě)形式。 例如：三菱公司的Fx2n型PLC可編程器基 本邏輯指令“與”、“或”、“與非”、“輸入”、“輸出”、“結(jié)束”等指令就可用相應(yīng)的 “AND”、“0R'、“AN” “LD”、“OUT、“END表示。顯然指令語(yǔ)句表語(yǔ)言作為梯形圖派生語(yǔ)言， 既保持了梯形圖簡(jiǎn)單、直觀、易懂的特點(diǎn),又能采用便攜式編程器編制用戶程序。此外 如經(jīng)調(diào)試符合要求后，還可方便的寫(xiě)

24、入 PLC中，今后修改也很方便，因而為一般用戶所 廣泛采用。但是在以順序動(dòng)作機(jī)械控制中，若采用梯形圖方法編制程序，則既復(fù)雜又難懂又費(fèi)時(shí)，限制了它的使用。此時(shí)采用順序功能圖表示，用步進(jìn)順控指令編程會(huì)很方便、直觀。 順序功能圖語(yǔ)言是一種描述順序控制系統(tǒng)功能的圖解表示法， 主要由“步”、“轉(zhuǎn)移”、 及“有向線段”組成。如果適當(dāng)運(yùn)用組成元素和轉(zhuǎn)移觸發(fā)條件，可模擬出控制系統(tǒng)的靜 態(tài)與動(dòng)態(tài)運(yùn)行圖，從中很容易發(fā)現(xiàn)潛在故障。流程圖編程常使用步進(jìn)順控指令，如用“LD AND ANI”等指令表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件，用“ SET指令指向下一轉(zhuǎn)移狀態(tài)，“STL'指令則 用于激活某一狀態(tài)，是與主母線聯(lián)接的接點(diǎn)，因而其

25、后可以輸出信號(hào)，“ RET則是返回指令。由上述機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程的分析知，本機(jī)械手控制主要是工件傳輸?shù)捻樞蚩刂?，顯然 采用順序功能圖法用步進(jìn)順控指令編程是最佳選擇。4.3.2.1 輸入和輸出單元的分配圖表示了安裝在機(jī)械手上的負(fù)載和傳感器， 在PLC輸入輸出端分配的編號(hào)。上 升、下降、右移、左移采用雙通電磁閥。一旦下降(或右移)輸出接通，即使再斷開(kāi)，它 也能始終保持現(xiàn)行位置。上升(或左移)與此相同。夾持松開(kāi)裝置，則使用單通電磁閥。當(dāng)夾持輸出時(shí)，處于夾持狀態(tài),夾持輸出中斷時(shí)，處于松開(kāi)狀態(tài)。每個(gè)工作臂都有上、下限位開(kāi)關(guān)和左、右限位開(kāi)關(guān)。其夾持裝置不帶限位開(kāi)關(guān)，一旦 夾持電磁閥導(dǎo)通，就同時(shí)驅(qū)動(dòng) PLC 內(nèi)

26、的定時(shí)器，設(shè)定的時(shí)間一到，夾持動(dòng)作也就完成。4.3.2.2 操作類(lèi)型(1) 手動(dòng)操作單一操作：用各按鈕開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)各負(fù)載(2) 返回原位按下返回原位按鈕時(shí)，機(jī)器自動(dòng)返回到它的原位(3) 自動(dòng)操作 步進(jìn)操作：每動(dòng)按一次啟動(dòng)按鈕，向前執(zhí)行一步動(dòng)作的工作方式 單周期操作：機(jī)器在原位時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，自動(dòng)地執(zhí)行一個(gè)操作周期的操作， 操作完成后機(jī)器停在原位上。 如果在操作過(guò)程中， 按下停止按鈕， 則機(jī)器停留在該程序上。 如果再按下啟動(dòng)按鈕，則又從該工序繼續(xù)工作，最后停留在原位上。 連續(xù)操作：機(jī)器處在原位時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)器就連續(xù)重復(fù)的工作如果按下停止按鈕，機(jī)器運(yùn)行到原位，然后停機(jī)。4.323程序總框

27、圖圖4.2是實(shí)現(xiàn)初始化、手動(dòng)操作、回原點(diǎn)和自動(dòng)操作等程序的總框圖:圖4.2程序的總框圖：在選擇操作方式時(shí)，常閉接點(diǎn) X500斷開(kāi)，執(zhí)行單一操作程序，在選擇其它方式時(shí)， 常閉接點(diǎn)X500閉合，從而使程序轉(zhuǎn)移。如果選擇返回原位方式，常閉接點(diǎn)X501斷開(kāi),執(zhí)行返回原位程序。在執(zhí)行其它方式的情況下，則常閉接點(diǎn) X501閉合，程序轉(zhuǎn)移不執(zhí)行返回原位操作。 自動(dòng)程序要在啟動(dòng)按鈕X506按下時(shí)才執(zhí)行。在供電恢復(fù)以后，機(jī)器由原位重新啟動(dòng)時(shí) 不需要執(zhí)行該程序。程序設(shè)計(jì)說(shuō)明（1）負(fù)載驅(qū)動(dòng)圖圖4.3是負(fù)載驅(qū)動(dòng)圖。圖4.3負(fù)載驅(qū)動(dòng)圖如果用轉(zhuǎn)移指令在脈沖輸出執(zhí)行期間，對(duì)脈沖指令作轉(zhuǎn)移處理，則保持產(chǎn)生脈沖輸 出。具有相同

28、轉(zhuǎn)移目標(biāo)各個(gè)轉(zhuǎn)移指令，可以用相同的編號(hào)編程。在第一次下降工序中，下降電磁閥 Y430接通。在夾持工序中，夾持電磁閥 Y431位 置，同時(shí)驅(qū)動(dòng)定時(shí)器T450。此后執(zhí)行類(lèi)似的操作，完成由初始條件到下一個(gè)初始條件的一 系列操作。在夾持輸出丫431置位后，保持夾持，直到夾持輸出復(fù)位才松開(kāi)。另一方面，只在每 一工序上驅(qū)動(dòng)定時(shí)器和其它輸出。如上所述的控制，即一步一步按順序驅(qū)動(dòng)后各負(fù)載動(dòng)作， 稱(chēng)為順序控制或過(guò)程步進(jìn)型控制。這種控制過(guò)程，用繼電器符號(hào)程序很難實(shí)現(xiàn)該程序設(shè)計(jì)。（2）轉(zhuǎn)換條件圖下圖表示了機(jī)械手過(guò)程轉(zhuǎn)換的條件圖4.4狀態(tài)條件轉(zhuǎn)換圖在初始條件下，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手過(guò)程轉(zhuǎn)換為第一次下降過(guò)程。隨著下降電

29、磁閥的工作，機(jī)械手下降，在到達(dá)下限位置時(shí)，下限位開(kāi)關(guān)X401接通，工藝轉(zhuǎn)為夾持過(guò)程，-18 -因?yàn)槎〞r(shí)器 T450 與夾持輸出同時(shí)工作，所以在定時(shí)器接點(diǎn)接通以后，工藝轉(zhuǎn)為第一次上 升過(guò)程。此后，用類(lèi)似的方法完成機(jī)械手一系列工藝過(guò)程的轉(zhuǎn)換。（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，它由負(fù)載驅(qū)動(dòng)圖和轉(zhuǎn)換條件圖組合而成。圖中每個(gè)工藝過(guò)程，都標(biāo)有狀 態(tài)編號(hào)。（4）狀態(tài)的初始化按下返回原位按鈕，則表示機(jī)械手初始化條件的機(jī)器初始狀態(tài) S600,在返回原位方式 情況下置位，在單一操作方式情況下復(fù)位。按啟動(dòng)按鈕時(shí)，其工作狀態(tài)由S600轉(zhuǎn)換為S601, 此后按機(jī)械手工作的發(fā)展，依次進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)最后工序完成之后，S600再次

30、置位。在操作期間，即使誤按了啟動(dòng)按鈕，也不可能作另一次啟動(dòng)，因?yàn)榇藭r(shí)S600已處于不工作狀態(tài)。處于中間工序的狀態(tài)器要用手動(dòng)操作復(fù)位。（5）狀態(tài)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)在自動(dòng)操作（步進(jìn)、單周期、連續(xù)操作）期間，按下啟動(dòng)按鈕，輔助繼電器 M575 工 作，尤其在執(zhí)行自動(dòng)程序時(shí)，其自保持電路工作，輔助繼電器 M575 一直保持工作到停機(jī) 按鈕按下為止。另一方面，輔助繼電器 M100 工作，用以檢查機(jī)械手是否處于原位。當(dāng) M575 和 M100 都接通時(shí)，從初始狀態(tài)器開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（6）狀態(tài)轉(zhuǎn)移禁止當(dāng)按下啟動(dòng)時(shí)， M101 產(chǎn)生脈沖輸出，使 M574 斷開(kāi)，在單周期工作期間，按下停止 按鈕時(shí)， M574 自保持，操作

31、停止在進(jìn)行工序。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，從現(xiàn)行工序重新開(kāi)始工作。在步進(jìn)方式時(shí)， M574 始終工作，此時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換被禁止。 按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止立即復(fù)位，進(jìn)行后工序處理。在手動(dòng)方式（單一操作，返回原位）情況下，禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)方式復(fù)位之 后，按下啟動(dòng)按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止復(fù)位。PLC 啟動(dòng)時(shí)，用初始化脈沖 M571 使 M574 自保持，以此禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換，直到按下啟 動(dòng)按鈕。在狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止期間，現(xiàn)行工作狀態(tài)器保持接通。例如 S620接通，使丫530接通， 當(dāng)左行到左限位時(shí)狀態(tài)器轉(zhuǎn)換， Y530 斷開(kāi)。但是，如果狀態(tài)轉(zhuǎn)換被禁止時(shí)，則 Y530 將保持接通，為了防止這種現(xiàn)象， 丫530

32、的驅(qū)動(dòng)電路由左限位開(kāi)關(guān)來(lái)切斷。（7）手動(dòng)操作程序 單一操作程序 按下夾持按鈕時(shí)：夾持輸出 丫431自保，只有按下松開(kāi)按鈕時(shí)， 丫431才復(fù)位。 按下上升按鈕時(shí)：上升輸出 丫432保持接通，按下降按鈕，下降輸出 丫430保持接通。 在上限位按下左行按鈕：左行輸出 丫434 保持接通。在上限位按下右行按鈕：右行輸 出 丫433保持接通。 返回原位程序 在執(zhí)行返回原位程序時(shí)，為安全起見(jiàn)，可使非工作負(fù)載復(fù)位，同時(shí)按照安全操作 的原則激勵(lì)各負(fù)載。4.4 程序總梯形圖通用程序、手動(dòng)程序及自動(dòng)程序總梯形圖見(jiàn)圖 4.5。圖 4.5 機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)程序總梯形圖u550*nuSSD3 -I卜T忖X403

33、,n 艮1130A W3JtHOOD JEJT W155W »K HimHI-$<>5W5 _I StiO4.5機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)程序清單0LDX50162SM2001ANDX50563LDIM2002SS60064RY4313LDX50065RY4304RS60066OUTY4325LDX50067ANDX4026ORX50168RY4337ORM7169OUTY4348OUTF67170ANDX4049K60171RM20010OUTF67272EJP70111K61073LDX50612OUTF67074ORM10213K10375OUTM10214LDX5047

34、6MCM10215ANDM57577STLS60016ORX50678LDM57517ANIX50779ANDM10018LDX50280SS60119ORX50381STLS60120ORX50482OUTY43021ANB83LDIX40122OUTM57584SS60223LDX40285STLS60224ANDX40486SY43125ANIY43187OUTT45026OUTM10088K127LDX50689LDT45028PLSM10190SS60329LDX50791STLS60330ANDX50392OUTY43231ORX50293LDX40232ORX50094SS604

35、33ORX50195STLS60434ORM7196OUTY43335ORM57497LDX40336ANIM10198SS60537OUTM57499STLS60538LDIX500100LDX44839CJP700101OUTY43040LDX412102LDX40141ORY431103SS60642ANIX407104STLS60643OUTY431105RY43144LDX405106OUTT45145ANIY430107K146OUTY432108LDT45147LDX410109SS60748ANIY432110STLS60749OUTY430111OUTY43250LDX406

36、112LDX40251ANIY433113SS61052ANDX402114STLS61053OUTY434115OUTY43454LDX411116LDX40455ANIY434117SS60056ANDX402118RET57OUTY433119MCRM10258EJP700120END59LDIX50160CIP70161LDX505第五章 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)程序編寫(xiě)完成后，通過(guò)手編程器或在 PC 計(jì)算機(jī)編好程序后 寫(xiě)入到 PLC 存儲(chǔ)器中。編好程序首先要對(duì)照步進(jìn)流程圖進(jìn)行校對(duì)、修改、補(bǔ)充后，然 后再進(jìn)行室內(nèi)模擬調(diào)試。把機(jī)械手的各限位開(kāi)關(guān)、氣動(dòng)電磁閥

37、負(fù)載，在模擬板上用信 號(hào)燈代替。運(yùn)行程序時(shí)，要觀察是否符合預(yù)計(jì)的動(dòng)作要求，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤立即修改和調(diào)整 程序，直到滿足工藝流程要求。室內(nèi)模擬調(diào)試完成后，把程序固化在 PLC 中，可以進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行調(diào)試階段。 這時(shí)先不帶負(fù)載，只帶上驅(qū)動(dòng)電磁閥的線圈，而與之連接的機(jī)械負(fù)載則脫開(kāi)，再連上 必要的指示信號(hào)燈，即空載運(yùn)行調(diào)試。在空載運(yùn)行調(diào)試階段時(shí)，可以按運(yùn)行方式如回 原點(diǎn)、點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)操作、單周期運(yùn)行等逐步進(jìn)行，最后進(jìn)行連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試。在調(diào)試運(yùn) 行中，可借助于步進(jìn)流程圖，判斷故障原因與部位，隨時(shí)查清原因，及時(shí)采取修改程 序或接線等措施予以排除。如果運(yùn)行正常了，則可以進(jìn)入帶負(fù)載運(yùn)行調(diào)試階段。將各 電磁閥連接上機(jī)械

38、負(fù)載，并通過(guò)操作按鈕按機(jī)械手工藝順序，手動(dòng)運(yùn)行各機(jī)械部份看 動(dòng)作是否正常，如上升、下降、左移、右移、夾緊動(dòng)作順序，有無(wú)機(jī)械位置干涉等現(xiàn) 象。如有機(jī)械干涉可通過(guò)調(diào)整各個(gè)接近開(kāi)關(guān)的安裝位置等措施解決，還可以通過(guò)調(diào)節(jié) 其距離來(lái)控制機(jī)械手動(dòng)作的范圍。經(jīng)仔細(xì)調(diào)整一切正常后，就可以啟動(dòng) PLC 進(jìn)行自動(dòng) 運(yùn)轉(zhuǎn)。但在自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)階段時(shí)，必須密切注意觀察機(jī)械手各部件動(dòng)作，如有異常立即按 緊急停止按鈕停車(chē)檢查。最后再進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行， 一般連續(xù)運(yùn)行 72小時(shí)以上， 以考核電氣及機(jī)械運(yùn)行是否穩(wěn) 定可靠，如遇干擾一般要采取以下措施來(lái)解決如：檢查 PLC 控制柜、氣動(dòng)電磁閥等接 地是否良好（一定要分別接地） ；清查接線看強(qiáng)弱

39、電信號(hào)線有無(wú)分開(kāi)敷設(shè)；在 PLC 輸 入通道加接硬件濾波（如阻容濾波）或改變軟件數(shù)字濾波時(shí)間常數(shù)；在感性負(fù)載兩端 加阻容吸收回路或加接防浪涌反向二極管電路等。通過(guò)對(duì)機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)的室內(nèi)模擬調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)帶負(fù)載運(yùn)行調(diào)試工作，我深切 體會(huì)到以上調(diào)試原則和步驟的重要性，往往遇到問(wèn)題按學(xué)過(guò)的知識(shí)和方法去處理就能 順利解決了。機(jī)械手控制系統(tǒng)的程序，已通過(guò)室內(nèi)模擬手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)等運(yùn)行的調(diào)試， 證明本設(shè)計(jì)的硬件、軟件部分均達(dá)到預(yù)期要求，能可靠地控制機(jī)械手動(dòng)作，達(dá)到機(jī)械手所 要求的技術(shù)性能。 下一步要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)空運(yùn)行與帶負(fù)載運(yùn)行， 這需根據(jù)實(shí)際的安排日程進(jìn)行。設(shè)計(jì)小結(jié)及體會(huì)畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束了，通

40、過(guò) 2 個(gè)月的努力，在指導(dǎo)老師王蕊幫助下，基本上按照畢業(yè) 設(shè)計(jì)的要求，較好的完成了本課題的設(shè)計(jì)。我所做的是機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從去年放假我就開(kāi)始準(zhǔn)備。畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了， 達(dá)到了預(yù)期的目的。一開(kāi)始拿到這個(gè)題目的時(shí)候，真不知道從哪下手，在王蕊老師的指導(dǎo) 下，自己找資料、看書(shū)，總算完成了。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì) PLC有了更深的認(rèn)識(shí)， 從理論和實(shí)踐上都得到了很大的提高，所以這次任務(wù)的完成是我學(xué)到了很多東西。首先， 豐富了自己的知識(shí)面，學(xué)到了以前沒(méi)能學(xué)通的東西，具體了解了怎樣去完成一個(gè)程序的設(shè) 計(jì)：從流程圖、電路圖、仿真一整套東西。其次能根據(jù)機(jī)械手對(duì)控制系統(tǒng)的要求，選擇了 我認(rèn)為是最佳方案的PLC控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)PLC的輸入、輸出信號(hào)的分析計(jì)算、論證，合 理的對(duì)PLC進(jìn)行了選型。并且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，弄清了機(jī)械手的各部組成及工藝