基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計(共28頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 生 姓 名： 張昭飛 學(xué)號： 7 學(xué) 部 （系）： 機械與電氣工程學(xué)部 專 業(yè) 年 級： 12級電氣工程及其自動化5班 指 導(dǎo) 教 師： 楊澤富 職稱或?qū)W位： 副教授 2015 年 5 月11日專心-專注-專業(yè)目 錄 基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要隨著社會的進步，工業(yè)自動化發(fā)展尤為矚目，各種機械自動化設(shè)備的產(chǎn)生，逐步取代了傳統(tǒng)手工制作。自動化流水線的產(chǎn)生，不僅大大提高了工作效率，也讓許多人工操作存在安全隱患的流程被機械設(shè)備替代，讓現(xiàn)代工業(yè)變得更具人性化。機械手在當代自動化流行中起著重要的作用，一方面其

2、能夠在高溫、腐蝕性、有毒等惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，另一方面其在完成抓取、轉(zhuǎn)移、旋轉(zhuǎn)、釋放等動作時候精確度也較高。機械手的動作是由精確的控制系統(tǒng)來控制完成的，從早期的繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展到如今的PLC控制系統(tǒng)，機械手技術(shù)的更新就是控制系統(tǒng)的發(fā)展和完善。本次課題是選用三菱公司的FX系列PLC，完成對電動工具電機的抓取轉(zhuǎn)移以及零件的壓裝動作。電氣設(shè)備有PLC、觸摸屏、傳感器、直流電源等。通過可編程控制器的程序設(shè)計，完成相應(yīng)的動作，實現(xiàn)控制功能。關(guān)鍵詞：機械手；PLC；控制；設(shè)計The design of control system ofmanipulator based on PLCAbstract A

3、long with social progress, industrial automation development is particularly attention, produce a variety of machinery automation equipment, and gradually replaced the traditional hand-made. Automated assembly line production, not only greatly improve the work efficiency, but also to many unsafe man

4、ual processes are replaced by machinery and equipment, so that modern industry to become more humane.Robotic automation plays in contemporary popular an important role, on the one hand it can continue to operate at high temperatures, corrosive, toxic and other harsh environments, on the other hand i

5、ts complete capture, transfer, rotation, and other movements release time accuracy also higher. A robot is controlled by a precise system control is completed, from the early development of the relay control system to todays PLC control system, the development of robot technology update is the contr

6、ol system and perfect.The issue is the choice of Mitsubishi FX series PLC, the completion of the press-fit electric power tools and part of the transfer operation crawl. Electrical equipment PLC, touch screen, sensors, DC power supplies. By PLC programming, complete the appropriate actions to achiev

7、e the control function.Key Words：manipulator;PLC;control;design 1 可編程控制器PLC1.1 PLC簡介可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）由上世紀60年代提出，首先是為了取代繼電器控制裝置。經(jīng)過了半個世紀的發(fā)展，PLC的應(yīng)用范圍也變得更加的廣泛。隨著數(shù)字時代的到來，信息技術(shù)的飛速發(fā)展從而帶動了各個行業(yè)的自動化進程。PLC其強大的開關(guān)量控制以及邏輯控制，使得自身在現(xiàn)代化行業(yè)中的作用變得尤為突出。PLC是汽車行業(yè)發(fā)展所催生出來的。早期的汽車行業(yè)自動化進程中，控制主要來自繼電器控制。繼

8、電器控制一方面控制電路復(fù)雜，一旦產(chǎn)生故障，檢修十分困難；另一方面繼電器控制效率較為低下，汽車行業(yè)作為自動化應(yīng)用最為突出的表行業(yè)，繼電器控制系統(tǒng)逐漸滿足不了更為復(fù)雜的邏輯控制要求。順應(yīng)了社會的發(fā)展，PLC的出現(xiàn)逐步迎來了一個蓬勃的發(fā)展時期。PLC擁有著強大的邏輯運算、定時、計數(shù)和計算等功能，其輸入和輸出都是采用數(shù)字量的方式，從而控制電氣設(shè)備進行動作。人們首先將邏輯控制程序?qū)懭氲絇LC中，PLC以連續(xù)掃描的方式，給相應(yīng)的輸出端一定的電信號，電信號控制了外部電路的通斷，從而逐步完成所預(yù)想的動作指令。PLC在逐步掃描的過程中，計數(shù)器會記錄相應(yīng)的步數(shù)，PLC完成一次掃描動作所需要的時間就是其掃描周期。世

9、界首臺PLC于1969年產(chǎn)生于美國，現(xiàn)在美國和歐盟以生產(chǎn)大型PLC為主，日本、德國等生產(chǎn)中小型PLC為主，我國在經(jīng)歷了漫長的摸索，也有一些自己的品牌出現(xiàn)，但是其核心技術(shù)仍以掌握在PLC生產(chǎn)大國手中，我國的PLC自主之路仍充滿著挑戰(zhàn)。隨著工業(yè)自動化，PLC控制系統(tǒng)逐步應(yīng)用于各行各業(yè)，其運算速度快、體積小等特點愈發(fā)起到了不可替代的作用。在早期PLC功能的基礎(chǔ)上，一些新的功能如網(wǎng)絡(luò)通訊功能得以添加，使PLC的功能更加完善。我國工業(yè)化相較于西方國家起步較晚，但是自改革開放以來，工業(yè)化進程步伐十分迅速，工業(yè)自動化發(fā)展在短短幾十年走完其他國家百年走過的路程，基于PLC的控制系統(tǒng)成為了自動化領(lǐng)域的主流。PL

10、C可靠性高，控制系統(tǒng)穩(wěn)定，同時在半世紀的發(fā)展和總結(jié)中，已經(jīng)形成了完善的功能，具有很強的適應(yīng)性。PLC的編程語言相較于其他編程語言更加簡單，從而使得系統(tǒng)設(shè)計周期較短，維護也更加方便。PLC眾多的功能模塊，極大的豐富了PLC的控制領(lǐng)域，能夠滿足在不同情況下的控制要求。1.2 PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)PLC的的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，組要由CPU、存儲器、輸入輸出接口、電源等組成。圖1-1 PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.2.1 中央處理器CPU 中央處理器是對數(shù)據(jù)進行處理的最重要部件，其作用就相當于人體的大腦，在PLC系統(tǒng)中處于中樞地位1。CPU能夠接收輸入單元的信號，并對信號進行識別和處理，同時通過給輸出單元施加電信號

11、，從而實現(xiàn)輸入輸出的協(xié)調(diào)配合。CPU能夠?qū)ψ陨硇畔⑦M行檢測，識別錯誤信息并警告提醒，黨PLC在運行的時候，能夠控制系統(tǒng)進行掃描，完成相應(yīng)的計算和邏輯運算，以循環(huán)掃描的方式控制輸出。CPU是逐步讀取編寫的程序，每一步都進行掃描，當前一步執(zhí)行完成，則通過存儲區(qū)的相應(yīng)信息，控制輸出端信號的產(chǎn)生。在每一個固定的掃毛周期內(nèi)，CPU都重復(fù)進行著相同的動作。1.2.2存儲器 PLC的存儲器和電腦的存儲器功能一樣，都是用來存放相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。PLC存儲器中存儲程序、邏輯變量等。 PLC存儲器分為系統(tǒng)程序存儲區(qū)、系統(tǒng)RAM存儲區(qū)和用戶程序存儲區(qū)。系統(tǒng)程序和用戶程序在在存儲器中有獨立的位置劃分。1.2.3 輸入輸出

12、單元 輸入和輸出單元是連接外部短路的直接位置，其通過接收信號和發(fā)出信號從而控制外部電路。與三極管的導(dǎo)通方式類似，PLC的輸入輸出有源形和漏形之分2。輸入單元是PLC接收外部信號的通道，不同的PLC有不同的輸入方式，源形和漏形輸入如圖2-2所示。圖2-2 PLC漏形輸入和源形輸入接線漏形輸入時，PLC公共端接24V，電流由外部流入輸入端子；源形輸入時，PLC公共端接0V，電流由端子流出。輸出單元是給外部電路信號的端口，通常有繼電器輸出和晶體管輸出輸出方式，晶閘管輸出方式一般不是很常用。繼電器輸出相較于晶體管輸出，其輸出端的承受電流更大，但是其開關(guān)量的開關(guān)頻率沒有晶體管輸出方式的高，因此在一些開關(guān)

13、頻率較高、控制流程較快的場合，晶體管輸出方式更加實用。但一般的情況下，繼電器輸出由于負載能力更強，所以實用的范圍更廣。輸出單元也有源形輸出和漏形輸出的區(qū)別，圖2-3就是兩種不同的輸出方式。圖2-3 PLC漏形輸出和源形輸出接線漏形輸出時候，電流由外部流入端子，公共端接24V;源形輸出時候，電流流出端子，公共端接0V。但是當輸出為晶閘管輸出時候，交流電源的正負對于輸出端沒有什么影響，則可以自由選擇。1.2.4電源部分PLC運行需要給其供電，其開關(guān)量的閉合、斷開控制是由直流電源的高低電平來實現(xiàn)的，所以PLC運行時候需要給其供應(yīng)直流穩(wěn)壓電源。PLC有直流供電和交流供電的，但是最終都是將其轉(zhuǎn)化為直流的

14、方式。PLC有自己的內(nèi)部電源，其穩(wěn)定性很好但是輸出功率較小，直流電源一般采用直流24V電壓，保證PLC的正常運行。1.3 PLC的選型PLC型號眾多，在進行相關(guān)設(shè)計和應(yīng)用的時候，如何準確的選擇尤為重要。在PLC的選型時候，可從以下幾個方面進行。第一，確定輸入輸出點的個數(shù)。以三菱FX系列PLC為例，輸入輸出點有10點、14點、20點、30點、32點、64點等等，在進行PLC選型時候，首先就是要確定控制系統(tǒng)中輸入點和輸出點的個數(shù)，然后來以確定基本的選型方向。同時在選擇的同時，應(yīng)注意輸入輸出都要預(yù)留總數(shù)10%左右數(shù)量的觸點作為預(yù)備點。第二，選取合適的電源類型。PLC有AC和DC兩種型號。DC電源一般

15、為24V，AC有100-230V。在進行PLC選型時候，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的電源實際情況，選取合適的電源類型的PLC，使其適合設(shè)計的要求。第三，明白輸出信號類型。PLC的輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。繼電器輸出的方式其輸出頻率較大，在實際的應(yīng)用中很常見，一般的常見系統(tǒng)中，這種說出方式能夠適應(yīng)輸出信號的給定；晶閘管輸出的方式相較與繼電器輸出，其使用于要求信號變化頻率很快的信號輸出，但是其輸出功率較小，承載電流較小3?？傊?，PLC的選型應(yīng)該根據(jù)實際的情況，綜合分析比對，選擇最合適的PLC型號，這樣才能在控制系統(tǒng)的設(shè)計中少不必要的麻煩。2 機械手概況2.1 機械手的起源與發(fā)展機械手顧名思義就是

16、使機械設(shè)備擁有手一樣的作用，靈活的完成各項動作，對不同位置、不同環(huán)境下的物體有目的的進行操作。機械手是工業(yè)中最早出現(xiàn)的自動化設(shè)備之一，因為在復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中，人工操作已經(jīng)無法直接進行，最早的機械手設(shè)備可追溯到上世紀四十年代，在工業(yè)革命過程中，已經(jīng)有模仿手關(guān)節(jié)動作的機械產(chǎn)生，但是早期的機械手自動化程度很低，部分動作需要靠人力來完成。隨著工業(yè)發(fā)展，機械手的形態(tài)和功能也發(fā)生了巨大的變化，特別是上世紀八九十年代，機械手迎來了一個蓬勃發(fā)展時期。早期的機械手主要完成抓取，移動等動作，但是由于工業(yè)過程變得更加復(fù)雜，所以這些基本的動作已經(jīng)無法滿足人們的需求，于是機械手的功能得到了很大的擴展，如打磨機械手、切割

17、機械手、繞線機械手等特殊功能的機械手逐漸產(chǎn)生4。21世紀是信息化世紀，自動化成為了工業(yè)的主流，信息技術(shù)的發(fā)展使得機械手的工作內(nèi)容變得更加復(fù)雜。如精密機械加工的過程中，機械手由早期扮演的“搬運者”角色，逐步變?yōu)椤凹庸ふ摺苯巧?，由于信息傳輸更加精確，機械手完成的加工動作也變得更加精準。近年來，新興的機器視覺技術(shù)又讓自動化領(lǐng)域迎來了一個新的發(fā)展變更，由傳統(tǒng)的傳感器識別到如今的機器視覺識別，賦予了機械手更大的操作識別空間，以ABB公司生產(chǎn)的機械手作為代表，世界范圍內(nèi)的機械手行業(yè)競爭也演變?yōu)閿?shù)字控制行業(yè)的競爭。2.2機械手的工作原理機械手的工作其實就使機械按照人們預(yù)設(shè)的步驟進行運動，一般的機械手以氣缸動

18、作作為機械手各步動作的基礎(chǔ)，特殊功能的機械手也有用電缸、油缸、電機、伺服作為其動作的動力。無論機械手動作的動力來自于哪一種，其都是通過外部設(shè)備力量的施加，推動機械部分定向的移動，從而完成基本動作。當然機械手擁有動力只能使其運動，要使得有規(guī)律的動作就需要傳感設(shè)備對動作和位置進行識別。如機械手完成下降動作時候，其下降的推進氣缸只能給機械手向下的推力，當?shù)竭_指定的位置時候，氣缸的電磁傳感器就會得到信號，傳感器的電信號會輸入到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)經(jīng)過識別、傳導(dǎo)、變換，就會輸出一個電信號給氣缸電磁閥，電磁閥得到電信號就會關(guān)斷氣流，氣缸得不到氣流就會停止動作，于是機械手的下降動作就完成了5。機械手由動力系統(tǒng)

19、、控制系統(tǒng)和執(zhí)行器件構(gòu)成，其在動作過程中，控制系統(tǒng)就是通過得到和發(fā)出信號給動力系統(tǒng)，使動力系統(tǒng)有序的給執(zhí)行器件提供動力，執(zhí)行器件是最終完成動作的機構(gòu)。3機械手控制系統(tǒng)3.1 基于PLC的機械手控制系統(tǒng)的研究意義機械設(shè)備自動化過程都是由機械部分和控制部分共同構(gòu)成的，而本次的課題是基于PLC的機械手控制系統(tǒng)，就是通過PLC程序的控制，來實現(xiàn)機械手預(yù)期希望達到的效果6。PLC作為當今自動化領(lǐng)域的寵兒，其價格較低，功能強大，眾多的模塊能夠滿足不同情況下的控制要求。而基于PLC的機械手控制系統(tǒng)的研究，首先能夠加強機械自動化的意識。作為信息時代，工業(yè)高度自動化必將成為社會發(fā)展的趨勢，而機械手作為自動化設(shè)備

20、的代表，加強其研究，能夠極大的豐富對行業(yè)的認知，設(shè)計和賦予機械手新的強大功能，極大的降低人們的勞動量，不僅能夠增加效率，同時也能對勞動者有較大的保護。其次，基于PLC的機械手控制系統(tǒng)的研究，能夠?qū)LC這主流的控制系統(tǒng)有更加深刻的認知。PLC控制系統(tǒng)較傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)功能更加強大，成本也更加低廉，同時實現(xiàn)的功能也更加復(fù)雜。進行機械手控制系統(tǒng)的研究，能夠在接受他人設(shè)計思想的同時，舉一反三的應(yīng)用，使設(shè)計的內(nèi)容更加豐富。自動化就就是機械和控制系統(tǒng)的有效配合，而控制系統(tǒng)就是整個系統(tǒng)的指揮者。在進行控制系統(tǒng)研究的過程中，能夠在試驗中總結(jié)經(jīng)驗，使系統(tǒng)得到進一步完善。3.2 基于PLC機械手設(shè)計的優(yōu)點機

21、械手出現(xiàn)較早，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，隨著信息技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，PLC成為了當代自動控制系統(tǒng)的主流?；赑LC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計，有許多自身具備的有點。1、 成本更低 PLC是高度集成的控制器。一般的應(yīng)用較多的中小型PLC，IO口一般在20-512點之間，眾多的接觸觸電能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信號的接收和輸出信號的給定，傳統(tǒng)的信號反饋通過開關(guān)控制，不僅系統(tǒng)復(fù)雜，而且電器元件眾多，所占空間很大，系統(tǒng)成本很高。基于PLC的機械手控制系統(tǒng)，能夠通過PLC進行開關(guān)量的控制，與傳統(tǒng)的開關(guān)控制相比，不需要實際的開關(guān)器件作為載體，但能夠?qū)崿F(xiàn)相同甚至更將強大的功能，極大的節(jié)約了控制系統(tǒng)的投入7。2、 操作性較強基于PLC

22、的控制系統(tǒng)，在實現(xiàn)相同的控制動作的過程中，從硬件的選擇和軟件程序的編寫，都有很強的變化因素。PLC編程語言較為簡單，學(xué)習容易，系統(tǒng)設(shè)計周期也相應(yīng)的變短。機械手作為機械設(shè)備，如果希望其擁有人一樣的動作，就需要設(shè)計者在其執(zhí)行動作之前，大腦中已經(jīng)有一個完整的動作流程。機械手如何正確的完成動作，需要方方面的考慮，從基本的電氣元件選擇，到電氣元件的安裝位置，再到最終的設(shè)備調(diào)試，都需要實際的進行?；赑LC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計，能夠多角度的進行控制系統(tǒng)的研究，有極強的操作性。3、 順應(yīng)社會的需求工業(yè)的發(fā)展,通訊技術(shù)的進步，使得自動控制系統(tǒng)的變化更加明顯。PLC是信息技術(shù)與控制技術(shù)的結(jié)合，通過編程軟件進行編

23、程，實現(xiàn)對電路的控制，從而將信號給到制定的機械系統(tǒng)，從而使機械設(shè)備自主的完成相應(yīng)的動作。信息技術(shù)的發(fā)展需要控制系統(tǒng)更加智能化，而基于PLC的控制系統(tǒng)，就能夠滿足智能化的特點。系統(tǒng)設(shè)計后進行調(diào)試，不再僅僅只是硬件設(shè)施的調(diào)試，軟件控制程序成為了重點，通過數(shù)據(jù)通訊，可以實現(xiàn)原有的控制要求，這是信息化時代的必然趨勢，也是順應(yīng)了社會對于數(shù)字化通訊的要求8。3.3機械手實現(xiàn)的功能 機械手控制系統(tǒng)研究和設(shè)計早已經(jīng)十分成熟，在不同的行業(yè)，機械手扮演的角色也各部相同。搬運、打磨、焊接、剖光等功能性機械手較為常見。本課題是選用對電動器具生產(chǎn)流水線中機械手的設(shè)計。電動器具流水線中，自動化程度較高，設(shè)備實現(xiàn)的功能也較

24、為復(fù)雜。電動器具在生產(chǎn)的過程中，電動馬達在繞線的過程中，有高溫環(huán)境和油漬環(huán)境等，人工操作危險較高并且效率較低。電動馬達繞線后在其轉(zhuǎn)軸兩端需要壓上質(zhì)地較硬的紡脫落夾片，在流水線中，一般繞線后馬達的轉(zhuǎn)移和沖壓夾片是在兩個工位上完成的，其不僅操作過程復(fù)雜、效率低下，而且在有限的工廠環(huán)境下所占空間大，這是一種極大的浪費。本次課題的設(shè)計，就是將電動器具生產(chǎn)線上馬達的轉(zhuǎn)移和沖壓夾片在一個動作流程中完成。高溫和充滿油污的馬達轉(zhuǎn)子在左傳動裝置上，當其運動到指定的位置，處于原位的機械手得到信號，這時候水平位置氣缸運動，推動機械手水精確的水平移動到左工位產(chǎn)品的上方，通過上下伸縮氣缸和夾緊氣缸的動作，將產(chǎn)品夾起來，

25、之后水平位置氣缸反向動作至初始位置。當放下的時候，夾緊氣缸保持夾緊動作，處于馬達轉(zhuǎn)子上方的氣缸動作，推動沖壓器件，將套在產(chǎn)品一端的夾片壓緊，機械手就完成了本次動作，系統(tǒng)回到原來的位置，重復(fù)進行下一次操作9。本次課題就是以自動化生產(chǎn)線設(shè)備為載體，具體的實施設(shè)備功能的整合，使多重動作在一臺設(shè)備中實現(xiàn)。轉(zhuǎn)移動作和夾片沖在一個自動化過程中完成，能夠節(jié)省勞動力，增加工作效率。同時系統(tǒng)增加了觸摸屏，人機界面的設(shè)計能夠?qū)崟r的監(jiān)控系統(tǒng)動作的流程，同時在設(shè)備維護過程中，通過人機界面操作能夠分步的控制系統(tǒng)，從而更加安全。4基于PLC機械手控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 IO點分配4.1.1 電器元件的選擇 本課題在設(shè)計的過程

26、中，如果要實現(xiàn)機械手的正確動作，需要選擇適當?shù)碾姎庠?，在正確的電氣元件相互配合下，完成系統(tǒng)動作。 機械手的動力系統(tǒng)主要是氣缸，氣缸在伸縮過程中，用傳感器進行識別是否到達指定的位置。氣缸的活塞端有磁環(huán)，所以氣缸上的傳感器選用磁性開關(guān)傳感器。傳感器固定在氣缸外端，當氣缸動作時候，活塞到達傳感器固定的位置，磁環(huán)就會使得傳感器得到信號。本課題有四個氣缸動作，每個氣缸裝有始端和終端兩個磁性開光傳感器，工選用八個此傳感器。當在檢測左工位有無產(chǎn)品時候，選用光電傳感器。光電傳感器有發(fā)射端和接收端，在沒有檢測到產(chǎn)品時候，接收端一直能夠接收到發(fā)射端的信號，當有產(chǎn)品時，信號中斷，從而給PLC一個脈沖。通俗來講，光

27、電傳感器就是一個外部的常閉出點。在沖壓夾片時候，需要用接近傳感器檢測夾片的有無。接近傳感器在產(chǎn)品接觸到觸頭一定距離時候能感受到信號，其相當一個常開觸點。接近開關(guān)也有不同的感應(yīng)距離，接近傳感器的不同軸徑對應(yīng)不同的感應(yīng)距離，一般軸徑8mm的接近開關(guān)，感應(yīng)距離在0.15-1.5mm，12mm的感應(yīng)距離在0.3-3mm，18mm的感應(yīng)距離在0.6-6mm，30mm的感應(yīng)距離在1-10mm。由于機械手動作中有沖壓過程，為了防止人員操作的過程中，手沒有離開沖壓臺的安全距離而使操作人員被壓傷，所以增加了一個安全光幕。安全光幕也是光電傳感器的一種，一端發(fā)射信號，一端接收，其能夠呈幕布狀擋在沖壓臺前面。如果有外

28、物在沖壓過程中進入光幕后的區(qū)域，就會產(chǎn)生一個脈沖信號，PLC就能識別。本次傳感器選用NPN型。PLC選用三菱FX1S-30MR-OO1型。PLC選用主要是由輸入輸出點的數(shù)量來確定的。由于本課題共有14個輸入點和4個輸出點，所以選用輸入有16點，輸出有14點的三菱FX1S-30MR-OO1型PLC。其為R型（繼電器）輸出，電源為001型（AC電源）10。除了PLC和傳感器，本課題還需要一個啟動按鈕，一個復(fù)位按鈕，一個急停按鈕和一個白色的電源信號燈。4.1.2 IO分配確定了課題電氣元器件的選擇，合理的IO分配能夠在編程的時候更具有條理性，表4-1為PLC的IO分配表。FX1S-30MR-001i

29、nput名稱備注output名稱備注x0啟動按鈕y0水平氣缸電磁閥x1復(fù)位按鈕y1伸縮氣缸電磁閥x2急停按鈕接NCy2夾取氣缸電磁閥x3左工位產(chǎn)品有無檢測傳感器光電傳感器y3壓制氣缸電磁閥x4水平位置氣缸始端傳感器磁性開關(guān)x5水平位置終端傳感器磁性開關(guān)x6伸縮氣缸上傳感器磁性開關(guān)x7伸縮氣缸下傳感器磁性開關(guān)x10夾取氣缸始端傳感器磁性開關(guān)x11夾取氣缸終端傳感器磁性開關(guān)x12壓制氣缸始端傳感器磁性開關(guān)x13壓制氣缸終端傳感器磁性開關(guān)x14夾片有無檢測傳感器接近傳感器x15光幕傳感器光電傳感器表4-1 PLC輸入輸出分配 一般情況下，輸入端開關(guān)都置于端口的靠前位置，在進行輸入和輸出的端口分配時，

30、一定要有預(yù)留一定數(shù)量的觸點，以便于在某些觸點發(fā)生故障時候備用。在分配觸點時候，功能相同的觸點位置盡量在一起，在工程項目中盡量使其更有條理性。42 硬件接線圖4.2.1電氣主接線本課題總是控制系統(tǒng)的設(shè)計，對于基于PLC的控制系統(tǒng)來說，電氣主接線是完成控制的基礎(chǔ)，圖4-1是本課題的電氣主接線圖。圖4-1 機械手控制體統(tǒng)主接線圖主電路圖上，主線上先接一個10A的空氣開關(guān)QF1，保證在電流過大的時候會自動斷開保護主電路路。之后接一個急停按鈕，其接常閉觸點，也就是在通常情況下急停按鈕保持電流通暢，在遇到緊急情況時候按下急停按鈕，常閉觸點斷開導(dǎo)致主回路關(guān)段，起到手動應(yīng)急關(guān)斷效果。圖最左側(cè)是并在主回路上的插

31、座，保證在進行設(shè)備調(diào)試需要用電時候的便利。插座旁是并在回路上的24V開關(guān)電源，其是為了給PLC、觸摸屏以及傳感器提供直流電源。因為開關(guān)電源接在主回路上，所以在其L線上加一個6A的空氣開關(guān)。24V開關(guān)電源的輸出端接一個白色的指示燈，在其有電流時候，直觀的顯示通電狀態(tài)。24V直流電源旁是觸摸屏，通入24V直流電壓。PLC為交流電源供電，加一個6A的空氣開關(guān)QF3，通訊線W接通觸摸屏和PLC，實現(xiàn)通訊順暢12。主電路圖實現(xiàn)電氣元件的基本連接，在設(shè)計的時候，應(yīng)該充分考慮到實用性和安全性，保證在發(fā)生故障的時候損失最小。4.2.2 PLC輸入接線PLC的輸入端是外部給PLC的信號，每一個輸入端回路都是一個

32、獨立的系統(tǒng)，不同的端口起到不同的效果。圖4-2是PLC輸入接線圖。圖4-2 機械手控制系統(tǒng)PLC輸入端接線圖圖中，有左邊至右依次為輸入端的3個公共端、輸入X00-X07、輸入X10-X17.三個公共端接24V，X0O接啟動按鈕SB1，XO1接復(fù)位按鈕，X03接急停按鈕，X04接左側(cè)產(chǎn)品有無光電傳感器，X04-X13為四個氣缸的傳感器，其公共端接在0V上，X14接夾片有無檢測傳感器。4.2.3 PLC輸出接線PLC的輸出端是在其接收到輸入信號以后，通過程序的控制，給外部信號的端口，本課題總共有四個電磁閥為輸出端，圖4-3為PLC輸出接線圖。圖4-3 機械手控制系統(tǒng)PLC輸出端接線圖PLC的輸出公

33、共端接0V,輸出端Y00接水平氣缸電磁閥，Y02接伸縮氣缸電磁閥，Y03接夾取氣缸電磁閥，以接沖壓氣缸電磁閥。電磁閥公共端接24V電壓。43 控制流程圖控制流程圖是顯示設(shè)計過程的圖形，圖4-4為本課題的控制流程圖。產(chǎn)品有無1 加緊4 左工位右工位（原定）水平氣缸推進2水平氣缸復(fù)位6 伸 伸 伸 縮 縮縮 伸 氣 氣氣 縮 缸 缸 缸 氣 推 復(fù)推 缸 進 位 進 復(fù)沖壓8 3 57 位 放松9 10圖4-4 機械手控制動作流程圖 當系統(tǒng)啟動時候，首先檢測左側(cè)產(chǎn)品有無；當有產(chǎn)品傳送來時候，水平氣缸推動機械手向左工位移動；當?shù)竭_左工位上方，伸縮氣缸推動機械手向下；到達指定位置，機械手夾緊氣缸動作夾

34、住產(chǎn)品；然后伸縮氣缸回到原定位置；水平氣缸向右運動使機械手回到原來位置；之后機械手伸縮氣缸推動機械手下降到右側(cè)工位；夾緊氣缸保持動作，投放夾片，當接觸傳感器感應(yīng)到夾片時候，沖壓氣缸向下沖壓；當沖壓完成時候機械手放松；最后伸縮氣缸回到原來位置，一次自動化流程完成，當左側(cè)光電傳感器再次檢測到產(chǎn)品時候，第二次動作再開始進行13。44 程序梯形圖本次設(shè)計，采用三菱PLC專門的編程軟件GX Developer，編程采用步進梯形圖的方式，程序如下。圖4-5 啟動步進程序當程序通電時候M8002給一個脈沖信號，狀態(tài)寄存器S0置位，步進初始；急停按鈕在外電路持續(xù)導(dǎo)通，光幕信號持續(xù)有信號接收，當水平氣缸、伸縮氣

35、缸、加緊氣缸、沖壓氣缸都處于初始位置時候，它們的初始位置傳感器都得到信號的時候，按下啟動按鈕，在其導(dǎo)通的一瞬間，步進進入S20狀態(tài)。圖4-6 水平氣缸動作步進程序急停按鈕和光幕傳感器都保持原狀態(tài)沒有異常時候，伸縮、夾緊、壓制氣缸都處于原始位置，左產(chǎn)品有無檢測傳感器在檢測到有工件的時候，水平氣缸導(dǎo)通，當水平氣缸推進到末端時候，定時2s后進入S21狀態(tài)14。圖4-7 伸縮氣缸動作步進程序急停按鈕和光幕傳感器都無異常時候，水平氣缸定時完成，夾取氣缸和沖壓氣缸還沒動作時伸縮氣缸輔助繼電器M1得信號，程序進入S22狀態(tài)。圖4-8 加緊氣缸動作步進程序當伸縮氣缸到達底端，下部的的傳感器X007給PLC信號

36、，此時沖壓氣缸還保持原有狀態(tài)，加緊氣缸輔助繼電器得信號，步進進入S23狀態(tài)。圖4-9 伸縮氣缸復(fù)位步進程序夾取氣缸終端傳感器得信號，沖壓氣缸還沒有動作時候，伸縮氣缸復(fù)位，步進進入S24狀態(tài)。圖4-10 水平氣缸復(fù)位步進程序 當伸縮氣缸回到原來位置時候，原始位置的傳感器X006給PLC信號，水平推進氣缸復(fù)位，步進進入S25狀態(tài)。圖4-11 伸縮氣缸動作步進程序水平氣缸回到初始位置的時候，水平氣缸初始位置傳感器X004給PLC信號，伸縮氣缸動作，步進進入S26狀態(tài)。圖4-12 沖壓氣缸動作步進程序 機械手將工件移動至右側(cè)伸縮氣缸伸到位，下方傳感器的信號，手工將夾片放到原工件上，光幕在人手縮回來時候

37、有信號輸出，夾片被接觸傳感器感受到，這時候沖壓氣缸動作，當沖壓氣缸到位時候定時3s，保證夾片被壓緊。定時時間到，步進進入S27狀態(tài)。圖4-13 沖壓氣缸復(fù)位步進程序 當沖壓完成，則沖壓氣缸復(fù)位，當沖壓氣缸復(fù)位到達初始位置，初始位置的傳感器給PLC信號，加緊氣缸復(fù)位，則機械手吧工件放在右側(cè)的工位上，步進進入S28狀態(tài)15。圖4-11 伸縮氣缸復(fù)位步進程序 當夾緊氣缸復(fù)位到初始位置，初始位置的傳感器X010給PLC信號，則伸縮氣缸復(fù)位，當伸縮氣缸復(fù)位到初始位置的時候，則一次全部的機械手動作完成，則程序回到初始S0狀態(tài)，步進結(jié)束。圖4-14 復(fù)位程序 當按下復(fù)位按鈕時候，在通電瞬間，狀態(tài)寄存器S20

38、至S28批量復(fù)位，同時伸縮氣缸和沖壓氣缸直接復(fù)位。在復(fù)位按鈕持續(xù)導(dǎo)通，伸縮氣缸和沖壓氣缸復(fù)位到初始位置時候，水平氣缸復(fù)位；水平氣缸復(fù)位到初始位置時候，伸縮氣缸動作；當伸到最低端時候，夾緊氣缸開始復(fù)位；當夾緊氣缸復(fù)位完成后，伸縮氣缸再復(fù)位。這一些列先后的動作是由于水品氣缸復(fù)位必須在沖壓氣缸和伸縮氣缸復(fù)位完成后才能進行，而夾緊氣缸的復(fù)位必須將夾住的工件放置于右工位后才能進行16。圖4-15 輸出端程序當復(fù)位按鈕在斷電的一瞬間，程序回到初始狀態(tài)，輔助繼電器直接控制電磁閥，實現(xiàn)氣缸動作的控制。45人機界面設(shè)計本課題采用信捷觸摸屏，在自動畫面分別顯示四個氣缸的動作，四個指示燈分別連接對象Y0、Y1、Y2

39、、Y3，選擇取反操作，當運行時候，燈為綠色，當停止運行時候，燈為紅色。當點進行手動的時候，會由內(nèi)部寄存器輔助跳轉(zhuǎn)至下一界面。圖4-16 觸摸屏自動畫面編程 自動界面離線模擬畫面如下。 圖4-17 觸摸屏自動畫面在線發(fā)模擬當跳轉(zhuǎn)至手動畫面，四個氣缸進行分開動作，如點擊“水平氣缸始端”后面面按鈕，則其對應(yīng)的是PLC寄存器M0，這時候MO強制置位OFF，則水平氣缸動作至始端；相同的點擊“水平氣缸終端”后面的按鈕，其對應(yīng)PLC寄存器M0,M0強置位ON，則水平氣缸動作。當點擊進行自動按鈕，則畫面返回自動換面17。圖4-18 觸摸屏手動畫面編程手動界面離線模擬畫面如下圖4-19 觸摸屏手動畫面在線模擬