基于PLC的貨物搬運(yùn)機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文基于PLC的貨物搬運(yùn)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考生姓名： 準(zhǔn)考證號(hào)： 專業(yè)層次： 本 科 院 （系）：機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院指導(dǎo)教師： 職 稱： 講 師 重慶科技學(xué)院二O一四年九月一日高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文基于PLC的貨物搬運(yùn)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考生姓名： 準(zhǔn)考證號(hào)： 3 專業(yè)層次： 本 科 指導(dǎo)教師： 院 （系）：機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院重慶科技學(xué)院二O一四年九月一日摘 要PLC應(yīng)用技術(shù)具有多變性、綜合性、典型性、實(shí)踐性和運(yùn)用性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的順序控制、閉環(huán)控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理及復(fù)雜的分布式控制系統(tǒng)、工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)等，因此在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景。它較好地解決了

2、工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。機(jī)械手在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因此被廣泛應(yīng)用。機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。物料工件傳送機(jī)械手，采用PLC控制，是一種按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行工件工件傳送加工的自動(dòng)化裝置。本文在縱觀了近年來機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械手方面的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械手技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了用PLC控制的設(shè)計(jì)方案。采用整體化的設(shè)計(jì)思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點(diǎn)并進(jìn)行

3、互補(bǔ)優(yōu)化。對(duì)物料分揀機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。在其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)中選擇PLC的控制單元來完成系統(tǒng)功能的初始化、機(jī)械手的移動(dòng)、故障報(bào)警等功能。最后提出了一種簡單、易于實(shí)現(xiàn)、理論意義明確的控制策略。關(guān)鍵詞：物料搬運(yùn)，可編程控制器（PLC），自動(dòng)化，限位開關(guān)Boiler temperature control system design based on PLCABSTRACTVariability, integrated application technology, typical, practice and application cha

4、racteristics, widely used in traditional sequential control and closed-loop control, motion control, data processing, and complex networks of distributed control systems, factory automation and therefore has a wide range of applications in industrial production. General interest to the it industry c

5、an be solved with reliable, secure, flexible, convenient, economical, and so on.Robots play an important role in the field of advanced manufacturing. It can transport goods, sorting objects, instead of people's hard work. Mechanization and automation of production can be achieved, able to operat

6、e in hazardous circumstances to protect the personal safety, so it is widely used. Manipulator in the space grasp objects, movement is flexible, applicable to transform production of medium and small volume production automation, widely used in flexible automatic lines. Artifacts of material transfe

7、r robot, controlled by PLC, is a pre-determined program of automated processing workpiece workpiece transfer device. This paper throughout the recent development of manipulator based on combining robot design, system analysis of the robot technology, presented by PLC control design. Idea of a holist

8、ic, fully consider the characteristics of software and hardware and to optimize their complementarity. On sorting manipulator's overall structure, implementation structures, drive systems and control system analysis and design. It adopts pneumatic drive system drive, select the PLC control syste

9、m of the control unit to complete the initialization of the system function, robotic moves, fault alarm function. Concludes with a simple, easy to implement, a clear theory of control strategies.Keywords: Material handling，Programmable logic controller (PLC)，automatization，limit switch目 錄摘 要IABSTRAC

10、TII1 緒論11.1課題背景及研究目的和意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案32.1 系統(tǒng)總體思路32.2搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作過程32.3工件傳送機(jī)械手的設(shè)計(jì)分析33 搬運(yùn)機(jī)械手的硬件設(shè)計(jì)53.1 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)53.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析53.3 機(jī)械手的控制要求63.4 控制面板及動(dòng)作說明73.5執(zhí)行機(jī)構(gòu)I/O分配73.6 PLC的I/O分配84 搬運(yùn)機(jī)械手的軟件設(shè)計(jì)104.1 程序的總體結(jié)構(gòu)104.2 各部分程序的設(shè)計(jì)104.3 PLC控制程序指令155 系統(tǒng)的調(diào)試分析2051 PLC常用語言設(shè)計(jì)簡介2052 調(diào)試準(zhǔn)備工作216 工件搬運(yùn)機(jī)械手的優(yōu)缺點(diǎn)分析2361 工件搬運(yùn)機(jī)械

11、手的優(yōu)點(diǎn)2362 工件搬運(yùn)機(jī)械手的缺點(diǎn)237 結(jié)論24致 謝25參考文獻(xiàn)26論文原創(chuàng)性聲明271 緒論1.1課題背景及研究目的和意義隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展，PLC的運(yùn)用越來越廣，工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運(yùn), 可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，機(jī)械手的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。工業(yè)現(xiàn)場的很多高溫、高壓、易燃、易爆、有反射性、有毒性污染物等高危及重體力勞動(dòng)場

12、合必將由機(jī)器人所代替。在一些動(dòng)作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此怎樣使機(jī)械手精確、高效、環(huán)保運(yùn)行，成為科研人員研究的重點(diǎn)。由于機(jī)械手能從事人無法從事的工作和代替工人進(jìn)行重復(fù)性工作，因此機(jī)械手對(duì)人生安全的保障和現(xiàn)代化生產(chǎn)都有著重要的意義。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此，國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在

13、應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高精度，減少?zèng)_擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機(jī)械手，并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。在國外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床

14、、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時(shí)，即能更正，并自行檢測，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。工作時(shí)，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后傳送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺功

15、能即在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高?，F(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。對(duì)于搬運(yùn)物體類的機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾放并且能搬運(yùn)物件，這就要求具有較高的精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是：充分分析

16、作業(yè)對(duì)象和環(huán)境，明確工作的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求，盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)計(jì)制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用拾取軸類零件的機(jī)械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，它可以用于操作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案2.1 系統(tǒng)總體思路本文通過紅外線傳感器檢測有無工件產(chǎn)生電信號(hào)，傳送給FX2N-64MRPLC,由PLC主控系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算和處理，再由調(diào)控器根據(jù)控制信號(hào)輸出控制控制信號(hào)來

17、對(duì)物工件進(jìn)行控制搬運(yùn)，由此傳感器檢測工件有無元件，從而產(chǎn)生了一個(gè)閉環(huán)回路控制，因此達(dá)到持續(xù)工作目的。通過啟動(dòng)和停止產(chǎn)生的開關(guān)量數(shù)字信號(hào)來控制系統(tǒng)的起停，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制的功能。運(yùn)用PLC梯形圖、匯編語言進(jìn)行編程。2.2搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作過程 本機(jī)械手用于生產(chǎn)線上工件的自動(dòng)搬運(yùn)，根據(jù)對(duì)機(jī)械手的工藝過程及控制要求分析，機(jī)械手的動(dòng)作過程如圖31所示：圖2-1機(jī)械手的動(dòng)作過程2.3工件傳送機(jī)械手的設(shè)計(jì)分析（1）根據(jù)控制系統(tǒng)要求的分析，先畫出順序圖。（2）系統(tǒng)中會(huì)多次用到同一個(gè)限位開關(guān)產(chǎn)生不同的動(dòng)作，所以我們要運(yùn)用輔助繼電器。例如第一次撞到SQ2時(shí)機(jī)械手停止伸長而下旋，第二次撞到SQ2時(shí)機(jī)械手停止縮短而上旋，

18、此時(shí)我們就要加用輔助繼電器使兩次隔開。（3）我們要考慮到不同的按鈕按控制同一個(gè)輸出時(shí)梯行圖上只能有一個(gè)輸出點(diǎn)。（4）按照以上思路我們就能設(shè)計(jì)出整個(gè)機(jī)械手系統(tǒng)。如果通過基本邏輯指令編寫梯形圖比較復(fù)雜,我們可以通過先畫出它的流程圖,搞清基本的流程,然后再劃梯形圖就簡單多了.本題的關(guān)鍵點(diǎn)是機(jī)械手上升同樣是撞SQ1但一個(gè)是左旋一個(gè)右旋，我們可以通過輔助繼電器來解決?？刂屏鞒虉D如圖2-2所示：圖2-2 控制流程分析3 搬運(yùn)機(jī)械手的硬件設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示是一臺(tái)工件傳送的氣動(dòng)自動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作示意圖，其作用是將工件從傳動(dòng)帶上傳送到傳動(dòng)帶上。氣動(dòng)機(jī)械手的左右移動(dòng)分別由兩個(gè)具有雙線圈的兩位電磁

19、閥驅(qū)動(dòng)氣缸來完成，其中伸長與縮短對(duì)應(yīng)電磁閥的線圈分別為SQ2與SQ3。一旦電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的動(dòng)作，直到相對(duì)的另一線圈通電為止。氣動(dòng)機(jī)械手的夾緊、松開的動(dòng)作由只有一個(gè)線圈的兩位電磁閥驅(qū)動(dòng)的氣缸完成，線圈SQ斷電夾住工件，線圈SQ通電松開工件，以防止停電時(shí)的工件跌落。夾持裝置不帶限位開關(guān)，它是通過一定的延時(shí)來表示其夾持動(dòng)作的完成。機(jī)械手在最上邊、最下邊且除松開的電磁閥SQ通電外其他線圈全部斷電的狀態(tài)為機(jī)械手的原位。圖3-1 機(jī)械手示意圖3.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析初始狀態(tài)：機(jī)械手處于原位狀態(tài)，即伸長極限SQ2。按下啟動(dòng)按鈕，傳送帶A開始運(yùn)行，傳感器檢測有工件同時(shí)機(jī)械手從下極限開始上升，機(jī)

20、械手上升至上升極限位，SQ10動(dòng)作上升結(jié)束，同時(shí)機(jī)械手開始縮短伸長。機(jī)械手伸長至伸長極限位，SQ2動(dòng)作，伸長動(dòng)作結(jié)束，同時(shí)機(jī)械手開始下旋動(dòng)作。機(jī)械手旋轉(zhuǎn)至下限位，SQ4動(dòng)作，下旋動(dòng)作結(jié)束，同時(shí)機(jī)械手開始夾緊動(dòng)作。機(jī)械手機(jī)械手夾緊，SQ5動(dòng)作，夾緊動(dòng)作結(jié)束，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)同時(shí)傳送帶A開始起動(dòng)。機(jī)械手逆旋至極限位，SQ7動(dòng)作，逆旋結(jié)束，機(jī)械手放松動(dòng)作。傳送帶A將工件送入光電開關(guān)檢測區(qū)，SQ1動(dòng)作，傳送帶A停止運(yùn)行，同時(shí)機(jī)械手開始順時(shí)動(dòng)作。機(jī)械手順時(shí)至極限位，SQ8動(dòng)作，順時(shí)動(dòng)作完成，機(jī)械手再次夾緊動(dòng)作以此循環(huán)。以上是機(jī)械手傳送工件的一次完整的工作流程，系統(tǒng)中傳送帶B隨機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)而工作，即按下啟動(dòng)

21、按鈕就開始運(yùn)行，按下停止按鈕結(jié)束動(dòng)作。機(jī)械手運(yùn)行期間，若按下停止按鈕，系統(tǒng)需等整個(gè)循環(huán)結(jié)束進(jìn)入下一次循環(huán)才停止。3.3 機(jī)械手的控制要求為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：單步、單周期、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。手動(dòng)操作：供維修用，即用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，按下上升/下降按鈕，機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其它動(dòng)作以此類推?；卦唬寒?dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí)，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點(diǎn)位置。單步運(yùn)行：

22、供試用，即沒按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。單周期運(yùn)行：供首次檢驗(yàn)用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)周期后停止在原點(diǎn)位置連續(xù)運(yùn)行：正常使用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)并按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動(dòng)作。該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放置自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開關(guān)放置于“手從操作”位置。3.4 控制面板及動(dòng)作說明機(jī)械手的操作面板分布情況如圖3-2所示，機(jī)械手具有手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)和復(fù)位五種工作方式，用開關(guān)SA進(jìn)行選擇。手動(dòng)工作方

23、式時(shí)，用各操作按鈕（SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8、SB13、SB14、SB15）來點(diǎn)動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的各動(dòng)作；單步工作方式時(shí)，每按一次啟動(dòng)按鈕（SB10），向前執(zhí)行一步動(dòng)作；單周期工作方式時(shí)，機(jī)械手在原位，按下啟動(dòng)按鈕（SB10），自動(dòng)地執(zhí)行一個(gè)工作周期的動(dòng)作，最后返回原位（如果在動(dòng)作過程中按下停止按鈕SB11，機(jī)械手停在該工序上，再按下啟動(dòng)按鈕SB10，則又從工序繼續(xù)工作，最后停在原位）；連續(xù)工作方式時(shí)，機(jī)械手在原位，按下啟動(dòng)按鈕（SB10），機(jī)械手就連續(xù)重復(fù)進(jìn)行工作（如果按下停止按鈕SB11，機(jī)械手運(yùn)行到原位后停止）；返回原位工作方式時(shí)，按下復(fù)位按鈕SB12，機(jī)械手自動(dòng)回到原位

24、狀態(tài)。圖3-2 機(jī)械手操作面板示意圖3.5執(zhí)行機(jī)構(gòu)I/O分配表3-3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)I/O分配表元件輸入作用元件輸出作用SAX0手動(dòng)YV1Y0傳動(dòng)帶AX1回原位YV2Y1傳動(dòng)帶BX2單步Y(jié)V3Y2伸長X3單周期YV4Y3縮短X4連續(xù)YV5Y4下旋SB10X5啟動(dòng)YV6Y5上旋SB11X6停止YV7Y6松緊SB12X7復(fù)位YV8Y7逆旋SQ1X10工件檢測YV9Y8順旋SQ2X11伸長極限SQ3X12縮短極限SQ4X13下旋極限SQ5X14松緊極限SQ6X15上旋極限SQ7X16逆旋極限SQ8X17順時(shí)極限SB3X18下旋SB4X19伸長SB5X20夾緊SB6X21縮短SB7X22逆旋SB8X23順旋

25、SB9X24松開SB13X25上旋SB14X26上升SB15X27下降SQ9X28上升極限SQ10X29下降極限3.6 PLC的I/O分配 如圖3-4所示為機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC的I/O接線圖，選用FX2N-64MR的PLC，系統(tǒng)共有26個(gè)輸入設(shè)備和9個(gè)輸出設(shè)備分別占用PLC的26個(gè)輸入和9個(gè)輸出點(diǎn)。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時(shí)），能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM。在PLC開始運(yùn)行時(shí)按下“電源”按鈕SB1，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點(diǎn)接通，給輸出設(shè)備提供電源；出現(xiàn)緊急情況時(shí)，按下“急?！卑才B2，KM觸點(diǎn)斷開電源。圖3-4 機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC的I/O接線

26、圖4 搬運(yùn)機(jī)械手的軟件設(shè)計(jì)4.1 程序的總體結(jié)構(gòu)圖4-1所示為機(jī)械手系統(tǒng)的PLC梯形圖總體結(jié)構(gòu)，將程序分為公用程序、自動(dòng)程序、手動(dòng)程序和復(fù)位程序四個(gè)部分，其中自動(dòng)程序包括單步、單周期和連續(xù)工作的程序，這是因?yàn)樗鼈兊墓ぷ鞫际前凑胀瑯拥捻樞蜻M(jìn)行，所以將它們合在一起編程更加簡單。梯形圖中使用跳轉(zhuǎn)指令使得自動(dòng)程序、手動(dòng)程序和復(fù)位程序不會(huì)同時(shí)執(zhí)行。假設(shè)選擇“手動(dòng)”方式，則X0為ON、X1為OFF,此時(shí)PLC執(zhí)行完通用程序后，將跳過自動(dòng)程序到P0處，由于X0常閉觸點(diǎn)為斷開，故執(zhí)行“手動(dòng)程序”，執(zhí)行到P1處，由于X1常閉觸點(diǎn)為閉合，所以又跳過回原位程序到P2處；假設(shè)選擇“復(fù)位”方式，則X0為OFF、X1為O

27、N，跳過自動(dòng)程序和手動(dòng)程序執(zhí)行復(fù)位程序；假設(shè)選擇“單步”或“單周期”或“連續(xù)”方式，則X0、X1均為OFF，此時(shí)執(zhí)行完自動(dòng)程序后，跳過手動(dòng)程序和復(fù)位程序。圖4-1 機(jī)械手系統(tǒng)PLC梯形圖的總體結(jié)構(gòu)4.2 各部分程序的設(shè)計(jì)（1）通用程序。通用程序如圖4-2所示，縮短限位開關(guān)X12、下降極限位開關(guān)X29、順旋極限位開關(guān)X17、上旋限位開關(guān)X15的常閉觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開的Y7的常開觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時(shí)，輔助繼電器M0變?yōu)镺N，表示機(jī)械手在原位。通用程序用于自動(dòng)程序和手動(dòng)程序相互切換的處理，當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，必須將除初始步以外的各步對(duì)應(yīng)的輔助繼電器（M11M24）復(fù)位，同時(shí)將表示連續(xù)工行狀態(tài)

28、的M1復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后又返回自動(dòng)工作方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)又兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況，引起錯(cuò)誤的動(dòng)作。當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài)（M0為ON）,在開始執(zhí)行用戶程序（M8002為ON）、系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)或回原點(diǎn)狀態(tài)（X0或X1為ON）時(shí)，初始步對(duì)應(yīng)的M10將被置位，為進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式作好準(zhǔn)備，如果此時(shí)M0為OFF狀態(tài)，M10將被復(fù)位，初始步為不活動(dòng)步，系統(tǒng)不能在單步、單周期和連續(xù)工作方式下工作。圖4-2 通用程序（2）手動(dòng)程序。手動(dòng)程序如圖4-3所示，手動(dòng)工作是用X18-X27對(duì)應(yīng)的10個(gè)按鈕控制機(jī)械手的伸長、縮短、上升、下降、下旋、上旋、夾緊、松開、逆

29、旋和順旋。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在手動(dòng)程序中設(shè)置了一些必要的連鎖，例如伸長與縮短之間、下旋與上旋、逆旋和順旋之間的互鎖；伸長、縮短、下旋、上旋、逆旋、順旋的限位；伸長限位開關(guān)X11的常開觸點(diǎn)與控制下旋、上旋的Y4和Y5的線圈串聯(lián)，使得機(jī)械手伸到最左邊位置才能上下旋轉(zhuǎn)，以防止機(jī)械手在右邊位置運(yùn)行時(shí)與別的物體碰撞。圖4-3 手動(dòng)程序（3）復(fù)位程序。圖4-4所示為機(jī)械手復(fù)位程序的梯形圖。在復(fù)位工作方式（X1為ON），按下復(fù)位啟動(dòng)按鈕X7，M3變?yōu)镺N，機(jī)械手松開和順旋，旋到順旋限位開關(guān)X17為ON時(shí)，機(jī)械手上旋，到上旋限位處時(shí)，X15為ON，上旋停止并下降，下降到限位開關(guān)X29時(shí)，機(jī)械手下降停止將

30、M3復(fù)位。這時(shí)原點(diǎn)條件滿足，M0為ON，在公用程序中，初始步M0被置位，為進(jìn)入單周期、連續(xù)和單步工作方式做好了準(zhǔn)備。圖4-4 回原位程序（4）自動(dòng)程序。圖4-5所示為機(jī)械手系統(tǒng)自動(dòng)程序的功能表圖。使得通用指令的編程方式設(shè)計(jì)出的自動(dòng)程序如圖3-6所示。圖4-5 自動(dòng)程序的功能表圖 圖4-6 自動(dòng)程序4.3 PLC控制程序指令步序 指令 數(shù)據(jù)01 LD X502 AND X403 OR M104 ANI X605 OUT M106 LD X507 ORI X208 OUT M209 LD M2310 ANI M111 AND X1212 AND M213 OR M1014 ANI M1115 OU

31、T M1016 LD M2317 AND M118 AND X1219 LD M1020 AND X521 ORB22 AND M223 OR M1124 ANI M1225 OUT M1126 LD M1127 AND X1028 AND M229 OR M1230 ANI M1331 OUT M1232 LD M1233 AND X2634 AND M235 OR M1336 ANI M1437 OUT M1338 LD M1339 AND X1140 AND M241 OR M1442 ANI M1543 OUT M1444 LD M1445 AND X1346 AND M247 OR

32、M1548 ANI M1649 OUT M1550 LD M1551 AND X2752 AND M253 OR M1654 ANI M1755 OUT M1656 LD M1657 AND X1458 AND M259 OR M1760 ANI M1861 OUT M1762 LD M1763 AND X2664 AND M265 OR M1866 ANI M1967 OUT M1868 LD M1869 AND X1670 AND M271 OR M1972 ANI M2073 OUT M1974 LD M1975 AND X2776 AND M277 OR M2078 ANI M2179

33、 OUT M2080 LD M2081 AND X1082 AND M283 AND T084 OR M2185 ANI M2286 OUT M2187 LD M2188 AND X2689 AND M290 OR M2291 ANI M2392 OUT M2293 LD M2294 AND X1295 AND M296 OR M2397 ANI M1098 ANI M1199 OUT M23100 LD M11101 OR M18102 ANI X10103 OUT Y0104 LD M11105 OUT Y1106 LD M12107 ANI X11108 OUT Y2109 LD M22

34、110 ANI X12111 OUT Y3112 LD M14113 ANI X13114 OUT Y4115 LD M20116 ANI X14117 OUT Y6118 TO K20119 LD M18120 ANI X16121 OUT Y7122 LD M23123 ANI X17124 OUT Y8125 LD M21126 ANI X15127 OUT Y9128 END5 系統(tǒng)的調(diào)試分析51 PLC常用語言設(shè)計(jì)簡介梯形圖編程中，用到以下四個(gè)基本概念：1軟繼電器PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器

35、，而是一些存儲(chǔ)單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲(chǔ)器中映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。該存儲(chǔ)單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲(chǔ)單元為“0”狀態(tài)，對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。2能流如圖5-1所示觸點(diǎn)1、2接通時(shí)，有一個(gè)假想的“概念電流”或“能流”(Power Flow)從左向右流動(dòng)，這一方向與執(zhí)行用戶程序時(shí)的邏輯運(yùn)算的順序是一致的。能流只能從左向右流動(dòng)。利用能流這一概念，可以幫助我

36、們更好地理解和分析梯形圖。圖5-1a中可能有兩個(gè)方向的能流流過觸點(diǎn)5（經(jīng)過觸點(diǎn)1、5、4或經(jīng)過觸點(diǎn)3、5、2），這不符合能流只能從左向右流動(dòng)的原則，因此應(yīng)改為如圖5-1b所示的梯形圖。                              5-1 a）錯(cuò)誤的梯形圖  

37、0;    b）正確的梯形圖3母線梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線(Bus bar)，。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線（左母線和右母線）之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動(dòng)。右母線可以不畫出。4梯形圖的邏輯解算根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來進(jìn)行的。52 調(diào)試準(zhǔn)

38、備工作PLC程序的調(diào)試可以分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試兩個(gè)調(diào)試過程，在此之前首先對(duì)PLC外部接線作仔細(xì)檢查，這一個(gè)環(huán)節(jié)很重要。外部接線一定要準(zhǔn)確無誤。也可以用事先編寫好的試驗(yàn)程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查來查找接線故障。不過，為了安全考慮，最好將主電路斷開。當(dāng)確認(rèn)接線無誤后再連接主電路，將模擬調(diào)試好的程序送入用戶存儲(chǔ)器進(jìn)行調(diào)試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致地完成整體的控制功能為止。程序模擬調(diào)試的基本思想是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。1）硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺(tái)PLC或一

39、些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場的信號(hào)，并將這些信號(hào)以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時(shí)效性較強(qiáng)。2）軟件模擬法是在PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場信號(hào)，其簡單易行，但時(shí)效性不易保證。模擬調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。運(yùn)行SWOPC-FXGP/WIN-C軟件后，將出現(xiàn)初始啟動(dòng)畫面，點(diǎn)擊初始啟動(dòng)界面菜單中“文件”菜單并在下拉菜單條中選取“新文件”菜單條，即出現(xiàn)圖5-1的PLC類型選擇對(duì)話框，選擇好機(jī)型，這里選擇FX2N,點(diǎn)擊確認(rèn)。 圖5-1PLC類型選擇確認(rèn)后,進(jìn)入程序編輯的主界面,如圖5-2所示。 圖5-2 程序編輯主界面程序編輯操作（采用梯形圖方式時(shí)的編

40、程操作圖略）6 工件搬運(yùn)機(jī)械手的優(yōu)缺點(diǎn)分析61 工件搬運(yùn)機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、工件傳送物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。應(yīng)用PLC控制機(jī)械手實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動(dòng)作，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。（1）從人體工程學(xué)來看工件傳送機(jī)械手特別設(shè)計(jì)的汽缸能夠保證負(fù)載平衡，并且沿著軌跡整體上下、左右運(yùn)動(dòng)。

41、（2）可靠其完全氣動(dòng)系統(tǒng)可以確保產(chǎn)品的長期可靠性和只需非常簡單的維護(hù)。（3）安全配備安全裝備，保持負(fù)載的夾持，甚至在斷電的情況下。（4）多才多藝它可配備無數(shù)類型夾具：機(jī)械或真空，標(biāo)準(zhǔn)或定制。（5）方便本機(jī)械手控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作可靠，使用方便。62 工件搬運(yùn)機(jī)械手的缺點(diǎn)機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱。7 結(jié)論本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于機(jī)加工生產(chǎn)，貨物調(diào)運(yùn)等場合。搬運(yùn)機(jī)械手采用PLC控制，體積小，重量輕，控制方式靈活，可靠性高，操作簡單，維修容易。使用該機(jī)械手代替人工搬運(yùn)工件，既安全，又準(zhǔn)確，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了工件的質(zhì)量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?？删幊炭刂破鱌LC以其豐富的I/O接口模塊、高可靠性,可以在機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起到了十分重要的作用。本文就設(shè)計(jì)過程中的幾項(xiàng)關(guān)鍵的問題提出了自己的一些看法,可以有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力,對(duì)PLC讀、寫,事件響應(yīng)等通信時(shí)間可進(jìn)行精確的控