基于plc的電梯變頻調(diào)速

1、基于PLC的電梯變頻調(diào)速系統(tǒng)設計摘要本文研究的主要內(nèi)容是通過RSLogix5000編程下載到PLC,實現(xiàn)由PLC控制TestStand繪制的3D仿真機械手裝配系統(tǒng)。以實驗設備中自動化生產(chǎn)線的機械手工作站為對象,分析了四自由度機械手工作過程,通過TestStand軟件制作出實驗室自動化生產(chǎn)線設備的產(chǎn)品自動識別單元、機械手自動裝配單元、成品自動存儲單元的3D仿真模型。在RSLogix5000中建兩個Taskes分別編寫機械手模型的底層控制程序和動作仿真程序,通過RSLinxClassic，實現(xiàn)RSLogix5000和TestStand軟件之間的通信，通過PLC控制實現(xiàn)仿真機械手能在其回轉(zhuǎn)半徑空間內(nèi)

2、實現(xiàn)對物件的抓取、放置。使學生更好的了解生產(chǎn)線上機械手臂的運作，有效的提高學生PLC程序設計和編寫的能力，具有一定的使用價值，有很好的實踐教學效果。關鍵詞：Handassemblysystem3DsimulationmachinebasedonRSLogixAbstractThemaincontentofthispaperistodownloadviaRSLogix5000programmingtorealizePLC,handassemblysystem3DsimulationofmechanicalTestStanddrawingbyPLCcontrol.Themechanicalhand

3、automationequipmentintheproductionlineforthestationastheobject,analysisoffourdegreeoffreedommanipulatorworkingprocess,throughtheTestStandsoftwareproducedinlaboratoryautomationproductionlineequipmentproductsautomaticrecognitionunit,therobotassemblysimulationmodelof3Dunit,theautomaticstorageunit.InRSL

4、ogix5000buildtwoTaskesrespectivelypreparedmanipulatormodelcontrolproceduresandactionsimulationprogrambyRSLinxbottom,Classic,realizethecommunicationbetweenRSLogix5000andTestStandsoftware,throughthePLCcontroltorealizethesimulationmanipulatorcanrealizetheobjectgrasp,placedintheradiusofgyrationofspace.E

5、nablestudentstobetterunderstandthemechanicalarmproductionlineoperation,increasethestudentsPLCprogrammingeffectivelyandwritingability,hascertainusevalue,practiceteachingeffectisverygood.Keywords:ManipulatorSimulationSortingassembly目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 1緒論5 HYPERLINK l bookmark2 1.1課題

6、來源及背景5 HYPERLINK l bookmark4 1.2國內(nèi)外發(fā)展狀況51.3本文的主要工作52基于RSLogix的3D仿真機械手裝配系統(tǒng)的組成82.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖82.2實驗室機械手自動裝配存儲系的組成92.2.1實際生產(chǎn)線和仿真生產(chǎn)線92.2.2四自由度機械手9 HYPERLINK l bookmark20 2.2.3成品自動存儲單元10 HYPERLINK l bookmark22 2.2.4產(chǎn)品自動識別單元103軟件開發(fā)環(huán)境11 HYPERLINK l bookmark40 3.1系統(tǒng)軟件總流程圖12 HYPERLINK l bookmark42 3.2軟件介紹12 HYP

7、ERLINK l bookmark44 RSLinx使用介紹12 HYPERLINK l bookmark54 RSLogix5000使用介紹13 HYPERLINK l bookmark60 TestStand使用介紹144基于RSLogix的3D仿真機械手裝配系統(tǒng)的實現(xiàn).17 HYPERLINK l bookmark88 實驗過程17 HYPERLINK l bookmark90 程序設計17 HYPERLINK l bookmark92 4.2.1梯形圖程序編寫17 HYPERLINK l bookmark94 4.2.2機械手運動底層控制程序174.2.3機械手動作控制仿真程序18 H

8、YPERLINK l bookmark96 4.2.4傳感器仿真19 HYPERLINK l bookmark98 4.2.5成品輸送模塊仿真20 HYPERLINK l bookmark100 4.2.6程序框架與內(nèi)部標簽20 HYPERLINK l bookmark104 4.2.7RSLogix5000和TestStand中標簽連接24 HYPERLINK l bookmark106 4.3梯形圖程序調(diào)試25 HYPERLINK l bookmark108 4.4結(jié)果及分析25 HYPERLINK l bookmark110 4.4.1結(jié)果25 HYPERLINK l bookmark1

9、12 4.4.2分析26 HYPERLINK l bookmark114 5總結(jié)27致謝28參考文獻29附錄30 HYPERLINK l bookmark118 機械手臂動作仿真程序30 HYPERLINK l bookmark120 機械手臂底層控制程序36河北大學工商學院2014屆本科生畢業(yè)論文（設計） 1緒論課題來源及背景電梯是高層賓館、商店、住宅、多層廠房和倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性提出了更高的要求。電梯控制技術得到了快速發(fā)展，變頻調(diào)速控制技術和PLC技術廣泛的應用于電梯的控制

10、中。變頻調(diào)速系統(tǒng)的設計關乎電梯運行的安全性、可靠性，是電梯群控系統(tǒng)的至關重要的設計部分，良好的調(diào)速系統(tǒng)設計在能夠保證乘客的安全和舒適的同時，也可以節(jié)約大量能源，達到節(jié)能環(huán)保的目的1。國內(nèi)外發(fā)展狀況在80年代末90年代初以及中期，我國變頻調(diào)速技術主要依賴于國外產(chǎn)品進口。我國變頻調(diào)速技術的發(fā)展是從90年代開始由從無到有發(fā)展至21世紀初期的研發(fā)創(chuàng)新，生產(chǎn)樣機再到有一定規(guī)模的生產(chǎn)，而目前我國變頻調(diào)速技術已經(jīng)初具規(guī)模。主要集中于廣東深圳周邊，且主要集中為低壓變頻調(diào)速技術，但在我國變頻調(diào)速技術占主導地位的多為國外跨國企業(yè)，不僅是低壓變頻，在高壓變頻方面也是跨國集團占主導地位。我國正處于發(fā)展階段，許多產(chǎn)品的

11、科研開發(fā)能力仍落后于發(fā)達國家。在大功率交-交、無換向電機等變頻技術方面，國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化及系統(tǒng)可靠性方面與國外還有相當差距。在中小功率變頻技術方面，國內(nèi)幾乎所有的產(chǎn)品都是普通的V/F控制，僅有少量的樣機采用矢量控制，品種與質(zhì)量還不能滿足市場需求，每年大量進口，變頻器的整體技術落后2。交流變頻調(diào)速技術在工業(yè)發(fā)達國已得到廣泛應用。國外變頻技術發(fā)展從80年代已經(jīng)開始，尤其以歐洲、美國、日本發(fā)展較早，并且已經(jīng)具有相當大的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，在大功率交-交變頻調(diào)速技術方面,法國阿爾斯通已能提供單機容量達3萬千瓦的電氣傳動設備。國外變頻調(diào)速產(chǎn)品的技術標準比較完備，與之相關的配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)

12、已經(jīng)基本發(fā)展成熟；創(chuàng)新技術、新工藝層出不窮，并且被大量和快速地應用于產(chǎn)品中。常用變頻調(diào)速控制方式時間原則速度控制方式電梯采用時間原則的速度控制方式時，電梯的位置檢測裝置為雙隱態(tài)磁開關。此種方式是一種多段速的控制方式，根據(jù)電梯在不同運行階段所需要的時間，由變頻器的多段速指令給定對應的電梯運行的速度值，它是依據(jù)理想運行曲線給定的。該運行方式的缺點是運行效率低，平層精度不高，舒適性差。而且電梯調(diào)試人員要做大量的工作才能找到適當?shù)目刂泣c位置。相對距離原則速度控制方式以相對距離為原則的速度控制方式結(jié)構(gòu)原理電梯采用相對距離原則的控制方式時，電梯的位置檢測裝置為旋轉(zhuǎn)編碼器。旋轉(zhuǎn)增量式編碼器實際上是一個脈沖發(fā)

13、生裝置，它將位移換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。以相對距離為原則的控制方式主要是基于增量編碼器的應用，此控制方式的電梯理想曲線是按照時間原則設計的，電梯啟動后，在每個時間點的轎廂速度值都會對應一個轎廂運行的位移值，因此電梯運行的速度值與位移值是一一對應的，而增量編碼器在此控制方式中將曳引機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為光電脈沖信號傳遞給變頻器，間接獲得轎廂實時位置值，所以可以按照相對距離為原則對電梯運行速度進行較精確地控制。理論上這種速度控制方式能消除以時間為原則的速度控制方式的爬行?？繂栴}，但在實際應用中，此種控制方式還存在很多缺陷：曳引輪槽與鋼絲繩之間存在不可避

14、免的打滑現(xiàn)象導致電梯主控器脈沖記數(shù)數(shù)值不準；電網(wǎng)斷相、錯相或停電時，控制器也會丟失轎廂的當前位置；此外還由于干擾的才能在，增量編碼器的失脈沖也可使電梯丟失自身的正確位置。由于這些缺陷致使電梯主控制器失去轎廂當前的準確位置。當進入減速運行時，電梯主控器還需要通過井道磁開關不斷校正電梯轎廂的位置，所以它在實際運用中也存在著爬行現(xiàn)象。1.3.3絕對距離原則速度控制方式電梯采用絕對距離原則的速度控制方式時，電梯的位置檢測裝置為絕對值編碼器。絕對值編碼器可有若干個編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。在這種速度控制方式中，絕對值編碼器可實時測得轎廂在井道中的實時絕對位置，直接反饋給電梯主控制器。電梯

15、主控制器根據(jù)接收到的實時位置值，計算電梯要運行的目標距離，然后發(fā)送給速度控制模塊，速度控制模塊計算出運行此距離的速度曲線，再將其速度指令發(fā)送給變頻器，控制電梯運行。采用絕對距離原則速度控制方式客服了鋼絲繩打滑、停電等導致丟失電梯絕對位置的問題，但是其控制方式實現(xiàn)筆記哦復雜。1.3.4目標距離原則速度控制方式電梯采用目標距離原則的速度控制方式時，電梯的位置檢測裝置為絕對值編碼器。目標距離是指電梯在運行中，絕對值編碼器連續(xù)實時測得的轎廂實際位置至電梯欲平層位置之間的距離。基于目標距離的電梯速度控制方式吸取了絕對距離方式的優(yōu)點，采用絕對值編碼器來檢測電梯的絕對位置，旋轉(zhuǎn)編碼器來反饋電機的速度。目標距

16、離的控制方式時對電梯的不同運行階段分別別采用不同的方式進行速度控制。對電梯運行的加速段、勻速段采用時間原則來給定速度值指令，而對減速段則采用目標距離來給定速度值指令，并采用絕對值編碼器來反饋電梯的實時位置值，用旋轉(zhuǎn)增量編碼器來反饋曳引機的轉(zhuǎn)速值，達到電梯速度控制的雙閉環(huán)控制，并且采用設置“拐點”的方式來達到“截車”的目的。它具有更高的穩(wěn)定性、安全性和舒適性，使得電梯具有更高的運行速度和運行效率。在電梯平層時，系統(tǒng)根據(jù)電梯的實時位置值計算出目標距離，在足夠短的距離內(nèi)給出減速信號，并給出相應的速度，達到減速電到平層位置速度的平滑過渡。于此同時，旋轉(zhuǎn)編碼器又把電梯速度反饋給變頻器，以便系統(tǒng)根據(jù)電梯的

17、實時速度來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給出速度，提高電梯速度控制的實時性，同時提高電梯的運行效率和舒適感。本文主要內(nèi)容本論文研究的主要內(nèi)容包括：概述了國內(nèi)外電梯速度控制技術的研究現(xiàn)狀，研究了電梯速度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，分析比較了當前常用的電梯運行速度曲線，選擇正弦-直線形曲線作為本次設計的電梯運行理想速度給定曲線，設計了電梯運行速度優(yōu)化控制算法，完成了電梯運行速度優(yōu)化控制模塊的軟硬件設計，同時在實驗室搭建仿真實驗平臺進行速度控制實驗，通過不斷地修改和調(diào)試，完善系統(tǒng)的軟硬件設計。本論文章節(jié)安排：第1章主要概述了國內(nèi)外電梯速度控制技術的研究現(xiàn)狀，闡明了本課題研究的目的和意義，最后給出了本論文研究的主要內(nèi)容及章節(jié)安排

18、。第2章簡述了電梯的基本結(jié)構(gòu)，分析了電梯速度控制系統(tǒng)的組成，對電梯速度控制系統(tǒng)進行數(shù)學建模分析，最后研究了電梯運行速度曲線和平層控制技術。第3章簡要分析了系統(tǒng)的組成方案，詳細闡述了電梯運行速度曲線的設計，控制算法的設計與實現(xiàn)。第4章主要分析了電梯運行速度優(yōu)化控制模塊的結(jié)構(gòu)功能，然后詳細地分析了各個組成硬杵模塊的設計要點。第5章主要闡述了電梯運行速度優(yōu)化控制模塊的通訊協(xié)議、軟件設計及其實現(xiàn)流程,最后分析了軟件的可靠性設計。第6章介紹了電梯運行速度優(yōu)化控制系統(tǒng)的實驗平臺，根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)繪制電梯運行速度曲線，并對結(jié)果進行了相應的分析和比較。第7章總結(jié)了筆者在該論文中所做的主要工作，展望了以后本課

19、題還待改進和完善的地方円第一章主要介紹課題來源、背景和意義第二章介紹了基于RSLogix的3D仿真機械手裝配系統(tǒng)的組成，包括系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)工作原理，以及實驗室機械手自動裝配存儲系統(tǒng)硬件的性能指標。第三章介紹了開發(fā)環(huán)境，即開發(fā)過程所使用的軟件，以及系統(tǒng)軟件總流程圖。第四章詳細闡述了基于RSLogix的3D仿真機械手裝配系統(tǒng)的實現(xiàn)。包括軟件流程圖、設置過程、開發(fā)過程，以及實驗結(jié)果和分析。第五章對全文和系統(tǒng)進行了總結(jié)，并對相關技術和行業(yè)發(fā)展進行了展望。2基于plc的電梯變頻調(diào)速控制系統(tǒng)分析2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖圖2-1電梯PLC控制系基本結(jié)構(gòu)圖電梯PLC的控制系和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要

20、由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。圖3.1為電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，主要硬件包括PLC主機及擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指示器、門機、調(diào)速裝置與拖動系統(tǒng)等。系統(tǒng)控制核心為PLC主機，操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護信號通過PLC輸入接口送入PLC，由PLC作出正確的控制決策，向拖動和門機系統(tǒng)發(fā)出控制信號，完成電梯門的開關動作系統(tǒng)可以完成的工作：電梯變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方式目標距離速度控制方式位置檢測裝置電梯采用相對距離原則的速度控制方式，電梯的位置檢測裝置為旋轉(zhuǎn)編碼器。2.2.2四自由度機械手在機械手裝配單元，機械手來實現(xiàn)配件的抓取放置，四自由度機械手可完成8個動作，分別是

21、：手臂降下、手指握攏、手臂升起、伸出、手臂縮回、手指張開、手臂向左旋轉(zhuǎn)、手臂向右旋轉(zhuǎn)。其中，過程依次用到手臂降下、手抓取、臂升起、手臂旋轉(zhuǎn)、手臂伸出、手臂下降、手放7個動作。機械手的歸位依次用到手臂升起、臂向右旋轉(zhuǎn)、臂縮回、指握攏4個動作。如圖所示，圖2-4實際機械手和圖2-5仿真機械手。圖2-4實際機械手圖2-5仿真機械手2.2.3成品自動存儲單元在成品存儲單元，主要完成的工作是當檢測到不同的配件，左右推桿動作，進行分類入庫。檢測到三角形配件，左邊推桿動作如左邊的庫，檢測到正方形配件，右推桿動作入右?guī)臁Ｈ鐖D所示，圖2-6實際分揀入庫單元和圖2-7仿真分揀入庫單元。圖2-6實際分揀入庫單元圖2

22、-7仿真分揀入庫單元產(chǎn)品自動識別單元在產(chǎn)品檢測單元，主要完成的工作是當槽從庫被推桿彈出，皮帶運送槽到達視覺傳感器下面，視覺傳感器就對槽進行拍照并進行圖像處理，判斷是方形還是三角形，處理后給機械手單元一個信號，使相應的配件出倉。如圖所示，圖2-8產(chǎn)品檢測單元和圖2-9產(chǎn)品檢測仿真單元。圖2-8產(chǎn)品檢測單元圖2-9產(chǎn)品檢測仿真單3軟件開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)軟件總流程圖軟件包括兩個個程序段：底層控制程序和仿真控制程序，仿真控制程序中包含產(chǎn)品檢測仿真程序、機械手裝配仿真程序、成品輸送仿真程序。系統(tǒng)軟件總流程圖如圖3-1所示。軟件運行后，依次執(zhí)行產(chǎn)品檢測仿真程序、機械手裝配仿真程序和成品輸送單仿真程序。產(chǎn)品檢測仿

23、真程序、機械手裝配仿真程序和成品輸送單仿真程序的依次運行由底層的控制程序控制。圖3-1系統(tǒng)軟件總流程軟件介紹在設計過程中，先后用到了RSLogix5000、TestStand以及RSLinx軟件。其中，RSLogix5000用于梯形圖的編寫和仿真下載，TestStand用于機械手3D仿真模型制作，RSLinx用于RSLogix5000軟件和TestStand軟件之間的連接和通信。RSLinx使用介紹在進行編程之前，先要配置一條RSlinx網(wǎng)絡，以便進行硬件組態(tài)。配置網(wǎng)絡的過程如下：第一步：選擇RSLinx軟件進行網(wǎng)絡配置。依次選擇“開始f程序fRockwellSoftwarefRSlinxfR

24、Slinx”打開軟件。第二步：打開軟件后，左鍵單擊第三個圖標霽，顯示圖3-2界面。在選擇框中選擇“EtherNet/IPDriver”網(wǎng)絡類型，并為配置的網(wǎng)絡命名，然后點擊“AddNew.”添加網(wǎng)絡。這樣，網(wǎng)絡便配置好了。圖3-2ConfigureDrivers對話第三步：查看配置好的網(wǎng)絡。在主界面中左鍵單擊圖標爲，會顯示出剛剛配置好的網(wǎng)絡中包含的一切設備，以及設備的相關信息。顯示圖3-3界面RSfho-11疋Autobrowse卜p話煮|Browsing-node4foundFileEditViewCommunicationsStat.ionDDE/OPCSecurityWindowHelp

25、囲胡同増團If星日團Workstation,LTCLUB+舊LircrGateways,Ethei-net由磊AB_ETHIP-1.Etherneta.:E:.E:.E.:.:E-:.E:.E.:+:,曰0QWorkstation,RSLinxServerBSLinxEnterprise-Desktop,RSLinxEnter01_.ISLogii:J-SLogixJELogiirJSLogiKJSLogixJSLogij：JSLogiKISLogii:50005000500050005000500050005000Emulator,.Ermilator,Emulator.Emulator,.

26、EmulatoF.,Emillatof.,Emulator”Emulator,.AAshcnibiEmiliatorRIB.42ErmilatorR16.42ErmilatorR16.42EmulatorE1E.ErmilatorR16.42ErmilatorR16.42/00RSL.X08Emula.X15Emula.X09Emula.X16Emula.fit02AA04shoubiX05Ermila._IIeWM|5$elh耳國2甩DOdo口ProjectModel-L3EquipmEnt*|OpConsole嚴ResourceCheckLiztwControllereImta.Scope

27、OpConEoleGroups口口固口由”廣FCFrogramEx：ajnfA.由YContinousFrocesEOpConsoleDevices巴)StateFeedbacl1空)E_StopLJJ)IndicaLamp巴)LEIIIIisplay-NewScene弋rhijiadi5110*彳uhumiLgsongdaicylirLder_6奄juhuangarLqiFeijianboxEl口PathsEL_|Attributes電box_l+口FmthmEClAttributesNewVa2=-NewVat1*0.0021+16+口NmthgEClAttributesY：anCaoFa

28、ngfCaodisuoF:mgFeiji：itl圖3-7流程圖繪制第六步：右擊需要添加標簽的模塊，選擇VariableControls，出現(xiàn)如圖3-8界面，然后完成標簽的添加。NewScene-買jzhijiafcjdisuochuangsongdaiMfcjcylinder_6怪jchu：iTi；irqiFeijianjJFathsEClAttributesboxfcjYanCaoFanglCaofcjdisuoMr2,FangFeiji：itlB-n帥卜MWA稻Peijiani-|SSOpConsoleEPaths白護Resom-ce.聲PathSelectorj陋吋ffewV：ailEl

29、Cl.Attributes：IbqNewVarlOk-Color“|?b3NewVarllsTransparency$弼血畑-IEk-ScaleX|?b3Newarl3瞻ScaleYIbqfewVarl4k-ScaleZ|?b3NewVarlSPositionXResouice:NewVar20IbqfewVarl&PositionYResource:NewVar141融qNewVai-17PositionZResouice:NewVar12IbqfewVarl8FlotationX“|?b3Newarl9RotationYResouice:NewVarl6l恤|MmwVarEFlotatio

30、nZi“融qNewVarZO1瞻PivotX$弼血畑-El:PivotYl“藺NewVarZZFivotZ弼Newar23|“融qNewVarZZillsResourcesandVariablesBehaviorsVParentMode圖3-8添加標簽第七步：運行程序，觀察運行效果。如果出現(xiàn)問題，馬上停止運行，從程序與設備兩方面查找問題所在，然后制定解決方案并調(diào)試。反復執(zhí)行后，待系統(tǒng)正確運行后保存程序，得到想要的模型運動動作，調(diào)試編程結(jié)束。4基于RSLogix的3D仿真機械手裝配系統(tǒng)的實現(xiàn)實驗過程熟悉硬件設備到系統(tǒng)調(diào)試完成，本次設計依次進行了實際機械手裝配系統(tǒng)分析，TestStandde3D仿

31、真制圖，RSLogix5000梯形圖程序編寫，梯形圖程序和3D仿真模型調(diào)試工作。實現(xiàn)PLC控制實現(xiàn)仿真機械手能在其回轉(zhuǎn)半徑空間內(nèi)實現(xiàn)對物件的抓取、放置，配件和槽組合好運動入庫，入庫時相應的左右推桿動作。程序設計本設計的軟件部分包括梯形圖和3D機械手仿真兩部分。梯形圖程序用RSLogix5000編寫。程序編寫分為兩部分：BackMain中的動作仿真程序和MainRoutine中的底層控制程序。3D機械手裝配系統(tǒng)仿真模型繪制在TestStand中進行設計。兩個軟件內(nèi)部通信可以通過共同使用同一套系統(tǒng)標簽實現(xiàn)。系統(tǒng)軟件總流程圖如圖3-1所示。軟件運行后，依次執(zhí)行產(chǎn)品檢測仿真程序、機械手裝配仿真程序和成

32、品輸送單仿真程序，相應的TestStand中制作的3D模型依次執(zhí)行配件和槽的出倉，機械手的裝配和配件、槽裝配完成后入庫。梯形圖程序編寫仿真的模型與實際的設備存在差別，梯形圖編寫過程中，難點有需要單獨編寫仿真程序控制3D機械手的每個部分的動作和動作時間，配件和槽的運動距離和運動時間等。再編寫底層的控制程序控制實現(xiàn)機械手各個動作依次執(zhí)行和動作的協(xié)調(diào)。完成機械手動作的梯形圖中用到很多互鎖，以保證上一個動作確實完成后下一個動作再進行。為了確保夾放配件的準確性，互鎖中還添加了定時器。若不使用互鎖，則機械手的一系列動作會在短時間內(nèi)完成，另外，因為機械手一套動作中包含同一個動作，如一套動作中包含兩次機械手下

33、降動作，故要在其中一個中添加標志位，以確保兩次同樣的動作不會互相干擾，不會造成動作缺失，產(chǎn)生混亂。梯形圖的編寫還要控制機械手抓取距離和抓取時間，旋轉(zhuǎn)角度，伸臂的距離和需要的時間。仿真的模型與實際的設備存在差別，配件和槽的運動需要另外編寫程序控制，使其能和機械手的動作協(xié)調(diào)一致。機械手運動底層控制程序如圖4-1所示，機械手控制程序流程圖圖4-1機械手控制程序流程圖程序開始運行，配件到達指定位置，配件到位傳感器觸點導通，機械手臂開始動作，手臂下降、手抓取配件、手臂和配件上升、手臂和配件旋轉(zhuǎn)、伸臂、手臂下降、手放配件，機械臂動作完成，配件放在槽上，配件和槽向倉庫運動。同時機械手臂動作復位準備抓取下一個

34、配件。機械手臂的底層控制程序還完成機械手動作的互鎖，以保證上一個動作確實完成后下一個動作再進行。4.2.3機械手動作控制仿真程序當程序運行后，配件運動到指定位置后，觸發(fā)機械手動作，機械手的動作：手臂降下和升起、手抓取和手放、手臂旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)復位、手臂伸出和縮回，這8個動作可以看做是4個參數(shù)變量的單位時間的加減變化，參數(shù)變量的變化代表了機械手的各個動作狀態(tài)。為了實現(xiàn)每個動作和動作時間聯(lián)系起來，可以用一個計時器和一個加法或減法實現(xiàn)。如圖4-2所示，手臂下降控制程序。當手臂下降門觸發(fā)后，計時器T1開始計時2.5秒，同時加法器也開始以10為單位自加，2.5秒后T1.DN常閉觸點斷開，加法器停止自加。加法

35、器自加的參數(shù)變量和TestStand中所建的流程圖中的參數(shù)變量聯(lián)系起來，根據(jù)參數(shù)變量，在流程圖中換算機械手臂下降的距離，使得機械手臂下降。這兩行程序的意義是在2.5秒內(nèi)使械手臂下降多少距離。當手臂需要上升時，就添加一個計時器和一個減法器的組合，這樣就可以實現(xiàn)機械手的下降和上升。類比手臂的上升和下降編程，則可以實現(xiàn)機械手的抓取和手放、手臂旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)復位、手臂伸出和縮回等動作。4.2.4傳感器仿真實際設備中的傳感器和仿真的傳感器有所區(qū)別，實際中機械手臂一系列的動作、位置的檢測都是依賴傳感器，比如手臂下降是否到位，手抓取是否抓住配件等都是靠傳感器反饋給的信號來判斷的，但在仿真中，仿真不出實際傳感器的

36、功能，但是通過定時器是否計數(shù)完成，可以仿真出實際傳感器的效果。在仿真中，判斷機械手臂是否下降到位，實際是判斷計時器是否計時完成。計時器作用就是在規(guī)定的時間內(nèi)使機械臂下降多少距離，計時器計時完成說明機械手動作已到位。在計時器計數(shù)的時間內(nèi)機械手動作多大距離則需要進行另外的量程換算和程序調(diào)試，以到達理想的效果。檢測傳感器的仿真。如在機械手裝配單元中，有一個檢測槽是否到位的傳感器，實際設備中當位置傳感器檢測到槽到達位置，給出信號傳送帶就停止運動，槽等待機械臂夾取配件放置。仿真模型中傳送帶是不動的，編寫程序控制的是槽本身運動，仿真中實現(xiàn)不了位置傳感器的功能，無法檢測槽是否到位，但可以編程實現(xiàn)傳感器效果。

37、為了能直觀反映傳感器的效果，編寫程序使仿真位置傳感器一直閃爍，當槽到達時傳感器停止閃爍。效果是當傳感器檢測到槽后停止閃爍，槽停止運動。實際是槽停止使仿真?zhèn)鞲衅魍Ｖ归W爍。如圖4-3所示傳感器閃爍互鎖控制程序。到位傳感器檢測Shan槽橫向運動方槽橫向運動T19.DNT26.DN到位傳感器檢測Shan圖4-3到位傳感器閃爍互鎖控制程序當配件和槽裝配好，槽和配件繼續(xù)下一個步驟入庫，這時候位置傳感器再導通繼續(xù)閃爍。如圖4-4所示傳感器閃爍控制程序方槽橫向運動機械手放位置傳感器T26.DNPutPosition手臂上升槽裝配好運動ShoubishangshengCaozhuangpehaoyundong配

38、件裝配好運動PeijianZhuangpeihaoyundong到位傳感器檢測Shan圖4-4傳感器閃爍控制程序成品輸送模塊仿真實際設備中的的成品輸送入庫單元，在入庫的上方有兩個傳感器檢測，左邊傳感器如果檢測到是金屬，則左推桿動作把產(chǎn)品推送到左邊的庫，右邊的傳感器如果檢測到是塑料，則右推桿動作把產(chǎn)品推送到右邊的庫。在仿真的模型中仿真的傳感器沒有檢測功能，但可以把配件運動到入庫位置時定時器計時完成當做觸發(fā)推桿推送產(chǎn)品入庫的條件。仿真模型中的設計有兩個不同形狀的配件：圓形和方形。它們的運動計時器計時時間不同，所以運動距離不同，當不同的計時器計時時間完成時圓形和方形配件運動到設定的位置，當不同計時器

39、計時完成就會觸發(fā)左右推桿動作，當圓形配件到位，右邊的推桿動作；方形配件到位，左推桿動作。如圖4-5所示推桿動作控制程序。右推桿YouTuiganshen方槽裝配好運動方配件裝配好運動T27.DNT34.DN右推桿伸T24.DN方配件入庫方槽入庫右推桿縮FangPeijianrukuFangCaorukuYoutuigansuo圖4-5推桿動作控制程序程序框架與內(nèi)部標簽程序內(nèi)部標簽見表4-6。表中用紅色標明的標簽為RSLogix5000程序和TestStandde中仿真模塊的相互聯(lián)系的內(nèi)部通信標簽。表4-6內(nèi)部標簽ABCDEFG1YoutuiganBOOLStandardDecimal右推桿縮2

40、YouTuiganBOOLStandardDecimal右推桿3tuigansuoBOOLStandardDecimal推桿縮4TuigansheBOOLStandardDecimal推桿伸5ShouzhuaqBOOLStandardDecimal手抓取6ShoubixuaBOOLStandardDecimal手臂旋轉(zhuǎn)到原位7ShoubiKuaBOOLStandardDecimal手臂旋轉(zhuǎn)8ShoubiXiaBOOLStandardDecimal手臂下降9ShoubisuoBOOLStandardDecimal手臂縮回10ShoubishaBOOLStandardDecimal手臂上升11Sh

41、oubihenBOOLStandardDecimal手臂橫向伸12ShoubifanBOOLStandardDecimal手臂鐵配件13ShijuechuBOOLStandardDecimal視覺傳感器14ShanBOOLStandardDecimal到位傳感器檢測15SOBOOLStandardDecimal16Rotation?BOOLStandardDecimal手臂旋轉(zhuǎn)到位傳感器17RetractPoBOOLStandardDecimal機械手縮回位苴傳感器18ReachPosiBOOLStandardDecimal機械手伸出到位傳感器19PutPositiBOOLStandardDe

42、cimal機械手放位苴傳感器20PeijianZhBOOLStandardDecimal配件裝配好運動21PeijianzhBOOLStandardDecimal配件轉(zhuǎn)動22PeijianXiBOOLStandardDecimal配件下曜23PeijianShBOOLStandardDecimal配件伸展24PeijianSEBOOLStandardDecimal配件伸伸25PeijianshBOOLStandardDecimal配件上升26PeijianRuBOOLStandardDecimal配件入庫27PeijianchBOOLStandardDecimal配件出倉28LowPositi

43、BOOLStandardDecimal機械手下位苴傳感器29LeftpushrBOOLStandardDecimal左推桿伸出到位傳感器30HightPosiBOOLStandardDecimal機械手上位苴傳感器31HengxiangBOOLStandardDecimal糟橫向運動32GraspingpBOOLStandardDecimal手抓取位苴傳感器33FittingpoBOOLStandardDecimal配件到位傳感器34FangPeijiBOOLStandardDecimal方配件裝配好運動續(xù)表4-6內(nèi)部標簽35FangPeijiBOOLStandardDecimal方配件轉(zhuǎn)動3

44、6FangPeijiBOOLStandardDecimal方配件下降37FangPeijiBOOLStandardDecimal方配件伸展38FangPeijiBOOLStandardDecimal方配件上升39FangPeijiBOOLStandardDecimal方配件凡庫40FangPeijiBOOLStandardDecimal方配件出倉41fangCaozhBOOLStandardDecimal方槽裝配好運動42FangCaoruBOOLStandardDecimal方槽入庫43FangCaoheBOOLStandardDecimal方槽橫向運動44CaozhuangBOOLStan

45、dardDecimal槽裝配好運動45CaorukuBOOLStandardDecimal槽入庫46CaoHengxiBOOLStandardDecimal槽橫向運呂h47ZhuaquDINTStandardDecimal左手抓48ZhuaDINTStandardDecimal右手抓49YoutuiganDINTStandardDecimal右桿50TuiganDINTStandardDecimal推桿伸51SongKinagDINTStandardDecimal手臂下降52ShenbiDINTStandardDecimal手臂橫向伸53RotationDINTStandardDecimal手

46、臂旋轉(zhuǎn)54PeijianZEDINTStandardDecimal配件轉(zhuǎn)動55PeijianYuDINTStandardDecimal配件縱向運動56PeijianShDINTStandardDecimal配件伸57PeijianshDINTStandardDecimal配件上升58PeijianDINTStandardDecimal配件出倉59FangYundoDINTStandardDecimal60FangPeijiDINTStandardDecimal方配件轉(zhuǎn)呂b61FangPeijiDINTStandardDecimal方配件縱向運動62FangPeijiDINTStandardDe

47、cimal方配件上升63FangPeijiDINTStandardDecimal方配件出倉64FangGuaiDINTStandardDecimal方槽入庫65CaoYundonDINTStandardDecimal66CaoguaiDINTStandardDecimal67TimeTIMER視覺傳感暑續(xù)表4-6內(nèi)部標簽6869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103T9T8T7T6T5T4T35T34T33T32T31T30T3T29T28T27T26T25T24T23T22T21T20T

48、2T19T17T16T15T14T13T12TilT10T1TOShanshuoTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMERTIMER手臂縮回手臂上升手鐵配件手臂下降手臂橫向伸手臂旋轉(zhuǎn)方配件入庫方配件裝配好運動方配件下降方配件伸方配件轉(zhuǎn)動方配件上升手臂上升方配件出倉方槽入庫方槽裝配好運動方槽橫

49、向運動右推桿縮右推桿伸推桿縮推桿伸槽入庫糟裝配好運動手抓取槽橫向運動配件入庫配件裝配好橫向運動配件下降配件伸配件轉(zhuǎn)動配件上升配件出倉手臂旋轉(zhuǎn)到原位手臂下降手臂下降閃爍RSLogix5000和TestStand中標簽連接梯形圖程序標簽和3D仿真機械手個模塊標簽的鏈接，匹配步驟如下：第一步：打開RSLinx。第二步：點擊DDE/OPC，在下拉菜單中選擇TopicConfiguration,出現(xiàn)如圖4-7界面。圖4-7DDE/OPCTopicConfiguration界面第三步：在左面TopicList中選擇RSLogix5000編程所建的工程名字，選擇本工程的名字是shoubi,右面選擇的控制器是

50、第四槽，如上圖所示。第四步：然后點擊Apply再點擊Done。設置成功，可以在TestStand中添加RSLogix5000編寫程序中的各個參數(shù)的變量標簽。4.3梯形圖程序調(diào)試梯形圖的調(diào)試期間，主要完成梯形圖控制3D仿真機械手臂動作是否協(xié)調(diào)和運動是否到位，完成手臂降下、手抓取、臂升起、手臂旋轉(zhuǎn)、手臂伸出、手臂下降、手放7個動作。另外還要調(diào)試完成配件、槽的出倉。不同形狀的配件入不同庫所以還要調(diào)試不同形狀配件運動的距離，使不同配件到達位置時相應的推桿正確動作。程序設計的是機械手先后抓取兩種形狀的配件，所以故要在其中一個中添加標志位，以確保兩次同樣的動作不會互相干擾，不會造成動作缺失，產(chǎn)生混亂。4.

51、4結(jié)果及分析結(jié)果調(diào)試完成后，本設計的實驗結(jié)果如下：RSLogix5000編程的仿真控制程序?qū)崿F(xiàn)TestStand制作的3D機械手臂各模塊的獨立動作：手臂降下和升起、手抓取和手放、手臂旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)復位、手臂伸出和縮回。編寫的底層控制程序完成了機械手臂各個動作的互鎖，保證了上一個動作確實完成后下一個動作再進行。TestStand中制作的3D仿真手裝配系統(tǒng)模型，在RSLogix5000編寫的仿真控制程序和底層控制程序協(xié)調(diào)控制下，完成了和實際機械手臂裝配一樣的一系列動作，實現(xiàn)了配件和槽的出倉，3D仿真機械手臂的手臂降下、手抓取配件、臂升起、手臂旋轉(zhuǎn)、手臂伸出、手臂下降、手放配件7個動作。配件和槽裝配好運

52、動到入庫位置時，左右推桿動作推送不同的配件入庫。4.4.2分析經(jīng)過反復調(diào)試，TestStand中制作的3D仿真手裝配系統(tǒng)模型在PLC的控制下可以完成與實際機械手設備相類似的一系列的動作。在本次設計中3D仿真機械手裝配系統(tǒng)模型與實際機械手自動裝配系統(tǒng)有所差別。仿真中的傳感器是用計時器仿真達到實際傳感器的效果。另外仿真模型和實際設備各個動作時間有所不同，實際設備中的機械手動作是氣動的，所以機械手連貫的七個動作完成時間為3s，在仿真中為了更好直觀的展示機械手的每個動作，所以每個動作設置的時間與實際有所差別，仿真機械手連貫的七個動作時間為15.5s。每個動作時間分別為：手臂降下和升起為2.5s、手抓取

53、和手放為2s、手臂旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)復位為2s、手臂伸出和縮回為2s。配件和槽從出倉到裝配好入庫實際設備用時60s,為了節(jié)省時間仿真中配件和槽從出倉到入庫用時10s。在本次設計中有目的的加長關鍵動作的動作時間可以便于觀察，縮短不必要動作的動作時間以提高效率。5總結(jié)本次設計主要完成的工作有一下幾個方面：第一、基于CompactLogixPLC控制平臺下，完成了RSLogix5000編程控制TestStand繪制的3D仿真機械手。通過RSLinx軟件可以實現(xiàn)RSLogix5000軟件和TestStand軟件之間的連接和通信。第二、了解分析實驗室中機械手自動裝配系統(tǒng)工作過程和機械手的各個動作。第三、熟悉掌握

54、RSLogix5000編程和TestStand繪制仿真圖。RSLogix5000編寫出控制程序，TestStand繪制出3D仿真機械手。通過這次畢業(yè)設計，本人有一下體會：一、要完成一個不錯的設計，首先應該對設計的內(nèi)容、目標有個全面的了解，之后再對設計內(nèi)容逐條開展、逐個攻破，最后進行組合，進行整體的調(diào)試。二、做設計要有恒心、耐心、細心，只有這樣才能鍥而不舍的完成設計，并將設計的漏洞降低到最小，也可以避免走很多的彎路。三、通過本次的設計，再一次體會到了團隊合作的重要性，設計系統(tǒng)的時的一些難點、系統(tǒng)的一些漏洞等都可以通過團隊討論來獲得解決辦法，閉門造車是不行的，這也是三人行必有我?guī)煹暮秃谜f明。實驗室

55、設備種類比較齊全但數(shù)量不多，而且設備都比較昂貴，如果設備出現(xiàn)問題會有很大的開銷，每個人都進行操作不現(xiàn)實。而且每一次的實驗都會給設備造成損耗。對實驗室設備的仿真可以使學生先了解熟悉設備，先對仿真模型編程控制，使學生可以預先進行編程的訓練，然后再進一步在真實設備上實驗，可以減少實驗時間一定程度上也可以減少設備的損耗。致謝通過這次畢業(yè)設計的機會，我對PLC和本專業(yè)有了更深刻的認識和理解，感覺自己的水平提高很多，對學習到工作的轉(zhuǎn)變起到了承前啟后的關鍵作用，這都離不開王培光老師的指點。這次畢業(yè)設計中，遇到了不少問題，有些書本上不能解決的問題，老師都給予了幫助，為我指明了方向。承蒙王培光老師的指導，以及各

56、位師哥師姐的幫助，本次畢業(yè)設計的實物得以順利完成，在此表示感謝！本論文從選題到成稿，王培光老師都給予了悉心指導和幫助，再次對王培光老師表示感謝！同時也感謝學校，為我們提供了一次提高的機會！父母二十多年寒心茹苦將我撫養(yǎng)成人，并以堅定的意志負擔起我求學的重擔，使我能安心學業(yè)，順利完成大學學習任務，在此真誠的感謝他們！最后，再次向所有幫助過我，激勵過我，關心過我的人，致以最誠摯的謝意和最美好的祝福！河北大學工商學院2014屆本科生畢業(yè)論文(設計) 參考文獻張晗,王妍瑋,蘇曉宇基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設計J.科技信息,2012.4.5,(10):4244.巾亞娟，劉欣基于PLC的自動化生產(chǎn)線三自由度

57、機械手控制系統(tǒng)設計J工業(yè)控制計算,2013,(06).王月芹基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設計J.液壓與氣動.2011,(09):4143.王子才仿真技術發(fā)展及應用J.中國工程科學,2003,(03):4045.馮霞仿真技術的發(fā)展以及未來趨勢J.現(xiàn)代經(jīng)濟信息,2008.(07).134135.林亞軍，孔慶波,劉超華虛擬現(xiàn)實仿真技術在教學中的應用J.海軍院校教育,2003.4(17)：69-70曹松齡.基于PLC實現(xiàn)的自動化電氣控制應用研究J.硅谷SiliconValley，2012,(13)：7778.衣勇,宋雪萍機器人仿真研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J.制造業(yè)信息化.2009,(07):6365.CCS

58、.theenefitsofLEDLingtsourees. HYPERLINK /Publie/artieles,2006.11.03 /Publie/artieles,2006.11.03SongWU,HUANGY.DesignofPLCandKingview-BasedManipulatorandItsControlSystemJ.MechanicalEngineer,2011,8:48-49.河北大學工商學院2014屆本科生畢業(yè)論文（設計） 附錄機械手臂動作仿真程序視覺傳感器槽描向運動ShijuechuanganqiCaoHengxiangyundong13E3E視覺倍感器槽橫向運動儈橫

59、向運動ShijuechuanganqiCaoHengxiangyundongT19.DN23E3E觀覺伎感器TONTimerOnDelayTimerTimePreset4000Accurn0DN；1槽描向運動TONTimerOnDelayEN)TimerT19Preset39CiO*-DNAccurn0*ADDAddSourceACaoYundongCi*-SourceB13DestCaoYundongCi*-35TONTimerOnDelayEN)TimerT27Preset4600Accurn0*觀覺傳感器方槽播向運動ShijuechuanganqiFangCaohengxiangyund

60、ong3E3E視覺倍感器方槽橫向運動方槽橫向運動ShijuechuanganqiFangCaohengxiangyunclongT26.DN3E3E1方槽裝配好運動fangCaozhuangpeihaoyundong3E方槽橫向運動TONTimerOnDelayEN)TimerT26Preset3880AccurnD*方槽裝配好運動-ADDAddSourceAFangYundong0SourceB13DestFangYundong0*-方憎裝配好運動方槽裝配好運動fangCaozhuangpeihaoyundongT27.DN63EADDAddSourceAFangFundong0Source