基于PLC的焊接機(jī)械手控制器設(shè)計(jì)_定稿.doc

2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 基于PLC的焊接機(jī)械手控制器設(shè)計(jì) 院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 王 懷 指導(dǎo)教師： 雷 軍 職稱 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣本1003 完成時(shí)間： 2014年5月 摘 要焊接機(jī)器手寫所作為工業(yè)機(jī)器人中的一種，主要有分為切割和噴涂?jī)煞N功能。可以利用機(jī)械手的高自由度和高精準(zhǔn)度來(lái)焊接一些么人們手工無(wú)法做到的工作，比如對(duì)一些細(xì)小的零件進(jìn)行加工。同時(shí)加快了流水線作業(yè)效率，推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。焊接機(jī)械手，通常是有焊接部分和機(jī)械手部分構(gòu)成的。由于焊接部分過于的簡(jiǎn)單本次設(shè)計(jì)不加以討論。在本設(shè)計(jì)中介紹了本人對(duì)國(guó)內(nèi)外機(jī)械手研究的理解及PLC技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的認(rèn)識(shí)。介紹了本人設(shè)計(jì)的基于PLC的焊接機(jī)械手控制器的工作原理以及焊接機(jī)械手動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過程。由該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)程序使用GX Developer（簡(jiǎn)稱GX）設(shè)計(jì)的，該軟件是設(shè)計(jì)在校期間所學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)軟件有一定的熟悉程度。GX可以完成該次設(shè)計(jì)使用的FX系列的PLC梯形圖，同時(shí)還可以將word文檔的各種注釋導(dǎo)入程序中，便于設(shè)計(jì)者在程序方面的設(shè)計(jì)。同時(shí)GX有操作簡(jiǎn)單，和PLC多種連接方式，方便調(diào)試等特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)的在程序方面的內(nèi)容主要是PLC的步進(jìn)，周期，連續(xù)三個(gè)工作模式下讓機(jī)械手完成X、Y、Z三個(gè)方向的動(dòng)作。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；PLC；AbstractAs the 21st century the pace of industrial and other fields has been rapid development. People need to work requirements and have begun to gradually beyond the scope of the manual can do people need to work a variety of to work under the factors such as high temperature, toxic gases harm. These requirements in industrial production increased the difficulty of the workers work, some even endanger the lives of employees. With single chip microcomputer in the 21st century, such as PLC technology mature, began to shine on the stage of human industrial manipulator, successful completion of the human demand for productionIn this design introduced himself understanding of manipulator research at home and abroad and the understanding of the development trend of PLC technology. Introduces the design of my working principle of welding manipulator based on PLC controller and welding manipulator action implementation process. The design of the system program use GX Developer (GX) design, the software is the design of the software design during the period of school learning has certain familiarity. GX can be used to complete the design of FX series PLC ladder diagram, at the same time can also be word document various comments import program, to facilitate designers in program design. GX has a simple operation at the same time, PLC and a variety of connection, convenient debugging, etc. Content in application of this design is mainly PLC stepper, cycle, continuous three working mode for manipulator to complete the X, Y, Z three directions of movement. Hardware is the connection of the PLCKey words: manipulator; PLC目 錄摘 要2Abstract31 緒 論11.1 本次設(shè)計(jì)的目的和意義11.2 機(jī)械手在國(guó)內(nèi)外的研究概況11.3 關(guān)于本次設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容22 機(jī)械手控制方式的選擇和可編程序控制器簡(jiǎn)介42.1 選擇與機(jī)械手控制方式的討論42.1.1 控制方式的分類42.1.2 PLC、IPC和DCS三者的對(duì)比的對(duì)比42.1.3 關(guān)于機(jī)械手控制形式的選定52.2 可編程序控制器簡(jiǎn)介62.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)62.2.2 PLC的特點(diǎn)72.2.3 PLC的主要功能92.2.4 PLC的經(jīng)濟(jì)分析92.2.5 PLC發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)10 3 焊接機(jī)械手控制器PLC程序的設(shè)計(jì)123.1 機(jī)械手控制系統(tǒng)構(gòu)件概述123.1.1 步進(jìn)電機(jī)123.1.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器123.1.3 傳感器143.2 機(jī)械手的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過程153.3 PLC程序設(shè)計(jì)163.3.1 I/O點(diǎn)數(shù)的確定及PLC類型的選擇163.3.2 PLC的I/O分配163.3.3 編程指令的選擇173.3.4 PLC程序的設(shè)計(jì)173.4 PLC機(jī)械手的程序調(diào)試233.4.1 機(jī)械手的調(diào)試方式以及調(diào)試步驟233.4.2 機(jī)械手調(diào)試過程以及仿真圖233.4.3調(diào)試結(jié)果和總結(jié)25結(jié)束語(yǔ)26參考文獻(xiàn)27附錄A29接線圖：29附錄B30梯形圖：30附錄C34仿真圖：341 緒 論1.1 本次設(shè)計(jì)的目的和意義機(jī)械手在目前是作為一種的工業(yè)機(jī)械人在運(yùn)用，這種控制目標(biāo)經(jīng)常在工業(yè)自動(dòng)化方面經(jīng)常出現(xiàn)。工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)在近年來(lái)逐漸地成熟，作為逐漸成熟的一門技術(shù)線已經(jīng)在工業(yè)自動(dòng)化中快速發(fā)展一門獨(dú)立的學(xué)科。機(jī)械手的應(yīng)用開始滲透到像焊接，物流，機(jī)械加工等各個(gè)行業(yè)。尤其是用在像在高或者很低的溫度，充滿有毒氣體，高度輻射的情況下，機(jī)械手在類似的情況下展現(xiàn)了很大用途也給員工帶來(lái)了很大的便利。正是因?yàn)槿绱藱C(jī)械手得到了人們的注意開始得到了很高的發(fā)展。從勞動(dòng)率，勞動(dòng)條件，勞動(dòng)強(qiáng)度等幾個(gè)方面推動(dòng)了發(fā)展。于是在國(guó)內(nèi)外都得以大力發(fā)展PLC(可編程序控制器)是針對(duì)在各種特殊環(huán)境和特殊條件下而設(shè)定的機(jī)械裝置。在現(xiàn)在的發(fā)展情況下乘上了微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)飛速發(fā)展的列車，成功的讓PLC在硬件軟件和模擬控制等方面贏的巨大而成功發(fā)展，現(xiàn)在依然發(fā)展成為一個(gè)工廠自動(dòng)化程度的標(biāo)準(zhǔn)之一。正是因?yàn)闄C(jī)械手的技術(shù)得以有發(fā)展良好的發(fā)展使得各項(xiàng)的生產(chǎn)資本有了很好的優(yōu)化，并且機(jī)械手展現(xiàn)出了本特有的優(yōu)點(diǎn)如：有優(yōu)良的兼容性、較廣泛的實(shí)用性、硬件的配套齊全、有可在較短時(shí)間內(nèi)掌握的編程方法，從而在工業(yè)的范疇內(nèi)PLC的應(yīng)用變得隨處可見。機(jī)械手在很多的發(fā)達(dá)國(guó)的工農(nóng)業(yè)上的得到了應(yīng)用，如運(yùn)用機(jī)械手收割大面積的農(nóng)田、在重復(fù)作業(yè)的高速流水線上使用機(jī)械手等?，F(xiàn)今我國(guó)的自動(dòng)化水平不高加上地區(qū)限制，所以在我國(guó)的機(jī)械手的發(fā)展水平略低于國(guó)際。該次設(shè)計(jì)主要就是通過PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)的機(jī)械手臂自動(dòng)化控制。這次的設(shè)計(jì)讓設(shè)計(jì)者對(duì)在校所學(xué)的有個(gè)一定的鞏固，了解了一些平常沒機(jī)會(huì)認(rèn)識(shí)在世界范圍內(nèi)一些領(lǐng)先水平的知識(shí)有了一定認(rèn)識(shí)，但愿設(shè)計(jì)者可以在以后的設(shè)計(jì)中能夠成功的運(yùn)用在這次設(shè)計(jì)中所得的經(jīng)驗(yàn)1.2 機(jī)械手在國(guó)內(nèi)外的研究概況自動(dòng)化機(jī)械手臂研究開始于二十世紀(jì)中期，經(jīng)過多年來(lái)伴隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，使得機(jī)械手臂登上了工業(yè)自動(dòng)化大舞臺(tái)并且大放異彩，逐漸成為一種工業(yè)化評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，從此可見其重要性?，F(xiàn)在初代機(jī)械手臂投入了大部分的量產(chǎn)生產(chǎn)和使用在生產(chǎn)線上，這就是通過程序控制機(jī)械手臂。作為第一代的機(jī)械手主要特征是以點(diǎn)位控制系統(tǒng)為主，雖然么有向后面幾代那樣可以檢測(cè)外部環(huán)境，但還是可以成功的完成像焊接、噴漆、運(yùn)載以及供用料等比較簡(jiǎn)單的動(dòng)作工作。第二代機(jī)械手臂開始配備傳感器從而機(jī)械手開始有對(duì)外界環(huán)境有了一定的“感知”，這時(shí)的機(jī)械手臂還是使用的程序控制作為基礎(chǔ)的。不同的是這代機(jī)械手開始有了“觸角”可以通過檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)“察覺”外部工作環(huán)境再根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果校正自己的“思想”（相應(yīng)相應(yīng)的適應(yīng)性算法）。種類別的機(jī)械手的“觸角”正是接觸式傳感器這類比較簡(jiǎn)單的傳感器也正是這類傳感器的發(fā)展使得機(jī)械手有如此發(fā)展，也使得上面所說的“思想”得以運(yùn)用。伴隨著現(xiàn)在的發(fā)展，發(fā)展出了第三代機(jī)械手。有了前兩代奠定的基礎(chǔ)使得第三代機(jī)械手的現(xiàn)在處于蓬勃發(fā)展的階段。他與前兩者相比它可以更好的更精確的檢測(cè)外界環(huán)境與作用對(duì)象，再更好的“感知”系統(tǒng)下機(jī)械手的可以更快更好的更準(zhǔn)確的反饋并處理面對(duì)的狀況，可以對(duì)自身的所做出的動(dòng)作快速判斷?，F(xiàn)在隨著理論的擴(kuò)充使得機(jī)械手對(duì)外界情況的判斷能力越來(lái)越強(qiáng)，使得機(jī)械手具有相當(dāng)于人類五感的感覺，可以較為成熟進(jìn)行探索、搜索蹤跡、辨別顏色等各式各樣的高仿生動(dòng)作，可以想象不遠(yuǎn)的將來(lái)出具有自主學(xué)習(xí)、聲紋分辨等高度智能的人工智能。伴隨著現(xiàn)今的快速發(fā)展機(jī)械手的研發(fā)是的機(jī)械手有了多樣的應(yīng)用，比如：高仿人類手指動(dòng)作機(jī)械手臂、微形體積的機(jī)械手和微控系統(tǒng)（如肉食者這樣的無(wú)人機(jī)等）、人工智能機(jī)械手臂（不僅可以對(duì)其的動(dòng)作進(jìn)行預(yù)定設(shè)置；還可根據(jù)變化的工作環(huán)境進(jìn)行判斷，從而相應(yīng)地進(jìn)行動(dòng)作如：判斷障礙物的回避移動(dòng)，自動(dòng)規(guī)劃工序，智能學(xué)習(xí)等）。機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)在正在向醫(yī)學(xué)，服務(wù)等行業(yè)擴(kuò)展，并且現(xiàn)在軍用機(jī)械手技術(shù)越發(fā)成熟，開始在越來(lái)越多地部隊(duì)上使用。從國(guó)際的方面：最近幾年來(lái)機(jī)械手得到了飛速的發(fā)展，在各行各業(yè)中都有所應(yīng)用其中為如下幾個(gè)部分：（1）機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)能力越來(lái)越強(qiáng)，功能越來(lái)越多，在此同時(shí)機(jī)械手臂的機(jī)價(jià)格不斷降低。（2）機(jī)械手越來(lái)越容易組裝，給安裝人員帶來(lái)了很大方便。（3）控制系統(tǒng)的使用平臺(tái)越來(lái)越開放，這給控制器兼容方面給機(jī)械手帶來(lái)了方便（4）伴隨著傳感器日漸發(fā)展，機(jī)械手已經(jīng)由理論和虛擬階段發(fā)展到現(xiàn)在量產(chǎn)生產(chǎn)的階段。國(guó)內(nèi)方面：現(xiàn)在機(jī)械手的工作類型方面，像進(jìn)行焊接的，進(jìn)行零件組裝的，進(jìn)行噴涂的等各方面的機(jī)械手在生產(chǎn)的方面已然成熟了，目萍姐現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)可以輕易的解決設(shè)計(jì)和編程上的問題，在關(guān)鍵技術(shù)上解決了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置這一難題。還掌握了弧焊自動(dòng)工業(yè)制造線這種高難度的流水線；在關(guān)于基礎(chǔ)元件即硬件的方面：機(jī)械手的電源的焊接技術(shù)和焊縫的自動(dòng)裝置也有了技術(shù)上突破。1.3 關(guān)于本次設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容關(guān)于設(shè)計(jì)是用PLC控制的焊接機(jī)械手的控制器是這次的設(shè)計(jì)對(duì)象，關(guān)于主控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要是編寫的流程圖，即將整個(gè)流程細(xì)分為多個(gè)個(gè)步驟，為了可以肯定每一步，一步一步控制的要求之間的轉(zhuǎn)換條件，設(shè)計(jì)，定時(shí)，計(jì)數(shù)，分支，循環(huán)，跳轉(zhuǎn)指令可以完成梯形圖設(shè)計(jì)。所以在本次采取PLC編程語(yǔ)言事梯形圖的方式，由于梯形圖的編程可以直白的表達(dá)本次設(shè)計(jì)在控制方面的要求，編寫是運(yùn)用GX.Developer編程軟件，此軟件支持三菱FX系列的PLC。為設(shè)計(jì)者所熟悉的編程軟件，加快了本設(shè)計(jì)的編程效率。2 機(jī)械手控制方式的選擇和可編程序控制器簡(jiǎn)介2.1 選擇與機(jī)械手控制方式的討論2.1.1 控制方式的分類繼電器和分立電子線路可以老舊的工業(yè)設(shè)備中自控，同時(shí)也比較常見。這主要是這兩種方式造價(jià)相對(duì)低廉并且可以滿足這些老式的、簡(jiǎn)陋的（或說簡(jiǎn)單的）工業(yè)設(shè)備。所以現(xiàn)在還是可以看到這些方式，但上述兩種控制方式（繼電器和分立電子線路）卻有這些致命缺陷：（1）不能適應(yīng)復(fù)雜邏輯控制；（2）僅僅適合當(dāng)前的工程項(xiàng)目，缺乏兼容性；（3）不能隨著設(shè)備的改進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造?，F(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展的春風(fēng)使得我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化的水平大幅度提高，完成了由繼電器想著計(jì)算機(jī)技術(shù)的完美過度。在控制方面計(jì)算機(jī)展示出他的兩個(gè)強(qiáng)大優(yōu)點(diǎn)：（1）每一個(gè)硬件上可以安裝一個(gè)甚至多個(gè)微型處理器；（2）軟件的編寫內(nèi)容正式設(shè)計(jì)者控制思想的體現(xiàn)。在現(xiàn)在以下幾種方式正是在工業(yè)自動(dòng)化范圍內(nèi)經(jīng)?？梢钥匆姷娜N方式：（1）Programmable Logical Controller（簡(jiǎn)稱IPC）；（2）Distributed Control System（簡(jiǎn)稱DCS）；（3）Programmable Logical Controller（簡(jiǎn)稱PLC）。2.1.2 PLC、IPC和DCS三者的對(duì)比的對(duì)比1、各自技術(shù)的起源和發(fā)展人們對(duì)快速大量數(shù)據(jù)處理的要求使得人們發(fā)明了計(jì)算機(jī)。這個(gè)人在硬件方面帶來(lái)的恩會(huì)有，人們使用的總線更加高程度的標(biāo)準(zhǔn)化，可以使用更加具有兼容性的工具，是軟件的資源更加的豐富，尤其是滿足了對(duì)可操作系統(tǒng)方面的即時(shí)性的需要。所以計(jì)算機(jī)可以很好地控制被控制對(duì)象，并滿足人們對(duì)其速度上，虛擬模型上，實(shí)時(shí)性上以及在計(jì)算量上的要求。集散系統(tǒng)最開始是用工業(yè)自動(dòng)化儀表達(dá)到控制目的控制系統(tǒng)，而如今則是已成功的發(fā)展成用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為中心的集散系統(tǒng)，再轉(zhuǎn)變以后的集散系統(tǒng)在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)等方面開始體現(xiàn)出所其用的巨大優(yōu)勢(shì)。初期雖然集散系統(tǒng)在回路調(diào)節(jié)方面的有很大優(yōu)勢(shì)，但還只是作為連續(xù)過程控制的一種手段。PLC是相應(yīng)優(yōu)化繼電器的需要而誕生，其主要使用在工作順序控制上，早期主要是取代繼電器這種笨重的件組成的系統(tǒng)，側(cè)重于用開關(guān)控制系統(tǒng)運(yùn)行順序的功能。以二十世紀(jì)七十年代初出現(xiàn)了微處理器為標(biāo)志，使得微電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，人們很快的將對(duì)微電子處理技術(shù)運(yùn)用在了Programmable Logical Controller（即可編程邏輯控制器）上。使得可編程邏輯控制器增多了相較繁雜的邏輯運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳遞及處理等功能。到了二十世紀(jì)七十年代中末期技術(shù)和功能上發(fā)生了飛躍。在七十年代初的基礎(chǔ)上，功能得到了加強(qiáng)和增加，提高運(yùn)算速度、擁有跟小的小型體積、更強(qiáng)的工業(yè)抗干擾性，跟高的性價(jià)比。CPU的處理能力上也跟上了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)展的腳步。2、相同點(diǎn)隨著現(xiàn)在技術(shù)的發(fā)展尤其是在微電子技術(shù)方面。使得三者編程方面也有些相同點(diǎn)。與此同時(shí)也給PLC、集散系統(tǒng)(DCS)帶來(lái)了沖擊，使得二者之間的差異性正在縮小。（甚至?xí)腥颂岢鰞烧呖梢曰ハ嗵娲┒甲鳛楣I(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)兩者在控制功能、通訊方式基本相同。對(duì)于IPC來(lái)說于前兩者來(lái)說在硬件方面有些類似。3、IPC，DCS和PLC三者之間的不同點(diǎn)PLC和IPC分別為不同的兩類產(chǎn)品。二者已經(jīng)發(fā)展出了在各自特點(diǎn)，本身特有裝置的特性以及不同的軟件工具，從而兩者的區(qū)別也是非常的明顯。PLC所使用自身編程器或者在PC上機(jī)編程，但一般采用專用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而更加具有針對(duì)性。而DCS雖然也是編程器或用計(jì)算機(jī)編程，卻都以以太網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)方便資源共享，從而更加分散化更加注重儀表控制。綜上，三種控制器各有優(yōu)劣，在選擇時(shí)我們首先要從實(shí)際的項(xiàng)目要求、周邊的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)性價(jià)比等多方面要求考慮。不能因?yàn)槟撤N控制器的片面的一點(diǎn)，而去武斷的說孰優(yōu)孰劣，我們必須按照客戶或現(xiàn)場(chǎng)不同的要求和條件謹(jǐn)慎地的選擇控制的使用2.1.3 關(guān)于機(jī)械手控制形式的選定PLC是一種實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)手段是通過軟件來(lái)完成控制功能，軟件的編程指令系統(tǒng)是由PLC廠家提供設(shè)計(jì)的，可以通過在機(jī)械設(shè)備的工作過程當(dāng)中所體現(xiàn)出來(lái)。PLC從出現(xiàn)到模擬到實(shí)踐到投入生產(chǎn)再到現(xiàn)在的大批量的生產(chǎn)制作，在這段期間經(jīng)過無(wú)數(shù)次改革，改進(jìn)和發(fā)展，現(xiàn)在各個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家已然成為重要的工具和產(chǎn)品。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)上已成為應(yīng)用較為廣泛的工業(yè)控制方面的產(chǎn)品，PLC設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制器因?yàn)槠溽槍?duì)小型自控場(chǎng)所，同時(shí)，也可應(yīng)用在大型的自控的場(chǎng)所，從而得到很高的歡迎度。PLC在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域里擁有強(qiáng)大生命力，并且還在持續(xù)地成長(zhǎng)改進(jìn)。最主要的原因是他可以達(dá)到不同工業(yè)的不同的要求，并且還具有著可靠性高、在有高性價(jià)比的同時(shí)有抗各種干擾的能力等其他控制器沒有的優(yōu)點(diǎn)。編程簡(jiǎn)單易學(xué)，安裝簡(jiǎn)易，使用簡(jiǎn)便。相對(duì)單片機(jī)而言，PLC在現(xiàn)場(chǎng)總線和處理器之間有方便處理器和I/O進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通訊接口，這個(gè)設(shè)計(jì)使得PLC的輸出輸入端口貼近現(xiàn)場(chǎng)不需太多的接口，這樣優(yōu)化了設(shè)備的接線線路。PLC的下端輸入端使用了繼電器、晶體管等控制部件，而上端則是使用面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。在人們行使的時(shí)，不需要進(jìn)行像跟計(jì)算機(jī)一樣復(fù)雜的培訓(xùn)，就可以在短時(shí)間內(nèi)較為熟練的進(jìn)行簡(jiǎn)易的操作以及進(jìn)行簡(jiǎn)單邏輯的編程。憑借著上述的優(yōu)勢(shì)就可以很容的完成各式各樣的工作的要求。PLC相對(duì)其他控制器有多種優(yōu)勢(shì)。正是因?yàn)榭粗辛薖LC擁有靈巧的體積、輕盈的重量、多樣的控制方式的特點(diǎn)。還有高可靠性、操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便于調(diào)試，模塊化等特點(diǎn)。正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)使得PLC可以很出色完成各種各樣的工作要求。正是因?yàn)樵O(shè)計(jì)中采取了控制器選用PLC的方案，使得機(jī)械手的自動(dòng)化水平得以大幅度的提升。并且這種設(shè)計(jì)使得繼電器減少使用頻率了大幅度的減少，也盡量避免了硬件接線的使用，這些提升和改進(jìn)讓系統(tǒng)更加的穩(wěn)定。與此同時(shí)，PLC的選用為程序和工藝的改進(jìn)提供極大的方便。根據(jù)以上所述，該次設(shè)計(jì)采取選用PLC作為控制器的方案。2.2 可編程序控制器簡(jiǎn)介可編程序控制器，英文名Programmable Logic Controller簡(jiǎn)稱PLC或PC，在初期是根據(jù)繼電器的邏輯控制方式加以改進(jìn)，再到后來(lái)得以大力發(fā)展而來(lái)的，在發(fā)展的過程中，不斷跟著微電子技術(shù)快速發(fā)展的腳步，不斷的改進(jìn)自己發(fā)展自己。2.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)（就是我們說的PC機(jī)）跟PLC相比較的情況下在結(jié)構(gòu)沒有太大區(qū)別，PLC也是由兩大部分硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。PLC在硬件系統(tǒng)就是CPU、EPROM、ROM、I/O部分、PSU、PRGMR、I/O Expansion Unit和其他外圍設(shè)備組成。以上每個(gè)部分都有自己那部分的總線。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：圖1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖所謂的軟件系統(tǒng)指的PLC是各種程序的集合，通常是通過系統(tǒng)程序和用戶系統(tǒng)程序兩大部分構(gòu)成。每個(gè)PLC成品都有自己完整的系統(tǒng)程序，這個(gè)都是由PLC的生產(chǎn)者提供給出。這個(gè)系統(tǒng)在沒有特效要求的情況下，一般是在EPROM中，功能就是能夠讓其自身正常運(yùn)行。對(duì)于可以根據(jù)用戶的要求來(lái)編寫的那部分程序，即是我們稱為的用戶程序。完整的PLC系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成的整體，兩者誰(shuí)也不能夠少。2.2.2 PLC的特點(diǎn)我們使用的可編程控制器哦是一種用微機(jī)當(dāng)做核心的裝置，所以我可以把它看成一種工業(yè)控制方面的專用計(jì)算機(jī)。無(wú)論國(guó)內(nèi)外幾乎所有的機(jī)械手系統(tǒng)，所使用的控制方式都是是相同的采用我們所選用的PLC來(lái)控制，對(duì)于現(xiàn)在這種高要求的機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中根為普遍。接下來(lái)講述PLC的五大優(yōu)點(diǎn)：1、靈活性，泛用性簡(jiǎn)潔方便是設(shè)計(jì)的要求之一而我們要是使用繼電器的話，就與這個(gè)初衷背道而馳了。因?yàn)槔^電器很大而且安裝的話一般也會(huì)很多。這與設(shè)計(jì)師要求的簡(jiǎn)潔背道而馳的。同時(shí)，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)是面對(duì)不同的要求是要設(shè)計(jì)不同的電氣控制圖，此后還有一系列的繁雜的工作如：布線，焊接等要靠人工完成的工作。這一系列的安裝過程是要耗費(fèi)大量的人力物力的。這里就與設(shè)計(jì)要求的方便完全相悖。也是一種極為浪費(fèi)的做法。因?yàn)樵O(shè)計(jì)者在工藝上有什么改進(jìn)的話，我們就不得不改變我已安裝好的控制系統(tǒng)了。接下我們將會(huì)面對(duì)一大系列的工程。首先我們拆除我們開始安裝好的系統(tǒng)，然后我們?cè)谠诰€搶浪費(fèi)了材料的基礎(chǔ)上又重新開始布線，焊接等人工工作。換句話說我們又開始消耗一次大量材料和人力當(dāng)然還有工時(shí)，跟不要說老板的工資。在轉(zhuǎn)過頭來(lái)看我們所選用可編程控制器。因?yàn)槲覀兊腜LC控制控制對(duì)象的程序是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的，我們可以假設(shè)如果對(duì)控制對(duì)象有不同先前的工作要求需要進(jìn)行更變，那我們變動(dòng)的是僅僅只是控制器上接線而已。我還可以假設(shè)，我們因?yàn)楣ぷ饕髮?duì)于同一臺(tái)可編程控制器來(lái)控制于不同先前的控制對(duì)象的話，我們只是需要按照工作的要求更改的程序在存到存儲(chǔ)器。有上述所說完全體現(xiàn)了PLC的靈活性、泛用性。2、有很高的穩(wěn)定性，抗干擾能力強(qiáng)現(xiàn)在工作要求越來(lái)越高，環(huán)境越來(lái)越苛刻。所以我們對(duì)控制器的要求的可靠性，抗干擾性有了很高的要求。正是這樣的要求機(jī)械手必須在苛刻的條件下(如電磁干擾、高溫、濕潤(rùn)、低溫、粉塵等)，還可以穩(wěn)定的進(jìn)行工作，有較低出現(xiàn)故障的幾率，當(dāng)然這些對(duì)環(huán)境和條件的要求是每種控制系統(tǒng)也是要考慮。由于現(xiàn)在的技術(shù)使用了高集成的微電子技術(shù)，故障的未變的更加容易。由于其動(dòng)作是通過無(wú)觸點(diǎn)半導(dǎo)體來(lái)完成的，大大的提高了工作的穩(wěn)定性。使其工作穩(wěn)定程度是使用笨重的機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器沒有辦法可以比的。為了使能夠在艱難的工業(yè)環(huán)境下工作，設(shè)計(jì)者和制造者會(huì)在設(shè)計(jì)和制造過程中會(huì)使用一系列的措施來(lái)增強(qiáng)剛干擾的能力，使其在惡劣的工作環(huán)境下可以穩(wěn)定可靠的工作。3、便于維修，操作簡(jiǎn)單PLC所采用的設(shè)計(jì)方式和符號(hào)都是相關(guān)者所熟悉的，所以使對(duì)于使用者來(lái)說可輕易的讀懂，更不用說對(duì)程序進(jìn)行修改抑或是編寫。這種設(shè)計(jì)對(duì)操作者來(lái)說，就算沒有經(jīng)過特別的計(jì)算機(jī)的培訓(xùn)或?qū)τ?jì)算機(jī)不是非常了解的人也可以熟練掌握。由于使用的是梯形圖等方式編寫，程序?qū)?huì)十分的明了直觀，所以只需要寫好操作說明書，就可以讓操作人員在很短的時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)和使用。4、功能強(qiáng)PLC不單單只是有有前提的情況下一些基本的控制功能，也可以非常好的進(jìn)行A/D、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算。也可以出色地完成生產(chǎn)過程監(jiān)控。正是這樣，它在出色的進(jìn)行開關(guān)量的控制，也可以的輕易地進(jìn)行模擬量的控制；不僅僅可以控制獨(dú)立的機(jī)械手，又完成含有多個(gè)機(jī)械手的流水線的監(jiān)控和控制；既可執(zhí)行單一邏輯的系統(tǒng)控制，又可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)龐大系統(tǒng)對(duì)控制對(duì)象的控制；既可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行控制，又可達(dá)成遠(yuǎn)距離指揮操控。5、提高機(jī)電一體化的程度，體積小巧，重量輕盈PLC構(gòu)成的使用半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)使得PLC有小體積、輕重量、小號(hào)的功率較小的特點(diǎn)。針對(duì)于各種要求不相同的工作環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)久耐用。結(jié)合有上面敘說的可靠性以及抗干擾的本領(lǐng)，能夠使其更加容易的安裝在控制對(duì)象上一些不好安裝像繼電器這樣大體積的地方，可以很好改進(jìn)一些設(shè)備，提高設(shè)備現(xiàn)代化程度。雖然有上述的諸多長(zhǎng)處，該方式仍然有自己不夠好的地方，在性價(jià)比上與單片機(jī)控制和繼電器控制略高，其開發(fā)能力相較于單片機(jī)要差一些，并且因?qū)Ｓ玫木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得通用性不是很好，可編程序控制器以及其附屬單元會(huì)根據(jù)不同廠家要求而變化等等。2.2.3 PLC的主要功能PLC有很廣的應(yīng)用、并且更新速度快的工業(yè)自動(dòng)化裝置。在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)和工廠自動(dòng)化(FA)領(lǐng)域中占據(jù)著很重要席位。PLC系統(tǒng)主要有以下功能：1) 編程便易，調(diào)試方便；2) 控制功能多樣化；3) 便于溝通的人機(jī)界面；4) 對(duì)于數(shù)據(jù)的收集，存儲(chǔ)；5) 聯(lián)網(wǎng)通訊；6) 可以調(diào)理的I/O接口。PLC在外形，體積，性價(jià)比等方面跟著技術(shù)的進(jìn)步在不斷優(yōu)化，軟件系統(tǒng)方面在價(jià)格方面的所占的比例也開始加大，使得各商家開始進(jìn)行激烈的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，一直保持著較高的性價(jià)比。此外，采納PLC使設(shè)計(jì)、編程和投產(chǎn)周期大大減短，進(jìn)一步優(yōu)化行使的價(jià)值。PLC產(chǎn)品如今主要發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線，使得PLC迎來(lái)了二次技術(shù)更新，以滿足更高的工業(yè)與民用的需要。2.2.4 PLC的經(jīng)濟(jì)分析結(jié)合上面所說的，PLC控制機(jī)構(gòu)設(shè)備可以在各類不同的情況下使用，將會(huì)是作業(yè)流水線和生產(chǎn)工藝方面的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，同時(shí)也在工業(yè)自動(dòng)化范圍領(lǐng)域內(nèi)大放異彩，可以看見PLC控制在未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)中有寬泛的應(yīng)用。在價(jià)值方面是否應(yīng)該使用PLC，應(yīng)從以下幾方面考慮：1、出于對(duì)成本影響的各種因素綜合的考慮雖然現(xiàn)在的工業(yè)控制器林林總總，但主要有三個(gè)不同的類別： 硬件邏輯控制；開關(guān)量控制 ； 模擬量數(shù)字控制這三類。這三者中就價(jià)格和性能來(lái)說的話，高性價(jià)比的PLC是最為合適的。2、從產(chǎn)品的制造生產(chǎn)的時(shí)間周期和控制器在設(shè)計(jì)上考慮對(duì)于舊設(shè)備我們需要進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)新設(shè)備我需對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試。對(duì)于設(shè)計(jì)的要求務(wù)必要做到將各個(gè)階段所使用的時(shí)間做到優(yōu)化到最短，從而達(dá)到最理想的周期。不少設(shè)計(jì)者追求的理想狀態(tài)能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)，安裝，調(diào)試，生產(chǎn)融為一個(gè)整體，這種理想狀態(tài)加快產(chǎn)品推陳出新速率，對(duì)生產(chǎn)的要求和工藝不斷地要改造，但又不需對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行很大的改動(dòng)，只需要改變外部接通方式和型具，可以迅速的組織和進(jìn)行各式各樣的不要求的生產(chǎn)。這樣的狀態(tài)給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大推動(dòng)力以外，還可以為社會(huì)節(jié)約下大量的勞動(dòng)力，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和投入市場(chǎng)的速度，對(duì)社會(huì)和企業(yè)實(shí)際有好處的。這種控制的方式無(wú)非是給企業(yè)注入了一劑強(qiáng)心劑，使得經(jīng)濟(jì)效益可以大幅度增長(zhǎng)。雖然我們無(wú)法達(dá)到這樣理想狀態(tài)，但是依靠簡(jiǎn)單笨重占體積的硬件邏輯控制或者繁雜大量的模擬量數(shù)字控制都不能很好的想著這個(gè)理想狀態(tài)靠攏。而我們的開關(guān)量控制可以很好滿足這個(gè)要求。因?yàn)镻LC的控制要求主要在于存儲(chǔ)器的程序中，所以我們只要更改其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序就可以了。換句話說我們只要對(duì)程序進(jìn)行更改，向存儲(chǔ)器輸入根據(jù)新的工藝編寫的程序或?qū)υ绦蚵约诱{(diào)試便可以了。使用這輕便的控制器，可以達(dá)到事半功倍的結(jié)果。更具設(shè)計(jì)者在網(wǎng)上的調(diào)查，我國(guó)的機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)有百分之七十，都是對(duì)控制對(duì)象使用硬件邏輯控制進(jìn)行控制的，阻礙了設(shè)備的改進(jìn)和革新，拉低了設(shè)備的可靠性，是控制程序的設(shè)計(jì)便更加復(fù)雜。根據(jù)上述討論就可以知道硬件邏輯控制技術(shù)的設(shè)計(jì)條件的要求和施工要求的苛刻，還會(huì)增加土面設(shè)計(jì)的工作量和復(fù)雜程度，延長(zhǎng)設(shè)計(jì)時(shí)間這是萬(wàn)萬(wàn)不可取的。假設(shè)是以PLC作為控制的方式可以節(jié)省大量的設(shè)計(jì)的工作時(shí)間，也節(jié)省不少要畫成圖表文件資料的制作。設(shè)計(jì)者直接使用用編程器或者使用和PLC連接的PC機(jī)來(lái)編輯成程序，或者按照現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要來(lái)修改使得梯形圖可以變得更適合于當(dāng)前的生產(chǎn)狀況。假設(shè)設(shè)計(jì)這要設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，有了新的生產(chǎn)要求，重新編寫或者改寫程序再把新程序存儲(chǔ)器中去。當(dāng)要加工這個(gè)新產(chǎn)品時(shí)，可以調(diào)到相應(yīng)程序進(jìn)行生產(chǎn)。從而節(jié)省了大量的替換時(shí)間。2.2.5 PLC發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)PLC得到了快速的發(fā)展，卻在發(fā)展中出現(xiàn)了兩個(gè)截然相反的趨勢(shì)：一種方向更快，更小，更低廉，功能更強(qiáng)，但是忽略了連接的性能；二是向更加網(wǎng)絡(luò)化，更好的兼容性，功能更多樣化但是卻忽略了性價(jià)比和體積大小。1、與大型網(wǎng)絡(luò)相連接這個(gè)方向的發(fā)展，使得PLC和DCS的界限越來(lái)越不明顯，甚至使PLC更夠完成DCS的工作。PLC隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展通行能力越來(lái)越強(qiáng)，這樣情況下的使得PLC可以多個(gè)下級(jí)的連接框架，也多個(gè)上級(jí)網(wǎng)絡(luò)相連接。正是和大型網(wǎng)絡(luò)的連接使得工程的自動(dòng)化水平得到大幅的提高。 2、功能的多樣化伴隨著自調(diào)整、基本控制模塊開發(fā)和發(fā)展，使PLC控制在控制的領(lǐng)域中舞臺(tái)越來(lái)越寬廣。3 焊接機(jī)械手控制器PLC程序的設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械手控制系統(tǒng)構(gòu)件概述機(jī)械手的模型不在本次策劃討論中，不討論在機(jī)械結(jié)構(gòu)；主要是在電氣方面要求機(jī)械手含有以下部分：Stepper motor（步進(jìn)電機(jī)）、DC motor（直流電機(jī)）、Sensor（傳感器）、SMPS（開關(guān)電源）、YV（電磁閥）等電子器件。3.1.1 步進(jìn)電機(jī)本次設(shè)計(jì)所行駛機(jī)械手要求的動(dòng)作主要靠步進(jìn)電機(jī)，所選的是二相八拍混合式的，與直流電機(jī)相較之下有更好的停止能力，再配上滾動(dòng)滾珠絲桿以及滑桿的組合，讓機(jī)械手可以擁有更加精確和平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)有體積小，啟動(dòng)市的頻率很高， 高運(yùn)動(dòng)是的頻率也很高，有轉(zhuǎn)矩帶有定位的特點(diǎn)。其電氣接線圖如2所示：圖2 步進(jìn)電機(jī)電氣接線圖3.1.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Output（輸出部分）、Signal input part（信號(hào)輸入部分）、Power input part（電源輸入部分）這三個(gè)部分構(gòu)成了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。如下述4個(gè)列表所示已給出給出的各種驅(qū)動(dòng)器參數(shù)。有關(guān)控制器與驅(qū)動(dòng)器之間的連線，如圖3所示。驅(qū)動(dòng)器的對(duì)電機(jī)控制功能主要在于控制其轉(zhuǎn)速和方向。關(guān)于驅(qū)動(dòng)器的電源來(lái)源于面板的電源模塊，驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)端選取了典型值正二十四伏，選取一千五百歐姆的限流電阻作為驅(qū)動(dòng)器的保護(hù)電阻（見圖3中1.5K電阻）。低電平有效對(duì)于驅(qū)動(dòng)器的IN有效。光耦合的開啟和關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)器是由PLC的輸出點(diǎn)控制，當(dāng)輸出線圈來(lái)電，三極管導(dǎo)通，相應(yīng)的沖擊輸出低電平，使光驅(qū)動(dòng)耦合傳導(dǎo)，當(dāng)PLC輸出線圈失電，晶體管關(guān)閉，驅(qū)動(dòng)器的光耦閉合。表1 電氣規(guī)格說明最小值典型值最大值單位供電電壓182440V均值輸出電流0.2111.50A邏輯輸入電流61530mA步進(jìn)脈沖響應(yīng)頻率100kHz脈沖低電平時(shí)間51s 表2 電流設(shè)定電流值SW1SW2SW30.21AOFFONON0.42AONOFFON0.63AOFFOFFON0.84AONONOFF1.05A0FFONOFF1.26AONOFFOFF1.50AOFFOFFOFF 表3 細(xì)分設(shè)定細(xì)分倍數(shù)步數(shù)/圈（1.8整步）SW4SW5SW61200ONONON2400OFFONON4800ONOFFON81600OFFOFFON163200ONONOFF326400OFFONOFF6412800OFFONOFF由外部確定動(dòng)態(tài)改細(xì)分/禁止工作OFFOFFOFF 表4 接線信號(hào)描述信 號(hào)功 能PUL脈沖信號(hào)：上升沿有效，每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)電機(jī)走一步DIR方向信號(hào)：用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，TTL平驅(qū)動(dòng)OPTO光耦驅(qū)動(dòng)電源ENA使能信號(hào)：禁止或允許驅(qū)動(dòng)器工作，低電平禁止GND直流電源地+V直流電源正極，典型值+24VA+電機(jī)A相A-電機(jī)A相B+電機(jī)B相B-電機(jī)B相 圖3 PLC控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接及工作原理3.1.3 傳感器該設(shè)備是用于傳感器分別為接近開關(guān)和行程開關(guān)。基座（即Z軸方向的控制）采用接近開關(guān)（金屬傳感器）。為了加工不同的工件，根據(jù)工件尺寸可在一定范圍內(nèi)改變基座角度、方向等來(lái)達(dá)到工件尺寸的要求。焊接機(jī)械手X軸運(yùn)動(dòng)（前進(jìn)和后退）、Y軸運(yùn)動(dòng)（上升和下降）都是使用行程開關(guān)來(lái)控制距離，也可以根據(jù)不同的工件來(lái)改變行程開關(guān)的位置。1、接觸開關(guān)：有三根連接接近開關(guān)（棕、蘭、黑）棕色接電源的正極、藍(lán)色接電源的負(fù)極、黑色為輸出信號(hào)，當(dāng)機(jī)械手的基座上物塊接觸接觸開關(guān)時(shí)，輸出低電平，反之為高電平。輸出端在傳感器有動(dòng)作時(shí)與地接通。與PLC之間的接線圖見附錄3，工作原理如圖4所示。2、行程開關(guān)：當(dāng)擋塊碰到開關(guān)時(shí)，常閉點(diǎn)斷開。圖4 傳感器工作原理圖3.1.4 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元本次設(shè)計(jì)基座的的正反轉(zhuǎn)是利用繼電器的吸合和斷開來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而繼電器這是本次設(shè)計(jì)中直流電驅(qū)動(dòng)單元的構(gòu)成部分。成對(duì)低電平不管是輸入還是輸出都有效。接線方式見附錄C3.2 機(jī)械手的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過程本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手的動(dòng)作方面是由上面兩種電機(jī)執(zhí)行，兩個(gè)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。步進(jìn)電機(jī)所進(jìn)行的所有運(yùn)動(dòng)是通過驅(qū)動(dòng)器控制得以實(shí)現(xiàn)的，就是說只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)器把脈沖輸入步進(jìn)電機(jī)的時(shí)候才能運(yùn)動(dòng)，且步進(jìn)電機(jī)每走一步必須要接受的脈沖產(chǎn)生由高到低的變化；對(duì)于電運(yùn)轉(zhuǎn)的方向的改變，必須要輸入方向性的信號(hào)。機(jī)械手在X軸和Y軸上的運(yùn)動(dòng)的控制，就是利用驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Z軸向的運(yùn)動(dòng)控制是由繼電器來(lái)掌控直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械手的焊槍通過一個(gè)單線圈兩位置電磁閥控制。下面以介紹自動(dòng)程序?yàn)槔M(jìn)行介紹：確認(rèn)機(jī)械手起始點(diǎn)為原點(diǎn)，啟動(dòng)機(jī)械手。機(jī)械手停留在原點(diǎn)，觸發(fā)點(diǎn)以為原點(diǎn)位置上的三個(gè)傳感器。驅(qū)動(dòng)器將會(huì)在同時(shí)得到輸入脈沖信號(hào)和電頻信號(hào)，一號(hào)步進(jìn)電機(jī)開始了工作，得以正轉(zhuǎn)，機(jī)械手的下降運(yùn)動(dòng)得以開始。當(dāng)下降到設(shè)定的傳感器的位置時(shí)觸發(fā)下限位開關(guān)，然后二號(hào)驅(qū)動(dòng)器得到輸入脈沖信號(hào)，二號(hào)步進(jìn)電機(jī)開始了工作，得以正轉(zhuǎn)，機(jī)械手橫軸運(yùn)動(dòng)得以開始。右移到位時(shí)碰到右接近開關(guān)，右移停止。三號(hào)驅(qū)動(dòng)器也會(huì)接受到輸入脈沖信號(hào)，機(jī)械手向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)前進(jìn)運(yùn)動(dòng)到前限位開關(guān)，前進(jìn)運(yùn)動(dòng)停止。電磁閥工作焊槍開始進(jìn)行焊接工作，焊接時(shí)間預(yù)設(shè)為3秒。三秒過后，電磁閥再次工作，焊槍停止工作，等待時(shí)間預(yù)設(shè)一秒。焊接工作完成后，三號(hào)驅(qū)動(dòng)器將會(huì)在同一時(shí)間內(nèi)接收到輸入脈沖信號(hào)和電頻信號(hào)，三號(hào)步進(jìn)電機(jī)開始了工作，反轉(zhuǎn)，機(jī)械手后退運(yùn)動(dòng)得以開始，后退到設(shè)定的傳感器的位置時(shí)后限位開關(guān)的位置時(shí)，后退運(yùn)動(dòng)將會(huì)被停止。二號(hào)驅(qū)動(dòng)器將在起頭被輸入脈沖信號(hào)，二號(hào)電機(jī)運(yùn)作，反轉(zhuǎn)，機(jī)械手向左移動(dòng)，移動(dòng)到左限位開關(guān)時(shí)，停止左移。PLC向驅(qū)動(dòng)器一輸入脈沖信號(hào)，一號(hào)步進(jìn)電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，機(jī)械手開始向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到上限位時(shí)機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)。此時(shí)焊槍停止工作，機(jī)械手回歸原點(diǎn)。此時(shí)機(jī)械手的九步工作動(dòng)作循環(huán)完成。以下動(dòng)作示意圖圖5 機(jī)械手的動(dòng)作示意圖3.3 PLC程序設(shè)計(jì)3.3.1 I/O點(diǎn)數(shù)的確定及PLC類型的選擇為了方便對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行很好地控制，本次設(shè)計(jì)使用的可編程控制器必須同時(shí)輸出兩路信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的程序的I/O點(diǎn)較少，所以改設(shè)計(jì)對(duì)電氣控制部分具有PLC普遍的特點(diǎn)。該此設(shè)計(jì)采用了以純開關(guān)量邏輯的控制為主要的手段，設(shè)計(jì)所要求的I/O點(diǎn)數(shù)為21個(gè)輸入點(diǎn)和7個(gè)輸出點(diǎn)。所以設(shè)計(jì)者對(duì)本次設(shè)計(jì)使用的是三菱公司的控制器，型號(hào)為FX2N-32MR-UAI/UL的控制器。該控制器的I/O點(diǎn)完全滿足設(shè)計(jì)的需求，并留有余量方便改進(jìn)。接線圖見附錄33.3.2 PLC的I/O分配 按照以上的要求設(shè)計(jì)者給出I/O分配如下表5 PLC的I/O分配表輸入觸點(diǎn)功能輸入觸點(diǎn)功能輸入觸點(diǎn)功能輸出觸點(diǎn)功能X1-SQ2左限位X12回原點(diǎn)X21停止焊接Y0上升X2-SQ2右限位X13單步X22上升Y1下降X4-SQ2上限位X14單周期X23下降Y2右行X5-SQ2下限位X15連續(xù)X24右行Y3左行 續(xù)表1X6-SQ2前限位X16啟動(dòng)X25左行Y4前進(jìn)X7-SQ2后限位X17停止X26前進(jìn)Y5后退X11手動(dòng)X20焊接X27后退Y6焊接/停止3.3.3 編程指令的選擇方案一：使用起動(dòng)、保持、停止典型控制電路（簡(jiǎn)稱起保停電路）的編程方式。使用繼電器為步的設(shè)計(jì)，所以有很簡(jiǎn)單的指令。但是會(huì)有代碼在設(shè)計(jì)方面一半都是冗長(zhǎng)的程序。方案二：使用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式。這種編程方式在編制順序功能圖較為復(fù)雜的梯形圖時(shí)使用這種方式，是一種較為便捷的方法。 方案三：STL指令是由三菱制造商使用特殊指令的順序控制設(shè)計(jì)，編程控制程序使用這個(gè)指令的話，可以使編程更方便，編制順序控制程序時(shí)采用這種指令的話能夠讓編程較為方便，與此同時(shí)該方案在調(diào)試和維護(hù)上的特點(diǎn)，變成精簡(jiǎn)。綜上論述該次設(shè)計(jì)使用編程方式選用方案三。3.3.4 PLC程序的設(shè)計(jì)改次設(shè)計(jì)的程序有四個(gè)部分組成，分別為：通用部分、復(fù)位部分、手動(dòng)部分、自動(dòng)連續(xù)步進(jìn)部分。該部分的說明也有這四部分來(lái)分別進(jìn)行說明（一）通用部分梯形圖設(shè)計(jì)公用程序的作用主要是進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)步進(jìn)程序與手動(dòng)程序之間的相互切換處理。上限位開關(guān)X1、右接觸開關(guān)X4以及后限位開關(guān)X7的常開觸點(diǎn)和表示焊槍工作停止的Y6的常閉觸點(diǎn)構(gòu)成的串聯(lián)電路接通時(shí)，“起始點(diǎn)條件”輔助繼電器M5變?yōu)镺N。當(dāng)機(jī)械手處于起始位狀態(tài)（使得M5為ON），當(dāng)程序得到開始執(zhí)行（M8002為ON）、系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)或回原點(diǎn)狀態(tài)（X10或X11為ON）時(shí)，初始步對(duì)應(yīng)的M0將被置位，此時(shí)作好準(zhǔn)備進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式這三種工作方式。假設(shè)此時(shí)M5處于OFF狀態(tài)，那么M0則會(huì)復(fù)位，這時(shí)初始步將不會(huì)為活動(dòng)步，而是進(jìn)入自動(dòng)連續(xù)步進(jìn)程序部分的工作方式工作，再是按啟動(dòng)按鈕也不會(huì)轉(zhuǎn)換到下一步的狀態(tài)，從而禁止了單步、單周期和連續(xù)工作方式的運(yùn)行。當(dāng)該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)處在用手動(dòng)工作方式工作時(shí)，系統(tǒng)設(shè)定將除初始步以外的各步對(duì)應(yīng)的輔助繼電器（M20M27）復(fù)位。處于非連續(xù)方式，則系統(tǒng)設(shè)定會(huì)將M7（表示連續(xù)工作狀態(tài))復(fù)位。此設(shè)定是為了當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)方式切換到手動(dòng)方式，然后又返回自動(dòng)方式時(shí)，排除可能將會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況，以防會(huì)引起錯(cuò)誤或矛盾的動(dòng)作。圖6 通用部分梯形圖1圖7 通用部分梯形圖2（二）手動(dòng)操作梯形圖 該設(shè)計(jì)在手動(dòng)操作方式的要求不需要任何較為復(fù)雜的順序控制，因而可以采取常規(guī)用的繼電器順序工作方式來(lái)設(shè)計(jì)梯形圖。“手動(dòng)操作”按下停止焊接按鈕時(shí)，機(jī)械手焊槍停止工作，停止焊接按鈕時(shí)，機(jī)械手的焊槍在液壓缸作用下自動(dòng)停止焊接的狀態(tài)并保持；按下按鈕，輸出y000不斷上升，當(dāng)機(jī)械手操作限制或釋放按鈕時(shí)，它將停止；按下下降按鈕，Y001保持接通，當(dāng)機(jī)械手運(yùn)行到下限位或者松開按鈕是時(shí)則會(huì)停止（前后兩個(gè)方向以此類推）；按下右移按鈕，Y002保持接通，當(dāng)機(jī)械手運(yùn)行到右接觸開關(guān)或者松開按鈕是時(shí)則會(huì)停止；按下左移按鈕，Y003保持接通，當(dāng)機(jī)械手運(yùn)行到左接觸開關(guān)或者松開按鈕是時(shí)則會(huì)停止；其余的幾個(gè)方向以此類推。為了安全，同一個(gè)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)線圈不能同時(shí)接通，設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了自鎖開關(guān)，防止正反轉(zhuǎn)線圈同時(shí)接通使得電路短路。故手動(dòng)操作時(shí)梯形圖如圖所示：圖8 手動(dòng)操作梯形圖（三）返回原位梯形圖在“返回原位”狀態(tài)下，“焊接”與“停止”動(dòng)作應(yīng)被停止，上限位未動(dòng)作時(shí)，應(yīng)進(jìn)行“上升”；上限位動(dòng)作時(shí)，“右行”動(dòng)作應(yīng)停止，并左行至左接觸開關(guān)的位置等。綜合以上要求給出返回原位梯形圖如圖所示：圖9 返回原位梯形圖圖10 返回原位梯形圖(四)“自動(dòng)”狀態(tài)流程圖圖11 流程圖（5） “自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖 該次的設(shè)計(jì)自動(dòng)程序的要求分別為單步與非單步、單周期與連續(xù)幾種狀態(tài)的區(qū)分。在工作處于單步的時(shí)，X12作為常閉觸點(diǎn)處斷開狀態(tài)，而且這時(shí)M6處于OFF狀態(tài)不允許步與步之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換；在處于連續(xù)工作方式的時(shí)候，X14處于ON，這時(shí)按下啟動(dòng)按鈕X16，會(huì)使表示連續(xù)動(dòng)作的M7處于開啟狀態(tài)（ON）并鎖存。處單周期工作方式的時(shí)候，這時(shí)的X14處于OFF,并且M7不會(huì)轉(zhuǎn)化成ON。程序梯形圖如下：圖12 “自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖1圖13 “自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖2圖14 “自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖 3圖15 “自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖4圖16 “自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖53.4 PLC機(jī)械手的程序調(diào)試3.4.1 機(jī)械手的調(diào)試方式以及調(diào)試步驟由于環(huán)境條件有所限制，設(shè)計(jì)只能在電腦上根據(jù)GX上進(jìn)行模擬仿真的進(jìn)行調(diào)試。并不自此討論有關(guān)實(shí)物的問題。調(diào)試步驟:1) 先打開先前已經(jīng)編好的梯形圖。2) 點(diǎn)擊工具欄中的“啟動(dòng)測(cè)試”的選項(xiàng)3) 待程序進(jìn)入運(yùn)行的狀態(tài)時(shí)候，點(diǎn)擊“監(jiān)視”4) 啟動(dòng)程序，開始觀察梯形圖。5) 觀察是否達(dá)到要求。如沒有則