搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目錄前 言1第一章 緒 論21.1課題背景與現(xiàn)實(shí)意義21.2可編程控制器的產(chǎn)生特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)21.3本文主要工作5第二章 方案論證和選擇72.1 題目與要求72.2 方案選擇與論證82.2.1利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控制82.2.2利用傳統(tǒng)繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控制82.2.3 實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控制82.3 系統(tǒng)流程圖9第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)103.1 功能按鈕概述103.2 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表103.3 輸入和輸出點(diǎn)分配表103.4 輸入和輸出點(diǎn)原理接線圖12第四章 系統(tǒng)的軟件134.1 機(jī)械手操作系統(tǒng)程序圖及原理134.1.1 操作程序圖134.1.2 操作系統(tǒng)原理134.2 原

2、位程序144.3 動(dòng)單步操作程序144.4 自動(dòng)操作程序154.4.1 程序原理154.4.2 操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖154.5 機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖164.6 系統(tǒng)調(diào)試18第五章 總結(jié)與展望205.1 系統(tǒng)總結(jié)205.2 展望20參 考 文 獻(xiàn)2122 / 24文檔可自由編輯打印前 言工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性

3、。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。用機(jī)械手可以代替人從事單調(diào)重復(fù)或繁重的體力勞動(dòng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化代替人在有害環(huán)境下的手工操作改善勞動(dòng)條件保證人身安全。20世紀(jì)40年代后期美國(guó)在原子能實(shí)驗(yàn)中首先采用機(jī)械手搬運(yùn)放射性材料人在安全室操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作和實(shí)驗(yàn)。50年代以后機(jī)械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門用于在高溫污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料也作為機(jī)床的輔助裝置在自動(dòng)機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用完成上下料或從刀庫(kù)中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。機(jī)械手主要由手部機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部機(jī)構(gòu)隨使用場(chǎng)合和操作對(duì)象而不同常見的有夾持托持和吸附

4、等類型。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般由液壓氣動(dòng)電氣裝置驅(qū)動(dòng)。機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)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)械化保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。第一章 緒 論1.1課題背景與現(xiàn)實(shí)意義可編程控制器（Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，

5、因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。所謂搬運(yùn)機(jī)械手，就是將機(jī)械手安裝在移動(dòng)平臺(tái)之上。這種結(jié)構(gòu)使機(jī)械手擁有幾乎很大的操作空間和高度的運(yùn)動(dòng)冗余性，并同時(shí)具有移動(dòng)和操作功能，這使它優(yōu)于傳統(tǒng)的機(jī)械手，因此在危險(xiǎn)作業(yè)、制造業(yè)、服務(wù)業(yè)等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)耦合、非線性、非完整性等問(wèn)題的存在，都使得對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的研究具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性。近年來(lái)，對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的控制策略、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等方面的研究已越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外的重視，并已經(jīng)取得了一些很有價(jià)值的研究成果。我國(guó)在這方面起步較晚，研究多

6、集中在理論方面。因此，設(shè)計(jì)制造一個(gè)實(shí)際的搬運(yùn)機(jī)械手平臺(tái)，無(wú)論在理論上還是實(shí)踐上都是非常有意義的。1.2 可編程控制器的產(chǎn)生特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)PLC，在美國(guó)通用汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易

7、懂，操作方便，可*性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國(guó)其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國(guó)家的高度重視。1971日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)PLC。1973年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。我國(guó)從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。PLC問(wèn)世以來(lái)，盡管時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA（National Electrical Manufactory Association）經(jīng)過(guò)四年的調(diào)查工作，于1984

8、年首先將其正式命名為PC（Programmable Controller），并給PC作了如下定義：“PC是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲(chǔ)存指令。用來(lái)執(zhí)行諸如邏輯，順序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行PC之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器。”以后國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)又先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通過(guò)了對(duì)它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏

9、輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”總之，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。PLC的主要特點(diǎn)：1、高可靠性（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（2）各輸入端均采用

10、R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms。（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。（5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。2、豐富的I/O接口模塊PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。3、采

11、用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合 4、編程簡(jiǎn)單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5、安裝簡(jiǎn)單，維修方便PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由

12、于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 PLC的發(fā)展階段：雖然PLC問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過(guò)程大致可分三個(gè)階段：1、早期的PLC（60年代末70年代中期）早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的PLC多少有點(diǎn)繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存

13、儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語(yǔ)言梯形圖一直沿用至今。2、中期的PLC（70年代中期80年代中，后期）在70年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國(guó)，日本，德國(guó)等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元(CPU)。這樣，使PLC得功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自

14、診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。3、近期的PLC（80年代中、后期至今）進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。1.3 本文主要工作本文主要工作是應(yīng)用PLC（可編程控制器）實(shí)際設(shè)計(jì)一個(gè)工業(yè)機(jī)械手

15、，能實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的基本功能。工作內(nèi)容:（1）闡述機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中的作用和意義（2）設(shè)計(jì)機(jī)械手的方案選擇與實(shí)現(xiàn)（3）機(jī)械手的硬件設(shè)計(jì)原理,包括可編程控制器型號(hào)的選定，PLC的電氣連線圖,I/O地址分配表等（4）機(jī)械手的軟件設(shè)計(jì)原理，包括流程圖，程序清單。（5）最后是系統(tǒng)調(diào)試和參考文獻(xiàn)的列舉第二章 方案論證和選擇2.1 題目與要求采用電氣控制的搬運(yùn)機(jī)械手，其任務(wù)是把左工位的工件搬運(yùn)到右工位，機(jī)械手的工作方式分為手動(dòng)和連續(xù)兩種。 工作方式如下：機(jī)械手在原位壓左限位開關(guān)和上限位開關(guān)，按啟動(dòng)按鈕機(jī)械手開始下降，下降到左工位壓動(dòng)下限位開關(guān)后自停；接著機(jī)械手夾緊工件后開始上升，上升到原位壓動(dòng)上限位開關(guān)后

16、自停；接著機(jī)械手開始右行直到壓動(dòng)右限位開關(guān)后自停；接著機(jī)械手開始下降，下降到右工位壓動(dòng)下限位開關(guān)（兩個(gè)工位用一個(gè)下限位開關(guān)）后自停；接著機(jī)械手放松工件后開始上升直到壓動(dòng)上限位開關(guān)后自停（兩個(gè)工位用一個(gè)下限位開關(guān)）；接著機(jī)械手開始左行直到壓動(dòng)左限位開關(guān)后自停。至此一個(gè)周期的動(dòng)作結(jié)束，開始下一個(gè)周期的運(yùn)行。在手動(dòng)方式下按下按鈕則機(jī)械手開始一個(gè)動(dòng)作，松開按鈕則停止該動(dòng)作。機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動(dòng)控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來(lái)。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。

17、當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。2.2 方案選擇與論證2.2.1利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控制由單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)都有一個(gè)共性就是抗干擾性差,因?yàn)闄C(jī)械手一般都用在干擾源比較多、情況比較復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),所以由單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)很難保證長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作。所以不宜選用此方案。2.2.2利用傳統(tǒng)繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控制此控制系統(tǒng)可利用四個(gè)傳統(tǒng)繼電器作為限位開關(guān)，并加上輔助電路以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的功能。但是由于傳統(tǒng)繼電器觸點(diǎn)接觸不良容易出現(xiàn)故障，并且接線復(fù)雜抗干擾能力差，難以實(shí)現(xiàn)模塊化和智能化，性價(jià)比較低。所以這種控制方式已經(jīng)逐漸被淘汰，顯然此控制系統(tǒng)不能選用此方案。2.2.3 實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控

18、制此控制系統(tǒng)利用PLC就可以非常容易的實(shí)現(xiàn)?；赑LC的優(yōu)點(diǎn)在緒論中已經(jīng)闡述，對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型PLC的體積相當(dāng)于幾個(gè)繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的確1/2-1/10。 PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時(shí)，可以減少大量費(fèi)用。系統(tǒng)輸入信號(hào)有3個(gè)啟動(dòng)按鈕，4個(gè)限位開關(guān)，5個(gè)手動(dòng)輸入信號(hào)，1個(gè)有工件檢測(cè)信號(hào)，共計(jì)14個(gè)數(shù)字量輸入信號(hào)；輸出信號(hào)有機(jī)械手上升/下降驅(qū)動(dòng)信號(hào)左移/右移驅(qū)動(dòng)信號(hào)和機(jī)械手夾緊驅(qū)動(dòng)信號(hào)，共有5個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)。不需模擬量模塊，選擇三菱系列的FX2N-

19、40MR，加上數(shù)字量輸入模塊MR321及輸出模塊MR322就可以滿足要求，而且還有一定的裕量。所以選用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控制為最佳方案，本次設(shè)計(jì)就選用此方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.3 系統(tǒng)流程圖機(jī)械手整個(gè)搬運(yùn)過(guò)程要求都能自動(dòng)控制。在啟動(dòng)過(guò)程中能切換到手動(dòng)控制及自動(dòng)控制或半自動(dòng)控制(又稱單周期控制)，以便對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修。下圖是機(jī)械手控制系統(tǒng)的邏輯流程圖。系統(tǒng)啟動(dòng)之前，機(jī)械手處于原始位置，條件是機(jī)械手在高位左位。整個(gè)系統(tǒng)流程可用圖2-2來(lái)說(shuō)明 圖2-2 系統(tǒng)流程圖第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 功能按鈕概述 系統(tǒng)輸入信號(hào)有3個(gè)啟動(dòng)按鈕，4個(gè)限位開關(guān)，5個(gè)手動(dòng)輸入信號(hào)，1個(gè)有工件檢測(cè)信號(hào)，共計(jì)14個(gè)數(shù)字

20、量輸入信號(hào)；輸出信號(hào)有機(jī)械手上升/下降驅(qū)動(dòng)信號(hào)左移/右移驅(qū)動(dòng)信號(hào)和機(jī)械手夾緊驅(qū)動(dòng)信號(hào)，共有5個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)。3.2 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表如表3-1所示。表3-1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表名 稱代號(hào)輸入名 稱代號(hào)輸入名 稱代號(hào)輸出啟動(dòng)SB1X000夾緊SB5X010電磁閥下降YV1Y000下限行程SQ1X001放松SB6X011電磁閥夾緊YV2Y001上限行程SQ2X002單步上升SB7X012電磁閥上升YV3Y002右限行程SQ3X003單步下降SB8X013電磁閥右行YV4Y003左限行程SQ4X004單步左移SB9X014電磁閥左行YV

21、5Y0043.3 輸入和輸出點(diǎn)分配表輸入和輸出點(diǎn)分配表如表3-2所示。表3-2 輸入和輸出點(diǎn)分配表表1停止SB2X005單步右移SB10X015原點(diǎn)指示ELY00500手動(dòng)操作SB3X006回原點(diǎn)SB11X016連續(xù)操作SB4X007工件檢測(cè)SQ5X0173.4 輸入和輸出點(diǎn)原理接線圖輸入和輸出點(diǎn)原理接線圖如圖31所示。 圖3-1 原理接線圖第四章 系統(tǒng)的軟件操作系統(tǒng)包括回原點(diǎn)程序，手動(dòng)單步操作程序和自動(dòng)連續(xù)操作程序4.1 機(jī)械手操作系統(tǒng)程序圖及原理4.1.1 操作程序圖(X6常閉閉合、X7常閉打開）則程序執(zhí)行時(shí)跳過(guò)手動(dòng)程序，直接執(zhí)行自動(dòng)程序。其操作系統(tǒng)程序如圖4-1所示。 圖4-1 機(jī)械手操

22、作系統(tǒng)程序4.1.2 操作系統(tǒng)原理把旋鈕置于回原點(diǎn)，X16接通，系統(tǒng)自動(dòng)回原點(diǎn)，Y5驅(qū)動(dòng)指示燈亮。再把旋鈕置于手動(dòng)，則X6接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ為一跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動(dòng)，則跳到指針P所指P0處），執(zhí)行手動(dòng)程序。之后，由于X7常閉觸點(diǎn)，當(dāng)執(zhí)行CJ指令時(shí)，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。4.2 原位程序回原位程序如圖4-2所示。用S10S12作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用S10S19作回零操作時(shí)，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器MR8043置1。圖4-2 回原位狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.3 動(dòng)單步操作程序圖4-3中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)?？蓤?zhí)行手動(dòng)單步操作。 圖4-3 手動(dòng)單

23、步操作系統(tǒng)4.4 自動(dòng)操作程序4.4.1 程序原理當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，按啟動(dòng)X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動(dòng)下降Y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動(dòng)復(fù)位。S21驅(qū)動(dòng)Y1置位，延時(shí)1秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動(dòng)Y2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動(dòng)Y3右移。移到最右位，X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降。下降到最低位，X1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時(shí)1秒。延時(shí)時(shí)間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態(tài)，再開始

24、第二次循環(huán)動(dòng)作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動(dòng)的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。4.4.2操作原理圖 操作原理圖如4-4所示。圖4-4 自動(dòng)操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.5 機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖回原位程序和自動(dòng)操作程序。是用步進(jìn)順控方式編程。在各步進(jìn)順控末行，都以RET結(jié)束本步進(jìn)順控程序塊。但兩者又有不同。回原位程序不能自動(dòng)返回初始態(tài)S1。而自動(dòng)操作程序能自動(dòng)返回初態(tài)S2。 圖4-5 機(jī)械手傳遞系統(tǒng)梯形圖圖4-5中從第0行到第27行為回原位狀態(tài)程序。從第28行到第66行，為手動(dòng)單步操作程序。從第67行到第

25、129行為自動(dòng)操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖4-5的操作系統(tǒng)運(yùn)行的。PLC程序的調(diào)試可以分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試兩個(gè)調(diào)試過(guò)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(wú)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(lái)查找接線故障。不過(guò)，為了安全考慮，最好將主電路斷開。當(dāng)確認(rèn)接線無(wú)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。因本系統(tǒng)為課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，所以模擬調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試都將在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。4.6 系統(tǒng)調(diào)試4.6.1 程序的模擬調(diào)試將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC后，首先逐條仔

26、細(xì)檢查，并改正寫入時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，實(shí)際的輸入信號(hào)可以用鈕子開關(guān)和按鈕來(lái)模擬，各輸出量的通斷狀態(tài)用PLC上有關(guān)的指示燈來(lái)顯示，一般不用接PLC實(shí)際的負(fù)載(如接觸器、電磁閥等)?？梢愿鶕?jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用開關(guān)或按鈕來(lái)模擬實(shí)際的反饋信號(hào)，如限位開關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開。對(duì)于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)時(shí)，是否發(fā)生步的活動(dòng)狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步是否變?yōu)椴换顒?dòng)步，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒?dòng)步，以及各步被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對(duì)系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇

27、序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后應(yīng)及時(shí)修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。如果程序中某些定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過(guò)大，為了縮短調(diào)試時(shí)間，可以在調(diào)試時(shí)將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實(shí)際設(shè)定值。在設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試程序的同時(shí)，可以設(shè)計(jì)、制作控制臺(tái)或控制柜，PLC之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時(shí)進(jìn)行。4.6.2 程序的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試完成上述的工作后，將PLC安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過(guò)程中將暴露出系統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問(wèn)題，以及PLC的外部接線圖和梯形圖程序設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)加以解決。如果調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，則對(duì)相應(yīng)硬件和軟件部分作適當(dāng)調(diào)整，通常只需要修改程序就可能達(dá)到調(diào)整的目的。全部調(diào)試通過(guò)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的考驗(yàn)，系統(tǒng)就可以投入實(shí)際的運(yùn)行了。第五章 總結(jié)與展望5.1系統(tǒng)總結(jié)可編程控制器PLC以其豐富的IO接口模塊、高可靠性，在機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起到了十分重要的作用，但在PLC控制的過(guò)程中，還有許多問(wèn)題需要解決，本文就機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)程中的硬件的選擇與設(shè)計(jì)以及軟件的編程中的幾項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題提出了自己的一些看法，經(jīng)實(shí)踐證明，可以