基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)39021

1、基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械 手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的 作業(yè)，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)在人的智能和適應(yīng)性。 機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力， 在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展 空間。機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識： 其一、它能部分的 代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置 來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配， 從而大 大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工

2、業(yè)生產(chǎn)機(jī)械 化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和 應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的 更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè) 的。他有多個(gè)自由機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器， 度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制 成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作， 適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī) 械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序， 適應(yīng)性較強(qiáng), 所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中

3、獲得廣泛的引用。、機(jī)械手簡介工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是 工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(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。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，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有 著廣闊的發(fā)展前景。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)。1、機(jī)械手分類機(jī)械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，它是一種 獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各 項(xiàng)規(guī)定工作

4、。它的特點(diǎn)是除具備普通機(jī)械的物理性能外，還具備通用機(jī)械、記 憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、 軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號操作 機(jī)械手來進(jìn)行探測月球、火星等。第三類是專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床 或自動(dòng)線上，用于解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國外稱為“ Mecha nical Hand ”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，除少數(shù)外，工作程序 一般是固定的，因此是專用的。本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型可歸為第一類，即通用機(jī)械手。在現(xiàn)代生產(chǎn) 企業(yè)中，自動(dòng)化程度較高，大量應(yīng)用機(jī)械手。通過本次設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)對工業(yè)機(jī)械手的認(rèn)識，

5、同時(shí)并熟悉掌握 PLC技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等工業(yè)控 制常用的技術(shù)。2、機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟根據(jù)工藝要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作，確定這些動(dòng)作之間的關(guān)系及完 成這些動(dòng)作的順序。 分配輸入、輸出設(shè)備，即確定哪些外圍設(shè)備是送信號給 PLC的,哪些外圍設(shè)備是接收來自PLC的信號的,同時(shí)還要將PLC的輸入、輸出點(diǎn) 與之一一對應(yīng),對I/O進(jìn)行分配。在此基礎(chǔ)上確定 PLC的選型。（3）根據(jù)控制系統(tǒng) 的控制要求和所選PLC的I/O點(diǎn)的情況及高功能模塊的情況,設(shè)計(jì)PLC用戶程序, 此時(shí)可采用梯形田、助記符或流程圖語言形式的用戶程序。PLC的用戶程序體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系，編

6、程時(shí)可用編程器或計(jì)算 機(jī)直接編程、修改，同時(shí)也可對PLC的工作狀態(tài)、特殊功能進(jìn)行設(shè)定。（4）對所 設(shè)計(jì)的PLC程序進(jìn)行調(diào)試和修改,直至PLC完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的控制功能。保存已完成的程序。3、機(jī)械手工作過程：機(jī)械手在生產(chǎn)線上的任務(wù)是將工件從 A處傳送到B處。根據(jù)外界情況，機(jī)械 手在空間上主要進(jìn)行以下動(dòng)作：機(jī)械手下降，機(jī)械手抓緊工件，機(jī)械手與工件 上升，機(jī)械手與工件有右移，機(jī)械手與工件下降，機(jī)械手放松工件，機(jī)械手上 升，機(jī)械手左移?？刂破鳈z測上，下，左，右限位開關(guān)的通斷，決定當(dāng)前的動(dòng) 作，通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出，控制機(jī)械手的動(dòng)作。同時(shí)，用兩位數(shù)碼管顯示搬運(yùn)工 件的數(shù)量。（1）啟動(dòng)控制有2種，1個(gè)由啟動(dòng)

7、開關(guān)安裝在現(xiàn)場，1個(gè)由通過組態(tài)王軟件控 制。在控制面板上，安裝一個(gè)檔位開關(guān)，分手動(dòng)和自動(dòng)兩大檔位，手動(dòng)擋包括 調(diào)試和回原位兩檔，自動(dòng)擋分單步、半自動(dòng)和全自動(dòng)三檔，要求自動(dòng)擋的操作 必須在回原位的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行。原位降夾上升右移 左移移放松下降二、PLC簡介可編程控制器（簡稱 PLC :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器，用于其內(nèi)部存儲程序，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)過程?？删幊绦蚩刂破鲗?shí)施控制，其實(shí)質(zhì)就是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個(gè)變換與以物理實(shí)

8、現(xiàn)。輸入輸出變換、物理實(shí)現(xiàn)可以說是PLC實(shí)施控制的兩個(gè)基本點(diǎn)，同時(shí)物理實(shí)現(xiàn)也是PLC與普通微機(jī)相區(qū)別之處，其需要考慮實(shí)際控制的需要，應(yīng)能排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水 平，能為實(shí)際控制系統(tǒng)方便使用，所以 PLC采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由微處理器（CPU、存儲器（RAM/RO）、輸入輸出接口（ I/O ）電路、通信接口及電源組成。PLC的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示:主機(jī)模塊1模塊2模塊3模塊4CPU 2262AQ2AQ2AQ2AQI0.0Q0.0AQW0AQW4AQW8AQW12I0.1AQW2AQW6AQW10AQW14I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.

9、011.1I1.2I1.3三、1、1/0配置表共需十二個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)，一個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)，七個(gè)模擬量輸出點(diǎn)。S7-200 中的CPU226的最大負(fù)載電流為1000mA，四個(gè)EM232模塊的負(fù)載電流為80mA, 符合要求。機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表名稱代號輸入名稱代號輸入名稱代號輸岀啟動(dòng)SB1X0.1自動(dòng)操作SB5X1.0電磁閥下降YV1Y0下限行程SQ1X0.1單步SB6X1.1電磁閥夾緊YV2Y1上限行程SQ2X0.2調(diào)試SB7X1.2電磁閥上升YV3Y2右限行程SQ3X0.3回復(fù)SB8X1.3電磁閥右行YV4Y3左限行程SQ4X0.4電磁閥左行YV5Y4停止SB2X0.5上行燈指示EL1Y

10、5手動(dòng)操作SB3X0.6下行燈指示EL2Y6半自動(dòng)操作SB4X0.7數(shù)字指示EL3Y72、選型S7-200豐富的種類: CP U221 CP U222 I/O ; CP U224I/O ; CP U226I/O ;內(nèi)置10個(gè)數(shù)字量內(nèi)置14個(gè)數(shù)字量內(nèi)置24個(gè)數(shù)字量內(nèi)置40個(gè)數(shù)字量I/OI/OI/OI/O點(diǎn),占八、5不可擴(kuò)充; 可擴(kuò)充到可擴(kuò)充到可擴(kuò)充到78路數(shù)字量168路數(shù)字量248路數(shù)字量I/OI/OI/O或10路模擬量或35路模擬量或35路模擬量主機(jī)為S7-200中的CPU226因?yàn)樗軘U(kuò)展七個(gè)模塊。模塊1-模塊4為EM232 它是模擬量輸出模塊，每個(gè)模塊有兩個(gè)輸出通道。電源為220V交流電。

11、主機(jī)為西門子S7-200中的CPU226,因?yàn)樗軘U(kuò)展七個(gè)模塊。模塊1-模塊4 為EM232，它是模擬量輸出模塊，每個(gè)模塊有兩個(gè)輸出通道，能夠滿足需要。 電源為220V交流電。選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因 素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接影 響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值 后，相應(yīng)的存儲器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，估因此，點(diǎn)數(shù)的增加對 CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時(shí)應(yīng)充分 考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。3、

12、PLC的輸入輸出端子分配接線圖四、機(jī)械手的PLC控制1、控制特點(diǎn)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。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。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)。以下是設(shè)計(jì)該機(jī)械手控制程序的步驟和方法。2、系統(tǒng)控制示意圖機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖1所示圖1機(jī)械手傳送示意及操作面板3、原理接線圖4、操作系統(tǒng)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，如圖3所示。其原理是:把旋鈕置于回

13、原點(diǎn)，X16接通，系統(tǒng)自動(dòng)回原點(diǎn)，丫5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。如果旋鈕置于自動(dòng)位置,（既X6常閉閉合、X7常閉打開）則程序執(zhí)行時(shí)跳過手動(dòng)程序，直接執(zhí)行自動(dòng)程序。5、回原位程序回原位程序如圖 4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M8043 置1。6、手動(dòng)單步操作程序如圖5所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。7、

14、自動(dòng)操作程序自動(dòng)操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖6所示。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)下降丫0,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)丫1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)丫2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2接通,狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23o S23驅(qū)動(dòng)丫3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)，再開始第

15、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)。&機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖如圖7所示。圖中從第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129行為自動(dòng)操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖3的操作系統(tǒng)運(yùn)行的?；卦怀绦蚝妥詣?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?；卦怀绦虿荒茏詣?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。五、態(tài)軟件界面1、原位

16、2、運(yùn)行中（上行、下行燈綠色為有效）3、PLC與組態(tài)軟件的連接組態(tài)軟件與PLC的連接使用的是設(shè)備目錄下的DDE，再從DDE中選PLC, PLC為西門子系列中的S7-200系列中的PPI方式。4、運(yùn)行程序工件y=工件y-2;次數(shù)=次數(shù)+1;if （次數(shù) >=120&& 次數(shù) <220）if （運(yùn)行標(biāo)志=1）if （次數(shù)>=0&&次數(shù)<50）上移信號=0;右移信號=1;機(jī)械手x=機(jī)械手X+1；工件X=工件X+1； 左爪=左爪+20/21;右爪=右爪+20/21;次數(shù)=次數(shù)+1;下移信號=1;機(jī)械手y=機(jī)械手y+2;次數(shù)=次數(shù)+1;if （次數(shù)

17、 >=50&& 次數(shù) <70） 下移信號=0;加緊信號=1;if （次數(shù) >=220&& 次數(shù) <270）左爪=左爪+1/21*5;右爪=右爪-1/21*5;右移信號=0;下移信號=1;機(jī)械手y=機(jī)械手y+2;工件y=工件y+2;次數(shù)=次數(shù)+1;次數(shù)=次數(shù)+1;if （次數(shù) >=70&& 次數(shù) <120）加緊信號=0;上移信號=1;機(jī)械手y=機(jī)械手y-2;if （次數(shù) >=270&& 次數(shù) <290） 下移信號=0；放松信號=1；左爪=左爪-1/21*5；右爪=右爪+1/21*5；次

18、數(shù)=次數(shù)+1；if （次數(shù) >=290&& 次數(shù) <340） 放松信號=0；上移信號=1；機(jī)械手y=機(jī)械手y-2; 次數(shù)=次數(shù)+1;if （次數(shù) >=340&& 次數(shù) <440） 上移信號=0；左移信號=1；機(jī)械手x=機(jī)械手x-1;左爪=左爪-20/21;右爪=右爪-20/21;次數(shù)=次數(shù)+1；if （次數(shù)=440）本站點(diǎn)本站點(diǎn)左移信號=0；次數(shù)=0；工件x=0;工件y=100;左爪=0；右爪=10/210*100;if （停止標(biāo)志=1） 停止標(biāo)志=0； 運(yùn)行標(biāo)志=0； 5操作面板（面板中有上行、下行行示燈，數(shù)字計(jì)下單位，檔位開關(guān)，單步按鈕。）六、實(shí)習(xí)總結(jié)近年來，機(jī)械手在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)較低、維護(hù)方便、速度