畢業(yè)設(shè)計論文

1、常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）作 者： 胡圣澤 學(xué) 號： 41370128 院 部： 電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 工業(yè)機器人 題 目： 基于PLC控制的工業(yè)機器人搬運系統(tǒng) 校內(nèi)指導(dǎo)教師： 劉凱企業(yè)指導(dǎo)教師評閱者： 2016年 5月 畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要在工業(yè)自動化領(lǐng)域,可編程控制器(PLC)、機器人和CAD與CAM成為自動控制的三大技術(shù)支柱,在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用。目前工業(yè)機器人由設(shè)計開 發(fā)到應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普及,且絕大部分自帶了控制器。但是,隨著PLC技術(shù)的快速發(fā)展,特別是運動控制和網(wǎng)絡(luò)功能的加強,PLC已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對機器人的控制,因此對基于PLC控制的工業(yè)機器人系統(tǒng)進行研究并實現(xiàn)兩

2、者之間的通訊交互并控制就顯得十分必要。關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人 PLC 通訊 控制目錄1、引言12、 機械手與PLC通訊系統(tǒng)組成22.1 安川機械手MH5F的介紹22.2 永宏P(guān)LC的介紹22.3 機械手與PLC通訊系統(tǒng)工作流程的介紹32.4 機械手與PLC通訊系統(tǒng)所需設(shè)備及工具43、 機械手與PLC通訊系統(tǒng)的組裝及接線63.1 PLC的接線63.2 機械手的接線73.3 機械手與PLC通訊系統(tǒng)的總接線84、 機械手與PLC通訊系統(tǒng)的編程104.1 機械手的編程104.2 PLC的編程115、 機械手與PLC通訊系統(tǒng)的試運行及整體分析145.1 試運行145.2 整體的分析及改進14結(jié)論16致謝17

3、參考文獻18附錄19附錄1 FS100通用I/O信號接線圖19附錄2 FS100通用信號用途I/O信號定義、接線圖201 引言研究機械手與PLC的通訊，其主要目的是為了提高自己對PLC和機械手的使用能力。其中，少不了對PLC以及機械手運行軌跡的編程，因此我也必須先熟悉該機械手和該PLC的編程習(xí)慣。由于我的專業(yè)就是工業(yè)機器人，而且研究所用的機械手也是我平時常用的安川機械手，所以機械手的編程不在話下。但是PLC的話并不是以前在學(xué)校用的歐姆龍PLC，而且運行PLC的的設(shè)備也并沒有學(xué)校的那么完善，所以有些沒有的器材還是得自己買，有些PLC的編程資料還是得網(wǎng)上搜一搜。機械手與PLC的連接通訊首先要明確系

4、統(tǒng)中需要通訊的I/O點數(shù)來確定兩者之間用幾根信號線相連。然后根據(jù)系統(tǒng)所需的工作流程以及要達到的目的來給PLC和機械手編程。最后將這些程序進行試運行并進行修改直到達到目的為止。通過這次的研究，我相信我能更深入的了解PLC以及對機械手的擴展功能的使用，而不單單是機械手走走軌跡那么初級。這次的研究都是基于我實習(xí)所在的單位設(shè)備較為齊全的基礎(chǔ)上建立的。2、 機械手與PLC通訊系統(tǒng)組成2.1 安川機械手MH5F的介紹工業(yè)機器人是典型的機電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品，在許多生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)μ岣呱a(chǎn)的自動化水平，提高勞動的生產(chǎn)速率、產(chǎn)品的質(zhì)量、經(jīng)濟的效益及改善工人的作業(yè)條件等反面起到不可替代的作用。目前，隨著科學(xué)和技術(shù)的進

5、步，工業(yè)機器人正向第三代智能型工業(yè)機器人發(fā)展，其特點是:不但能高度自適應(yīng)不同的作業(yè)環(huán)境，而且還具有自我學(xué)習(xí)和決策控制能力。MH5F是安川YASKAWA的一款通用型小型6軸機械手，其6軸的分布見圖2-1。其中MH代表通用型；5則指它的負(fù)載是5公斤；F代表控制柜是FS100。圖 2-1 機械手6軸示意圖如果要實現(xiàn)PLC與機械手控制的話必須得了解MH5F的控制柜FS100的信號接線圖。信號接線圖詳見附錄1。2.2 永宏P(guān)LC的介紹當(dāng)前我國對工業(yè)機器人的發(fā)展戰(zhàn)略己經(jīng)調(diào)整，工業(yè)機器人的驅(qū)動系統(tǒng)也已 經(jīng)由早年的直流伺服驅(qū)動全面轉(zhuǎn)向數(shù)字式伺服驅(qū)動。隨著PLC 技術(shù)的發(fā)展，特別是在運動控制和網(wǎng)絡(luò)功能的加強，P

6、LC已完全實現(xiàn)對伺服系統(tǒng)的控制，井且隨著軟件優(yōu)勢，PLC在運動控制反面的功能不斷加強，可實現(xiàn)多軸運動的協(xié)調(diào)控制、PLC對機器人的控制己完全可以現(xiàn)實。因此本課題工業(yè)機器人采用PLC 控制。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)順序控制，他按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。而一個合格的PLC編程員不能只會使用一種品牌的PLC，要拿到任何牌子的PLC都能很熟練的使用。雖然臺灣永宏P(guān)LC不是什么歐姆龍、西門子、三菱大品牌，不過拿來練手永宏足矣（因為實習(xí)的公司只有這種PLC，因為可以免費使用，所以就用永宏的）

7、。永宏P(guān)LC的詳情見下圖 圖2-2的介紹。圖2-2 永宏P(guān)LC端子示意圖通過百度了解到，電腦與PLC的傳輸所需的傳輸線為USB-FBS-232PO，目前我公司沒有該線，所以只能淘寶上買了一根。該PLC使用的電源是交流220v電源，因此不必在去買24v電源了。至于研究過程中需要用到的信號線，公司里有。2.3 機械手與PLC通訊系統(tǒng)工作流程的介紹系統(tǒng)的工作流程重要分幾部分以下幾部分：1. 工件臺上有個傳感器檢測有沒有工件，有工件則傳感器給PLC一個有工件信號。2. PLC收到信號后給電磁閥一個氣爪張開信號，氣爪張開后反饋到PLC，再由PLC給機械手動作到工件那里的信號，機械手運行到位后再反饋給PL

8、C一個到位信號。3. PLC收到到位信號以后再給控制氣爪的電磁閥一個閉合信號，然后氣爪閉合夾取工件，氣爪閉合后反饋一個氣爪閉合的信號給PLC，然后PLC再給機械手拿起工件搬到另一個工件臺的信號。4. 機器人收到信號，把工件搬到另一個工件臺然后反饋給PLC一個到位，然后PLC給電磁閥一個放開氣爪的信號，氣爪放開工件后再次反饋一個信號給PLC，然后PLC再給機械手一個移回工作遠點的信號。5. 機械手回到原點后再給PLC一個到位信號。通過上面5部分的介紹，可以知道PLC上需要用到6個輸入5個輸出，機械手需要用到3個輸入3個輸出。因此，我可以先把機械手的控制柜和PLC上的要用到的I/O先接上，然后進行

9、信號校對，最后給PLC和機械手編程調(diào)試。2.4 機械手與PLC通訊系統(tǒng)所需設(shè)備及工具表2-1 研究所需的設(shè)備器材工具清單設(shè)備數(shù)量單位擁有狀況機械手一整套1臺已有永宏P(guān)LC1個已有電磁閥1個已有電烙鐵及焊絲1套已有信號線和電源線若干跟已有傳感器4個已有夾爪1個已有空氣壓縮機1臺已有氣管若干根已有續(xù)表氣管轉(zhuǎn)換接頭若干個已有USB-FBS-232PO1根網(wǎng)購萬能表1個已有50pin插頭1個已有十字螺絲刀1把已有剝線鉗1把已有能編程序的電腦1臺已有工件若干個已有3、 機械手與PLC通訊系統(tǒng)的組裝及接線 3.1 PLC的接線給PLC接線之前必須得先了解PLC上的每個端子上面的字母說表示的意思。我通過查閱

10、相關(guān)資料,已對永宏P(guān)LC的接線端子有了相關(guān)的了解:IN:圖3-1 永宏P(guān)LC輸入說明圖1. 24v電源,可以給外部設(shè)備提供24v電源。2. S/S公共端,如果要用到3部分的輸入接口的話此公共端必須也接上。如果公共端接在24v+上,那X0X11的輸入則是低電平有效;如果公共端與24-相連,則X0X11的輸入是高電平有效。3. 普通的輸入,可接12個輸入信號。說明：圖中3個帶·的端子目前用途不明。 因為目前研究用不到所以就沒有深入了解。OUT:圖3-2 永宏P(guān)LC輸出說明圖1. 接地端子。2. 交流240v電源,可直接接個兩孔插頭擦在家用插座上。3. PLC輸出端子及其相應(yīng)的公共端。CO

11、為Y0和Y1的公共端;C2為Y2和Y3的公共端;C4為Y4和Y5的公共端;C6為Y6和Y7的公共端。意思就是說如果要用到Y(jié)0或Y1則其相應(yīng)的公共端C0也必須接。當(dāng)然，如果公共端接在24v-則相應(yīng)的兩個輸出只能輸出高電平有效；反之接在24v+則低電平有效。3個·的目前依然不知道用途。因為目前研究用不到所以就沒有深入了解。既然知道了各個端子的用途后就可以開始動手接了。根據(jù)我們所需要用到的輸入輸出數(shù)量只需要接輸入X0X5、輸出Y0Y4、AC240的L和N、公共端S/S、C0、C2、C4以及24v電源輸出的正負(fù)。其中C0、C2、C4分別都與24v-相接，S/S與24v-相接，另外在接交流24

12、0v供電電源。接好之后的示意圖如下圖：圖3-3 永宏P(guān)LC最終接線圖 3.2 機械手的接線給機械手接線的話得先參考機械手所用的控制柜的使用說明書。我們用的控制柜是FS100的，其控制柜的接線圖請參考附錄1。根據(jù)附錄1，我們可以知道機械手的接線并不是像PLC那樣簡單，機械手的接線還需要專用的插頭并焊信號線。通過查閱相關(guān)資料得知，接線需要用到50pin插頭，因為我實習(xí)所在公司是專門銷售減速機伺服電機的，所以這種插頭公司倉庫有。我通過向倉管申請要到了一個?；剡^頭來看附錄1，根據(jù)附錄1可知，我們需要焊的針腳有：1、2、3、6、11、12、13、26、27、36、37。其中，1號針腳和11號短接，6號針

13、腳和36號短接，其余的分別和PLC連接的。現(xiàn)在我們來查看一下50針插頭是怎么樣的。圖3-4 50PIN插頭陣腳圖從圖中可知，50pin插頭有4排針腳，仔細(xì)看的話還可以看到每排兩端都有相應(yīng)的數(shù)字標(biāo)號標(biāo)明了兩端的針腳號。接下來，就可以開始焊線了。焊線的話大一的時候在機器人社團焊過單片機的最小系統(tǒng)，之后就再也沒怎么焊過。不過焊過總比沒焊過好。（焊線的時候注意不要被烙鐵燙傷）焊好之后的示意圖如下圖：圖3-5 50PIN插頭最終焊接示意圖線焊好后將插頭插入機械手控制柜里的CN1口。3.3 機械手與PLC通訊系統(tǒng)的總接線 將50pin插頭中從2、3、27號針腳引出來的信號線分別與PLC的輸出端的Y0、Y1

14、、Y2相連，12、13、37針腳引出來的信號線分別與PLC的X0、X1、X2相連。然后PLC的X3連工件臺上檢測工件的傳感器，X4、X5分別接電磁閥的開關(guān)的反饋信號。PLC的Y3、Y4分別連電磁閥的開關(guān)信號。當(dāng)所有的線都接好后檢查一遍，確認(rèn)無誤后開始通電測試。開機之后，手拿著機械手的示教器，按示教器上面的要求開機。開機后，開始測試PLC與機械手控制柜進行信號通訊測試。通過一些簡單的強制、取消強制的測試，通訊并沒什么問題，通過檢查，傳感器與PLC之間的收發(fā)信號也沒問題。那接下來就可以安裝固定一些硬件設(shè)施。固定硬件設(shè)施其實就是安裝傳感器，把夾爪固定在法蘭盤上之類的。由于夾爪與機械手法蘭盤不好直接連

15、接，所以用了個法蘭盤轉(zhuǎn)接盤。然后將電磁閥安裝在機械手的U軸和L軸的連接出上方并固定。然后連接電磁閥與機械手內(nèi)部的氣體傳輸口，機械手底部的氣體連接口通過氣管轉(zhuǎn)換接頭與空氣壓縮機相連。弄完之后打開空氣壓縮機開始測試氣爪的閉合?？諝鈮嚎s機由于是第一次使用（學(xué)校里的都是老師開的只知道有氣就行沒氣問老師），自己對此一竅不通，于是上網(wǎng)搜索這一型號查閱相關(guān)資料后又搗鼓了半天，空氣壓縮機終于嗚嗚的響了，剛開始還被嚇了一跳。聽過測試，氣爪的開閉也沒問題，那就可以進行下一步的編程了。4、 機械手與PLC通訊系統(tǒng)的編程4.1 機械手的編程既然到了編程，我們就有必要回到回顧一下第二章的2.3的系統(tǒng)工作流程了，因為我們

16、的編程必須一步步的根據(jù)流程來。其流程圖如下圖所示：圖4-1 機械手編程流程圖首先，機械手等待PLC給的運動到工件那里的輸入信號01，當(dāng)輸入信號01為ON的時候機械手開始運動到工件的位置，到了位置后輸出輸出信號01=ON給PLC，然后再次等待PLC給的把工件搬運到工件臺的輸入信號02，當(dāng)輸入信號02為ON的時候機械手便把工件搬到工件臺，到了工件臺后輸出一個到位的輸出信號02=ON，最后等待PLC給機械手的回到原點的輸入信號03，當(dāng)輸入信號03為ON時機械手就回到原來的位置。下面我就把示教器上編號的程序拿出來分析。表4-1 機械手程序示意表行點位命令解釋續(xù)表0000NOP開始00010001MOV

17、J VJ=40.00位置1（原點）0002WAIT IN#(01)=ON等待PLC給的輸入信號IN01=ON00030002MOVJ VJ=40.00位置200040003MOVL V=200.00位置3（工件的位置）0005DOUT OT#(01)=ON輸出到位信號OUT01=ON給PLC0006WAIT IN#(02)=ON等待PLC給的輸入信號IN02=ON00070004MOVL V=200.00位置400080005MOVJ VJ=40.00位置500090006MOVJ VJ=40.00位置600100007MOVJ VJ=40.00位置700110008MOVL V=200.00

18、位置8（工件臺）0012DOUT OT#(02)=ON輸出到位信號OUT02=ON給PLC0013WAIT IN#(03)=ON等待PLC給的復(fù)位信號IN03=ON00140009MOVL V=200.00位置900150010MOVJ VJ=40.00位置10（原點）0016DOUT OT#(03=ON)輸出到位信號OUT03=ON給PLC0017END結(jié)束這么解釋下來，其實機械手的編程還是挺簡單的，也就是一步步的插點，然后到了哪一步該發(fā)出什么信號或是做其他的什么都只需在這點后面直接插入相應(yīng)的命令即可。通過上網(wǎng)查資料后，我了解到，其實目前市場上一些主流的機械手的編程方式都是大同小異的插點編程

19、，而且就連點的插補也都有關(guān)節(jié)、直線、圓弧、曲線的四大方式。4.2 PLC的編程既然到了PLC的編程就必須用到上文中提到的USB-FBS-232PO電腦與PLC的連接線纜。購買這根線纜的時候附贈了線纜的使用光盤，通過閱讀里面的相關(guān)信息，安裝好了相應(yīng)的驅(qū)動。永宏的PLC編程軟件早已經(jīng)在電腦上饑渴難耐了，接下來就是測試PLC和電腦到底能不能通訊成功。我先是將PLC與電腦連好，然后在編程軟件上寫了一段程序，然后把PLC通電，通電后把程序?qū)氲絇LC里。發(fā)現(xiàn)PLC與電腦通訊沒問題，通過強制輸出PLC也有相應(yīng)的輸出信號。所以通訊是沒問題了。接下來是它的編程，同樣的，還是先回到第二章的2.3看看系統(tǒng)工作流程

20、并且把流程還是以流程圖的形式展現(xiàn)出來。圖4-2 PLC編程流程圖IN11:傳感器給PLC有工件的輸入信號；IN12:傳感器檢測氣爪張開的輸入信號；IN13:機械手到位后給PLC的輸入信號；IN14:傳感器檢測到氣爪閉合的輸入信號；IN15:機械手搬完工件給PLC的輸入信號；IN16:機械手回到原點的輸入信號。OUT11: PLC控制氣爪張開的輸出信號；OUT12: PLC給機械手運動到工件位置的輸出信號；OUT13:PLC控制氣爪閉合的輸出信號；OUT14:PLC給機械手開始搬運工件的輸出信號；OUT15:PLC給機械手回到工作原點的輸出信號。 可以發(fā)現(xiàn)，PLC的流程圖跟機械手的大不相同。這是

21、因為，機械手的編程是從上往下一步一步的運行過來的，而PLC的是可以先運行下面的，在運行上面的，還可以同時運行。這主要取決于PLC的是梯形圖的編程方式，而機械手不是。下面是我編的程序梯形圖:圖4-3 PLC程序梯形圖程序編完后，感覺這程序有點單調(diào)，總覺得有點問題。再三思考后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)初始狀態(tài)時，氣爪是閉合的，也就是X4起初是閉合狀態(tài)，所以曾考慮過PLC直接輸出Y4會不會造成機械手直接進行搬運的程序。但后來又發(fā)現(xiàn)其實根本不會發(fā)生這樣的問題，因為機械手的運行方式?jīng)Q定了不先有前面的輸出信號Y2的話程序是運行不到下面的。所以這個問題是我多慮了。那么就可以將程序傳到PLC里，開始將整個小型工作站試運行看看效

22、果，如果有什么不對或錯誤的地方等待進一步的改進。5、 機械手與PLC通訊系統(tǒng)的試運行及整體分析5.1 試運行把機械手通電，然后根據(jù)示教器上的要求按住和放開背面的使能開關(guān)，并把PLC也上電，檢查一切裝置后，并沒有發(fā)現(xiàn)問題。我們就可以開始把機械手轉(zhuǎn)到再現(xiàn)模式，然后按下示教器上面的綠色啟動按鈕。發(fā)現(xiàn)沒有任何的動作，一切正常。于是我拿一個工件放在光電傳感器前面的一個固定臺上，放好后可以立即看到機械手已經(jīng)開始朝工件的位置運行。到位后，夾爪立馬夾住了工件并開始搬運，搬運到工件臺后，也就立馬的放開了并回到了工作原點。5.2 整體的分析及改進根據(jù)上面的結(jié)果描述，可以很明顯的分析出這個系統(tǒng)的優(yōu)點及缺點。下面我就

23、簡要的說明下這個系統(tǒng)的優(yōu)缺點。優(yōu)點：1 系統(tǒng)反應(yīng)速度快。系統(tǒng)之間的信號傳輸快，反應(yīng)也快；2 系統(tǒng)整體簡單，易懂易操作，即使出現(xiàn)錯誤也容易分析原因；3 系統(tǒng)的擴展性高，機械手還可以接外部啟動、外部暫停、外部急停，PLC還可以接擴展的I/O輸入輸出。缺點:1. 系統(tǒng)反應(yīng)過快，機械手到位后就立馬夾取或扔下工件容易損壞工件。2. 系統(tǒng)過于簡單，沒有外部控制裝置，感覺系統(tǒng)單調(diào)。3. 程序缺少循環(huán)的命令，搬一次工件要按一次示教器上的啟動按鈕才能搬下一次。改進：1.在機械手的程序里的兩個到位信號的輸出前面分別插入一個短暫的延時命令TIMER T=0.2;2.在機械手的程序里面的開始命令后加一個跳轉(zhuǎn)標(biāo)簽命令*

24、L，然后結(jié)束命令前面加一個跳轉(zhuǎn)的命令JUMP *L。即程序運行完一次后不會運行到END的命令而會跳轉(zhuǎn)回到初始位置的標(biāo)簽*L的位置；3.系統(tǒng)缺少外部的控制方式，我們就接幾個外部的控制。接一些外部控制的按鈕還需要重新焊一個50針的插頭，其接線圖見附錄2。焊線凡是跟前面的焊信號線的方式一樣。不過接了外部控制的那些的話，就需要額外的設(shè)備和工具了。其中包括了啟動按鈕、停止按鈕、急停按鈕等。結(jié)論 工業(yè)機器人自60年代問世以來，經(jīng)過了40多年的發(fā)展。己廣泛用于各個土業(yè)領(lǐng)域，成為制造業(yè)生產(chǎn)自動化中主要的機電一體化設(shè)備，基于PLC控制的工業(yè)機器人，關(guān)節(jié)驅(qū)動采用交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其控制器采用PLC。本文分析了工 業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)，提出PLC控制和交流伺服控制的優(yōu)勢，對控制系統(tǒng)進行了設(shè)計，最終實現(xiàn)了基于PLC的工業(yè)機器人系統(tǒng)的運動控制。機械手與PLC通訊系統(tǒng)的研究主要取得了如下結(jié)果:（1）機械手與PLC通訊系統(tǒng)分析了工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)和設(shè)計要求，完成了基于PLC控制的上業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計。（2）控制器是工業(yè)機器人的核心部分，在全面分析了工業(yè)機器人控制器的基礎(chǔ)上確定采用PLC作為本課題中工業(yè)機器人