機(jī)械手加工PLC控制設(shè)計(jì)

1、摘要機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。 近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用， 機(jī)器人的研制 和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有 機(jī)結(jié)合。機(jī)械手是能夠模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定程序、軌跡和要求代替人 手抓（吸）取、搬運(yùn)工件或工具或進(jìn)行操作的自動(dòng)化裝置，它能部分 的代替人的手工勞動(dòng)。較高級(jí)型式的機(jī)械手，還能模擬人的手臂動(dòng)作， 完成較復(fù)雜的作業(yè)。在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手已被廣泛應(yīng)用，從而大 大地改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè) 生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。機(jī)械手雖

2、然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作 和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因 此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越應(yīng)用廣泛。機(jī)械手通常應(yīng)用于動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合來代替人的反復(fù)的操作，從而 節(jié)省人的勞動(dòng)，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制， 經(jīng)常被 應(yīng)用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的電氣及流水線控制， 而PLC以其可靠性高、抗干擾 能力強(qiáng)；控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)；編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便； 組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣；體積小、重量輕、功耗低等有點(diǎn)被 廣泛應(yīng)用于類似機(jī)械手的控制動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合，本設(shè)計(jì)正是以PLC控 制為基礎(chǔ)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)。關(guān)鍵字：機(jī)械手PLC控制機(jī)械

3、手加工PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、控制要求設(shè)計(jì)一個(gè)PLC控制的機(jī)械手加工系統(tǒng)，使其按表1的要求運(yùn)行。 操作方式分為手動(dòng)和自動(dòng)。自動(dòng)方式時(shí)機(jī)械手加工系統(tǒng)從任意點(diǎn)開 始，系統(tǒng)運(yùn)行將自動(dòng)地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。手動(dòng)方式又分為步 進(jìn)和周期。步進(jìn)操作每按一次相關(guān)按鈕機(jī)械手完成一定動(dòng)作后停止， 再按一次相關(guān)按鈕機(jī)械手再順序完成一定動(dòng)作后停止；手動(dòng)操作通過 按鈕對(duì)機(jī)械手的每步運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制；周期操作時(shí)機(jī)械手加工系統(tǒng) 從任意點(diǎn)開始，按一下相關(guān)按鈕機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期回到原點(diǎn)位 置自動(dòng)停止。系統(tǒng)還設(shè)有急停按鈕，在任何時(shí)候均可終止系統(tǒng)運(yùn)。時(shí)間（S）003344771313 1616 1717 2020 26機(jī)械手

4、原點(diǎn)下降夾緊上升右移下降放松上升左移旋臂原點(diǎn)原點(diǎn)原點(diǎn)原點(diǎn)右旋靜止靜止靜止左旋鉆機(jī)不工作不工作不工作:不工作不工作鉆進(jìn)暫停退鉆不工作工件夾具原點(diǎn)原點(diǎn)原點(diǎn)原點(diǎn)夾緊保持保持保持放松傳送帶:停止停止停止:停止停止停止停止:停止運(yùn)行二、PLC的選型1、輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10% 20%的可擴(kuò)展2、存儲(chǔ)器容量的估算存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小， 因此程序容量 小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程 序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的， 需在程

5、序調(diào)試之后才知道。 為了設(shè)計(jì)選 型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式， 許多文獻(xiàn)資料中給出了不同 公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點(diǎn) 數(shù)的 100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)( 16位為一個(gè)字)，另外再按 此數(shù)的 25%考慮余量。3、控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和 處理速度等特性的選擇。(1) 運(yùn)算功能簡(jiǎn)單PLC的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通PLC的運(yùn) 算功能還包括數(shù)據(jù)移位、 比較等運(yùn)算功能； 較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn) 算、數(shù)據(jù)傳送等；大型PLC中還有模擬

6、量的PID運(yùn)算和其他高級(jí)運(yùn) 算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在 PLC中都已具有通信功能，有 些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通 信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。 設(shè)計(jì)選型 時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)， 合理選用所需的運(yùn)算功能。 大多數(shù)應(yīng)用 場(chǎng)合， 只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測(cè)和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算等。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算。(2) 控制功能控制功能包括 PID 控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場(chǎng) 合常

7、采用單回路或多回路 控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專 用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能， 提高PLC的處理速度和 節(jié)省存儲(chǔ)器容量。例如采用PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償 的模擬單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。(3) 通信功能大中型PLC系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議(如 TCP/IP)， 需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)(TCP/IP)相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE 通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。PLC系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口(RS2232C/422A/423/485)、RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用 DCS接 口等；大中型PLC通信總線(含接口設(shè)備和電纜)應(yīng)1：

8、 1冗余配置， 通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求。PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級(jí)的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps通信負(fù)荷不大于60% PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：1)PC 為主站，多臺(tái)同型 號(hào)PLC為從站，組成簡(jiǎn)易PLC網(wǎng)絡(luò)；2) 1臺(tái)PLC 為主站，其他同型號(hào)PLC為從站，構(gòu)成主從式PLC網(wǎng)絡(luò)；3) PLC網(wǎng) 絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型 DCS中作為DCS勺子網(wǎng)；4)專用PLC 網(wǎng)絡(luò)(各廠商的專用PLC通信網(wǎng)絡(luò))。為減輕CPUS信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通 信功能的(如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng))通信處理器。(4) 編程功能離線編程方式：

9、PLC和編程器公用一個(gè)CPU編程器在編程模式時(shí)， CPL只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編 程器切換到運(yùn)行模式，CPI對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離 線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式： CPU和編程器有各自的CPU主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描 周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送 到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成 本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC中常采用。(5) 診斷功能PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判 斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分

10、內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì) PLC的CPU與 外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求,并影響平均維修時(shí)間。(6) 處理速度PLC采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好， 如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則PLC將掃描不到該信號(hào)，造成信 號(hào)數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長(zhǎng)度、CPL處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，PLC接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約0.20.4LS , 因此能適應(yīng) 控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期(處理 器掃描周期)應(yīng)

11、滿足：小型 PLC的掃描時(shí)間不大于0.5ms/K;大中型 PLC的掃描時(shí)間不大于 0.2ms/K。4、機(jī)型的選擇(1) PLC 的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPI字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64 位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控 制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活， 一般用于大中型控制系統(tǒng)。(2) 輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)

12、一。 例如對(duì)輸入模塊， 應(yīng) 考慮信號(hào)電平、 信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。 對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的 輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具 有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅 輸出模塊適用于開關(guān)頻繁， 電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合， 但價(jià)格較貴， 過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等， 與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求， 合理選用智能型輸入輸出模塊， 以便提高控制水平 和降低應(yīng)用成本。(3) 電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要 求設(shè)計(jì)和選用外，一般 PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，

13、與 國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。 重要的應(yīng)用場(chǎng)合， 應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源 供電。如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。 為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極 管或熔絲管隔離。（4）存儲(chǔ)器的選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 PLC的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)I/O 點(diǎn)至少選 8K 存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大， 檔次更高的存儲(chǔ)器。（5）冗余功能的選擇1控制單元的冗余 重要的過程單元：CPU（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng)1B1

14、冗余。 在需要時(shí)也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重 化或 3 重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等。2 I/O 接口單元的冗余1）控制回路的多點(diǎn) I/O 卡應(yīng)冗余配置。2）重要檢測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn) I/O 卡可冗余配置。3）根據(jù)需要對(duì)重要的 I/O 信號(hào)，可選用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口 單元。(6) 經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇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(duì)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(chǔ)器容量、機(jī)架、 母板等也要相

15、應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì) CPI選用、存儲(chǔ)器容量、 控制功能范圍等選擇都有影響。 在估算和選用時(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。綜合上述考慮，我們組將最終選擇歐姆龍。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、梯形圖根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)好程序梯形圖，梯形圖如下：11.DOHkl-11.D0<410 05id. asD. 05機(jī)拡手弄累機(jī)械羊上穆D.S37LW0OB7LW0OB44|打皿*1甘*37735510. OS4 4機(jī)冷址琴V L0.D510. D5 i| A機(jī)譚右睜r 1Q.0T10.0&11/1機(jī)洛b緊V LO.OS10.05:r wnvjyfw#* e j:r wnvjyf

16、wm e jin械手融0.CMTIWOOOriwooomootriMgooL0.05-VFLO. DE-M-n«mili.aoH/1-TIMME10.05-kl-ll.ooT -10. 12-o-走時(shí)器機(jī)械手左體10. OBO10 01-Oio. IDo10.03Oia doO右移夾鎏機(jī)Bt手強(qiáng)松00110 QO-o-*LD10.01-O-nnL1Q3上升下暉TH寶時(shí)器設(shè)蠱值設(shè)誥tfi1 11 O上”TIN002 | |L1.D0 1彳1 1K 1TIH走時(shí)吾cmHso-iMMriNOOihmooz忸械手右移tiboozTINOM-M-0 05ki嘰供于右移 05M山械手右移IIBZ

17、G31111303ii. ao-M-j 1 aoV4id as-M-TINOKH/1-0 (B機(jī)煤ia. ns-O-la. tnOia. na0ia na-o-la. eg-o右移詡寸吾呂下降諷詁進(jìn)0. 06rTwooi d IrnjaD'i T HriNOOEL1 00-VbTIIDOB-PFn.aoH/1-Tin機(jī)械手刑松設(shè)劇直走時(shí)譽(yù) 定時(shí)器號(hào)定時(shí)33 定時(shí)譽(yù)號(hào)W直吞棉簾匱（毗+D）10 ®機(jī)械宇上移八IIHDD5TimorI |1 1k 1UBix)&n w20W1 1L* 1L0.03-o-上升o.oi退枯riNL0.-O-走時(shí)蠱號(hào)1SB1S2、線路連接及效果

18、首先按照梯形圖連接線路，線路連接及效果如圖P0100自動(dòng)運(yùn)行P0201急停P0302恢復(fù)自動(dòng)PH0103機(jī)械手下降PH0204機(jī)械手上升PH0305機(jī)械手右移PH0406機(jī)械手左移PH0507機(jī)械手夾緊PH0608機(jī)械手放松C0MS1COMS2接地C0MS1GND接地1LGND接地1M24V接通電源3、操作按第一步連接好電路圖后，單擊 PLC在線工作 彈出窗口是否連接PLC （選擇是）點(diǎn)擊傳送到PLC則可進(jìn)行相應(yīng)的操作操作說明1）按自動(dòng)運(yùn)行按鈕，電路圖將按照題設(shè)要求周期性運(yùn)動(dòng)2）按急停按鈕，整個(gè)程序?qū)⑼Ｖ构ぷ鳌?）按恢復(fù)自動(dòng)按鈕，整個(gè)程序?qū)⒃谕Ｖ构ぷ骱罄^續(xù)回復(fù)周期性運(yùn)動(dòng)。4）按下降按鈕，機(jī)械手

19、下降要求將被執(zhí)行。5）按上升按鈕，機(jī)械手上升要求將被執(zhí)行。6）按右移按鈕，機(jī)械手右移要求將被執(zhí)行。7）按左移按鈕，機(jī)械手左移要求將被執(zhí)行8）按夾緊按鈕，機(jī)械手夾緊要求將被執(zhí)行9）按放松按鈕，機(jī)械手放松要求將被執(zhí)行四、I/O分配表I端O端名稱地址名稱地址啟動(dòng)0.00下降10.00下到位0.03夾緊10.01上到位0.04右行10.06右到位0.05下降10.00下到位0.03放松10.10上到位0.04左行10.12五、I/O接線圖左邊右邊P0100P0201P0302PH0103PH0204PH0305PH0406PH0507PH0608六、內(nèi)部元件分配表I端O端名稱地址名稱地址常開觸點(diǎn)10.

20、05 0.06線圈10.050.05 0.0710.12 10.060.08 0.0410.01 10.100.03 TIM00010.03 10.000.0010.07 10.08TIM00110.09TIM002 TIM00310.11 10.12TIM004 TIM00510.13 10.14TIM006 0.0110.15 11.000.0211.01常閉觸點(diǎn)11.00定時(shí)器TIM 000 #30TIM003 10.05TIM 001 #10TIM001 TIM002TIM004TIM005TIM006TIM007TIM00811.01TIM 002 #30TIM 003 #50TIM 004 #30TIM 005 #10TIM 006 #30TIM 007 #30TIM 008 #10七、系統(tǒng)電氣原理圖1、氣動(dòng)系統(tǒng)控制原理圖氣動(dòng)系統(tǒng)控制原理圖2、結(jié)合氣動(dòng)系統(tǒng)和原理要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)工作流程圖I廠蘇、v1上到應(yīng)回總點(diǎn)上更陋君行000卜脳憐機(jī)械手工作流程圖/上下L1升廠VI "竝|二|定時(shí)叫經(jīng)過一周的奮戰(zhàn)我的PLC實(shí)訓(xùn)終于完成了。在沒有做PLC實(shí)訓(xùn)以前覺得PLC 實(shí)訓(xùn)只是對(duì)這一學(xué)期所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)， 但是通