一種搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、 . . . 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）一種搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)23 / 27一種搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：在太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)過(guò)程中需要一種運(yùn)用真空吸盤結(jié)構(gòu)的搬運(yùn)機(jī)械手，以解決生產(chǎn)過(guò)程中所存在的工作效率低和工人勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大的問題。該機(jī)械手的控制系統(tǒng)是由PLC（可編程控制器）、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)氣缸構(gòu)成的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)PLC程序采取模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用組態(tài)軟件對(duì)控制面板進(jìn)行組態(tài)，通過(guò)串行端口建立PLC與控制面板之間的通訊，實(shí)現(xiàn)PLC與控制面板對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的聯(lián)合控制。應(yīng)用結(jié)果表明，搬運(yùn)機(jī)械手與其控制系統(tǒng)具有較好的交互性與靈活性且機(jī)械手自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定可靠達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。關(guān)鍵詞

2、：PLC；伺服控制；機(jī)械手；控制面板；太陽(yáng)能電池組件A kind of transport manipulator PLC control system designAbstract：A kind of transport manipulator which uses vacuum cups structure is required in the solar cell module production to solve the problem of the existence of the low work efficiency and the large physical labor i

3、ntensity.The control system is set up based on PLC and driving cylinder by servo motor.Modulation is adopted for the design of PLC program and the control panel is configured by the configuration software.the result shows that the transport manipulator and its control system have goodinteraction and

4、 flexibility and automaticoperationprocess isstable and reliable, finally,reaches the desired design purpose.Key Words： PLC;servo control; manipulator; control panel; solar cell module目錄1 緒論11.1  國(guó)外機(jī)械手的研究現(xiàn)狀與其意義11.2  研究思路與主要容12 搬運(yùn)機(jī)械手整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22.1 搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)要求22.2 搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23 機(jī)械手 PLC

5、 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)33.1 機(jī)械手控制的基本工藝和控制要求33.2 控制面板的設(shè)計(jì)53.3  機(jī)械手 PLC 控制的硬件設(shè)計(jì)53.3.1 PLC 的選型63.3.2   輸入/輸出端子地址分配63.3.3   電氣元件的選擇73.3.4   控制系統(tǒng)的外部接線圖103.4 程序設(shè)計(jì)113.4.1  PLC 的程序設(shè)計(jì)思想113.4.2  系統(tǒng)的程序流程圖113.4.3 機(jī)械手控制系統(tǒng)主程序143.4.4  自動(dòng)模式下步進(jìn)控制子程序153.4.5 自動(dòng)

6、模式下單周期控制子程序163.4.6   自動(dòng)模式下連續(xù)控制子程序183.4.7   手動(dòng)操作控制子系統(tǒng)194 結(jié)論20參考文獻(xiàn)21 辭221 緒論1.1  國(guó)外機(jī)械手的研究現(xiàn)狀與其意義國(guó)機(jī)械的主流運(yùn)用方向由于在許多方面，如性能，品種都不能滿足當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，所以國(guó)主要是逐步增大機(jī)械手運(yùn)用的圍。最主要的是發(fā)展鑄造、熱處理方向的機(jī)械手，以此來(lái)降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)環(huán)境條件。在采用這些專用機(jī)械手的過(guò)程中，還要發(fā)展相應(yīng)的通用機(jī)械手，并且要提高機(jī)械手運(yùn)行速度，減少重進(jìn)，能夠做到準(zhǔn)確定位，以便更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用1。除此之外，還要

7、加大力度研究伺服型、記憶再現(xiàn)型和擁有觸覺、視覺性能的機(jī)械手，同時(shí)考慮與計(jì)算機(jī)并用，逐漸變成機(jī)械制造系統(tǒng)中一個(gè)基本單元。由于國(guó)外在機(jī)械手運(yùn)用方面起步比較早，發(fā)展也相當(dāng)不錯(cuò)，所以整體來(lái)看要比國(guó)要成熟許多。海外重點(diǎn)研制的是具備某種智能的機(jī)械手，該種機(jī)械手能夠根據(jù)環(huán)境中某種因素的變化迅速做出反應(yīng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與擬定的路線位置有偏差時(shí)，能夠自行檢測(cè)到并且可以快速更正，現(xiàn)在著重研究的是機(jī)械手的視覺和觸覺功能。截至目前已經(jīng)取得了一定的成績(jī)2?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，如果只靠人力將間斷的生產(chǎn)工序連接起來(lái)，不僅浪費(fèi)時(shí)間而且效率也不高。而且人力勞動(dòng)沒有百分之百的安全保障，有時(shí)也會(huì)發(fā)生失誤或其他意外情況，并且人力勞動(dòng)強(qiáng)度大

8、，不需要多久就會(huì)感到勞動(dòng)疲勞。我們可以明顯看出來(lái)這樣會(huì)嚴(yán)重降低生產(chǎn)效率并且嚴(yán)重影響工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手的發(fā)展和運(yùn)用就很好的解決了人力勞動(dòng)存在的問題，在解決問題的同時(shí)，也為工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)提供了許多方便，機(jī)械手使用的意義如下：第一，能夠提高勞動(dòng)效率，減少工業(yè)生產(chǎn)中的生產(chǎn)成本，提高工業(yè)自動(dòng)化以與機(jī)械化程度。第二，能夠在工作環(huán)境比較惡劣的工作場(chǎng)合完成人工直接操作所根本不可能完成的任務(wù)，不僅能夠改善勞動(dòng)環(huán)境條件，還能有效避免發(fā)生人身事故。同時(shí)，在簡(jiǎn)單但又需要從復(fù)操作作業(yè)中，機(jī)械手能夠避免因?yàn)橛捎谌说牟僮髌诙斐傻娜松鹿?。第三，可以?jié)約人力資源，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)，而且機(jī)械手比人工有更加持久的工作時(shí)

9、間3。1.2  研究思路與主要容基于PLC控制的機(jī)械手在太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)過(guò)程中的運(yùn)用的研究，包括兩個(gè)部分的主要容，既有對(duì)機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，也包含了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)將設(shè)計(jì)的兩個(gè)部分完美的連接起來(lái)才能達(dá)到精確的工業(yè)控制要求。本文進(jìn)行了搬運(yùn)機(jī)械整體手機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，包括搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)要求以與搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)步驟。根據(jù)所要達(dá)到的控制要求主要完成了太陽(yáng)能電池組件搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有下面四個(gè)大的方面：第一，分析太陽(yáng)能電池組件搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)。其中包含了兩個(gè)容，有控制的基本工藝和操作面板設(shè)計(jì)。第二，根據(jù)控制系統(tǒng)要求進(jìn)行太陽(yáng)能電池組件搬運(yùn)機(jī)械

10、手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。包含PLC的類型選定，PLC輸入輸出端的地址分配，控制系統(tǒng)的外部接線圖。第三，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。運(yùn)用模塊化思想將程序設(shè)計(jì)分為主程序設(shè)計(jì)和子程序設(shè)計(jì)，從主程序的運(yùn)行中按模式要求找到相應(yīng)的子程序。第四，程序模擬調(diào)試與應(yīng)用4。2 搬運(yùn)機(jī)械手整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)要求太陽(yáng)能電池組件搬運(yùn)機(jī)械手是太陽(yáng)能電池組件自動(dòng)化生產(chǎn)線的重要部分，它是將太陽(yáng)能電池組件送到下一生產(chǎn)工作單元。太陽(yáng)能電池板的生產(chǎn)由于沒有統(tǒng)一的規(guī)格，所以隨著電池板的體積，重量，尺寸的不同，相應(yīng)的機(jī)械搬運(yùn)手也應(yīng)該做相應(yīng)的調(diào)整，能夠適合不同的規(guī)格的電池板的搬運(yùn)。電池板的尺寸一般也比較大，重量也比較重，根據(jù)作業(yè)時(shí)

11、的搬運(yùn)路線，故需要跨度比較大的搬運(yùn)裝置，并且需要足夠的抓緊力來(lái)完成機(jī)械手應(yīng)有的功能。在工業(yè)生產(chǎn)者，搬運(yùn)機(jī)械手的靈活性、精確性以與不受環(huán)境變化而保持良好運(yùn)作性能也應(yīng)滿足機(jī)械手結(jié)構(gòu)要求。2.2 搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于太陽(yáng)能電池板表面比較光滑，體積比較大，故不適合用于夾持機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，根據(jù)電池板的特點(diǎn)，選用真空吸盤結(jié)構(gòu)的吸緊裝置比較適合。真空吸盤機(jī)械手由15個(gè)真空吸盤組成，分成3行5列，能均勻吸住電池板，使受力更加均勻，使工件在搬運(yùn)過(guò)程更加平穩(wěn)。該吸盤裝置可以根據(jù)太陽(yáng)能電池板尺寸的不同來(lái)調(diào)節(jié)吸盤間的距離，以此來(lái)滿足不同的工作要求。機(jī)械手的水平移動(dòng)，垂直運(yùn)動(dòng)以與工件的吸緊均由電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸來(lái)完成，相

12、應(yīng)的電磁閥線圈得電后，高壓氣路驅(qū)動(dòng)氣缸使機(jī)械手作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)5。3 機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械手控制的基本工藝和控制要求圖1 機(jī)械手動(dòng)作示意圖如圖1 所示，是太陽(yáng)能電池板真空吸盤搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作示意圖，其主要作用是將電池板從A處搬往B處。真空吸盤搬運(yùn)機(jī)械手的水平移動(dòng)和垂直移動(dòng)是通過(guò)由兩個(gè)擁有雙線圈的電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸來(lái)完成。機(jī)械手上升相對(duì)應(yīng)的電磁閥線圈為YV1，下降相對(duì)應(yīng)的線圈為YV2，左行相對(duì)應(yīng)的線圈為 YV3 以與右行相對(duì)應(yīng)得線圈為YV4。機(jī)械手的動(dòng)作是根據(jù)相對(duì)應(yīng)的電磁閥線圈得電后實(shí)現(xiàn)的，直到例外一個(gè)線圈得電前，機(jī)械手都將保持原有動(dòng)

13、作6。真空吸盤機(jī)械手的的真空表吸和真空表放動(dòng)作由只含有一個(gè)YV5線圈的兩位電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸來(lái)完成。線圈 YV5 斷電的時(shí)候就表吸電池板，線圈得電的時(shí)候就表放電池板，此控制思想可以防止突然斷電時(shí)電池板跌落。機(jī)械手設(shè)有上下和左右四個(gè)限位開關(guān) SQ1，SQ2和 SQ3，SQ4。真空吸盤裝置通過(guò)一定的延時(shí)來(lái)真空表吸住電池板，它沒有限位開關(guān)。機(jī)械手原點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則是除真空表放的線圈YV5通電外，其余線圈都斷電且機(jī)械手位于最左上位是即為機(jī)械手的原位。圖2 機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程搬運(yùn)機(jī)械手的工作過(guò)程如圖 2 所示，其具體的工作過(guò)程可以分為八步。按下啟動(dòng)按鈕，下

14、降電磁閥線圈YV2得電，搬運(yùn)機(jī)械手從原點(diǎn)開始下落。下落到位后，會(huì)碰到下限位開關(guān)，此時(shí)下降電磁閥線圈失電，機(jī)械手中止下降。與此同時(shí)真空表吸電磁閥線圈得電，真空吸盤吸緊住電池板，等待數(shù)秒，保證電池板能夠可靠真空吸緊。等到工件完全吸緊后，上升電磁閥線圈YV1得電，搬運(yùn)機(jī)械手開始上升。回升到位時(shí)，會(huì)碰到上限位開關(guān)，此時(shí)上升電磁閥線圈失電，機(jī)械手中止上升。與此同時(shí)右移電磁閥線圈YV4得電，搬運(yùn)機(jī)械手右移。等到碰到右限位開關(guān)時(shí)，此時(shí)右移電磁閥線圈失電，機(jī)械手中止右移。此時(shí)通過(guò)光電開關(guān)檢測(cè)工作臺(tái)上有無(wú)工件，若檢測(cè)到此時(shí)工作臺(tái)上沒有工件時(shí)，那么光電開關(guān)會(huì)接通，下降電磁閥線圈YV2得電，搬運(yùn)機(jī)械手下降。下等到碰

15、到下限位開關(guān)，此時(shí)下降電磁閥線圈失電，機(jī)械手中止下降。與此同時(shí)真空表吸電磁閥線圈失電，真空吸盤真空表放電池板，等待數(shù)秒，保證電池板可靠放開。完全放開后，上升電磁閥線圈YV1得電，搬運(yùn)機(jī)械手開始上升?；厣轿粫r(shí)，會(huì)碰到上限位開關(guān)，此時(shí)上升電磁閥線圈失電，機(jī)械手中止上升。與此同時(shí)左移電磁閥線圈YV3得電，搬運(yùn)機(jī)械手左移。等到碰到左限位開關(guān)時(shí)，此時(shí)左移電磁閥線圈失電，機(jī)械手中止左移。到此為止，機(jī)械手就完成一個(gè)周期的八步操作8。3.2 控制面板的設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)械手有兩種操作模式，分別為自動(dòng)模式和手動(dòng)模式。自動(dòng)模式下又分為步進(jìn)、單周期和連續(xù)操作三種不同形式。手動(dòng)操作模式所謂手動(dòng)操作就是運(yùn)用按鈕對(duì)機(jī)械手每一步

16、的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行獨(dú)自的控制。其表現(xiàn)為面板上設(shè)有上升/下降/左移/右移/真空表吸/真空表放的按鈕，當(dāng)需要其有相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下對(duì)應(yīng)的按鈕達(dá)到操作目的停止即可。自動(dòng)操作模式步進(jìn)操作形式：按下某步的啟動(dòng)按鈕后，機(jī)械手進(jìn)行動(dòng)作，相應(yīng)的動(dòng)作完成后自動(dòng)停止。單周期操作形式：按一下啟動(dòng)按鈕后，機(jī)械手從原點(diǎn)開始完成一個(gè)周期八個(gè)步驟的操作，然后自動(dòng)停止。連續(xù)操作形式：按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)開始不間斷的循環(huán)操作，直到按下停止按鈕，機(jī)械手完成此周期動(dòng)作回到原點(diǎn)才會(huì)自動(dòng)停止。圖3是PLC控制面板布置圖。面板上有以上介紹的各種模式的開關(guān)或按鈕，可以依據(jù)不同任務(wù)選擇不同模式。同時(shí)控制面板上還設(shè)有原點(diǎn)指示燈，電源指示燈以

17、與電源和急停的按鈕9。圖3 控制面板布置圖3.3  機(jī)械手 PLC 控制的硬件設(shè)計(jì)西門子的 SIMATIC S7-200 系列 PLC具有強(qiáng)大的功能，具有非常高的性價(jià)比，這種小型的可編程控制器適用于任何場(chǎng)合的檢測(cè)與控制的自動(dòng)化。S7-200擁有很高的可靠性，非常豐富的指令集和置集成功能，易于操作，而且拓展模塊與其豐富。本文搬運(yùn)機(jī)械手控制設(shè)計(jì)中需要用到自動(dòng)化檢測(cè)，編程要運(yùn)用模塊化的編程思想等，S7-200系列在這些方面都有不俗的表現(xiàn)，并且也適用于這種復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，所以太陽(yáng)能電池板機(jī)械搬運(yùn)手選用的PLC類型是S7-2

18、0010。3.3.1 PLC 的選型通過(guò)分析系統(tǒng)的輸入輸出量，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有18個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，因?yàn)镻LC的選型要滿足I/O點(diǎn)數(shù)和儲(chǔ)存器容量有冗余量以與通訊功能要強(qiáng)的要求，考慮到這些設(shè)計(jì)因素，本設(shè)計(jì)選用的是德國(guó)西門子公司的S7-200 CPU226。這種PLC擁有24個(gè)輸入點(diǎn)16個(gè)輸出點(diǎn)，可連續(xù) 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，可擴(kuò)展到248路數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)或者35路模擬量輸入輸出點(diǎn)。該P(yáng)LC其他重要參數(shù)也非常好，用于較高要求的系統(tǒng)控制完全滿足。所以經(jīng)過(guò)仔細(xì)考慮，該P(yáng)LC可以完全應(yīng)用于本設(shè)計(jì)所需要的控制系統(tǒng)11。表3.1  S7-200CPU226 

19、的主要參數(shù)輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展模擬量 存儲(chǔ)空間最大負(fù)載電流241635-24813K1000mA由上表可以看出，S7-200 CPU226 的輸入輸出點(diǎn)有冗余，最大負(fù)載電流1000mA 和其他功能都能滿足控制要求，所以控制系統(tǒng)不需要添加其他擴(kuò)展模塊。表 3.1 所示的是PLC的主要參數(shù)，形狀圖如圖 4所示。圖 4 西門子公司 S7-200 的形狀圖3.3.2   輸入/輸出端子地址分配機(jī)械手控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)具體分配如表 3.2所示。表 3.2   輸入輸出分配表

20、輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)端子編號(hào)作用端子編號(hào)作用I0.0自動(dòng)模式下啟動(dòng)Q0.0下降電磁閥線圈I0.1下限位開關(guān)Q0.1上升電磁閥線圈I0.2上限為開關(guān)Q0.2左移電磁閥線圈I0.3右限位開關(guān)Q0.3右移電磁閥線圈I0.4左限位開關(guān)Q0.4真空表吸電磁閥線圈I0.5工件檢測(cè)開關(guān)Q0.5機(jī)械手原點(diǎn)指示I0.6自動(dòng)方式下停止I0.7手動(dòng)/自動(dòng)選擇開關(guān)I1.0自動(dòng)方式下步進(jìn)操作I1.1自動(dòng)方式下單周期操作I1.2自動(dòng)方式下連續(xù)操作I1.3手動(dòng)上升操作I1.4手動(dòng)下降操作I1.5手動(dòng)右移操作I1.6手動(dòng)左移操作I1.7手動(dòng)真空表吸操作I2.0手動(dòng)真空表放操作I2.1急停按鈕3.3.3   電氣元

21、件的選擇(1)  按鈕的選擇選擇按鈕需要遵循的原則：根據(jù)使用的場(chǎng)合不同進(jìn)行選擇，如開啟式，防水式，等；根據(jù)按鈕的不同用途選擇，如緊急式，帶燈式等；根據(jù)控制回路的不同選擇不同的按鈕數(shù)，如單鈕，多鈕等；根據(jù)工作情況與狀態(tài)的不同選擇按鈕與指示燈的顏色。一般情況下紅色按鈕代表停止按鈕，綠色按鈕代表啟動(dòng)，所以按鈕的選擇為帶指示燈的 LA25-D，其額定電壓為 24V，帶指示燈目的是為了區(qū)別不同顏色的按鈕。(2)  行程開關(guān)的選擇行程開關(guān)分為直動(dòng)式，滾動(dòng)式和微動(dòng)式三種。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低是直動(dòng)式的優(yōu)點(diǎn)，容易燒蝕觸頭是其存在的缺點(diǎn)。而滾動(dòng)式則克服了直

22、動(dòng)式的缺點(diǎn)，滾動(dòng)式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但是價(jià)格相對(duì)較貴，相比之下，此設(shè)計(jì)選用微動(dòng)式的行程開關(guān)，又因?yàn)樾枰_關(guān)體積小，動(dòng)作反應(yīng)靈敏，故選型型號(hào)為：LX32-4S(3)  接近開關(guān)的選擇接近開關(guān)是一種對(duì)于接近對(duì)象元素有感知力的位移傳感器，使用傳感器對(duì)接近對(duì)象敏感特征來(lái)實(shí)現(xiàn)控制開關(guān)通段目的。接近開關(guān)工作環(huán)境是只有當(dāng)運(yùn)動(dòng)的物體靠近到開關(guān)一定的距離時(shí)候，根據(jù)開關(guān)動(dòng)作的機(jī)理，此時(shí)開關(guān)會(huì)感應(yīng)到運(yùn)動(dòng)的物體，并且做出相應(yīng)的反應(yīng)。在設(shè)計(jì)上，SQ1-SQ4接近開關(guān)分別為機(jī)械手各方向上的運(yùn)動(dòng)定位。接近開關(guān)種類各種各樣，國(guó)常用的開關(guān)有 LJ,3SG和LX18等。電池板屬于金屬物品，而LJ5系列的接

23、近開關(guān)就適用于檢測(cè)金屬物品，檢測(cè)原理是根據(jù)磁振蕩的原理。故所選接近開關(guān)的型號(hào)為L(zhǎng)J5A-10/33，它具有統(tǒng)一的安裝尺寸，外殼防護(hù)等級(jí)IP65，其使用壽命可達(dá)30億次以上。(4)  轉(zhuǎn)換開關(guān)的選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多檔位，多觸點(diǎn)，能夠控制多回路的主令電器，主要用在電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向，調(diào)速以與控制正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)上。LW系列是比較常見的開關(guān)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于控制形式比較多樣，需要通過(guò)開關(guān)選擇的點(diǎn)比較多，經(jīng)過(guò)分析考慮后，所以選擇 LW5 系列的萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)能滿足本設(shè)計(jì)的要求，并且更加實(shí)用。(5)  刀開關(guān)的選擇刀開關(guān)是一種手動(dòng)電器，根據(jù)簡(jiǎn)單方便的選

24、擇原則，最后選定 HD 型單投刀開關(guān)，分為 1 級(jí)，2級(jí)，3 級(jí)，其型號(hào)為 HD13B-200/3(6)  時(shí)間繼電器的選擇時(shí)間繼電器在控制電路中用于機(jī)械手動(dòng)作時(shí)間的控制，設(shè)計(jì)中機(jī)械手真空表吸和真空表放過(guò)程都需要一定的時(shí)間。通過(guò)對(duì)時(shí)間繼電器的各方面參數(shù)了解以與通過(guò)調(diào)查對(duì)比，不管是根據(jù)使用回路的類型，還是根據(jù)電器元件的參數(shù)規(guī)格，JS27 系列時(shí)間繼電器符合設(shè)計(jì)目的要求，再在系列中選取的最終型號(hào)是JS27A。(7)  接觸器的選擇接觸器的選擇原則：根據(jù)負(fù)載類別來(lái)選擇接觸器是選交流還是選直流

25、；接觸器的額定電流和額定電壓是根據(jù)所控制電路或控制電路的電壓等級(jí)來(lái)決定的，接觸器線圈的額定電壓由控制電路電壓等級(jí)決定，據(jù)此再選擇合適的接觸器。經(jīng)過(guò)以上原則的分析，交流電磁式接觸器為首選目標(biāo)。經(jīng)過(guò)查閱CJ12 系列接觸器的參數(shù)，其額定電壓，額定電壓以與交流頻率都滿足所設(shè)計(jì)的電力線路要求。該系列接觸器經(jīng)常作遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嚯娐凡?duì)電動(dòng)機(jī)頻繁地啟動(dòng)停止，反向之用。 CJ12-600為最后選定的型號(hào)。(8)  熔斷器的選擇熔斷器主要是當(dāng)電路中電流過(guò)大或線路發(fā)生短路時(shí)切斷線路通電作保護(hù)電路而使用，其質(zhì)量小，維護(hù)方便，安全度高的優(yōu)點(diǎn)使它得到廣泛使用。RT系列熔斷器是

26、一種有限流作用的填料管式熔斷器，由填有石英砂的瓷熔管、觸點(diǎn)和鍍銀銅柵狀熔體組成，通過(guò)手動(dòng)機(jī)構(gòu)操作。填料管式熔斷器額定電流為501000A，主要用于短路電流大的電路，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的分析最終選擇這個(gè)系列中的RT15類型的熔斷器。(9)  電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)電動(dòng)機(jī)所接電流類型不同分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)，在本設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)所在系統(tǒng)為交流控制系統(tǒng)，故選交流電機(jī)。而且電動(dòng)機(jī)也有同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)之分，但一般場(chǎng)合作為設(shè)備驅(qū)動(dòng)就可以選擇異步電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)中主要靠電機(jī)作為動(dòng)力裝置造高壓回路驅(qū)動(dòng)氣缸來(lái)完成相應(yīng)的步驟，根據(jù)合理電動(dòng)機(jī)選擇原則，電動(dòng)機(jī)選擇的是交流異步電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為 Y

27、Z 系列的三相異步電動(dòng)機(jī)。(10)  電磁閥的選擇根據(jù)所需要的電磁閥線圈個(gè)數(shù)以與選擇原則，最終選擇的電磁閥型號(hào)為 VF3230 和型號(hào)為 VF313012。根據(jù)以上情況分析，可列出電氣元件清單如下表 3.3 所示。項(xiàng)目代號(hào)型號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量M1YZ三相交流異步電動(dòng)機(jī)AC380V 4KW 1410r/min1SBLA25-D按鈕10SQLX32-4S接近開關(guān)AC1000V·A/3805SALW5轉(zhuǎn)換開關(guān)1FURT15熔斷器2YVVF3230雙線圈電磁閥AC2202YVVF3130單線圈電磁

28、閥DC2201表 3.3   電氣元件清單3.3.4   控制系統(tǒng)的外部接線圖圖5 外部接線圖如圖 5所示是機(jī)械手控制系統(tǒng)的接線圖。將圖 3 控制面板布置圖和該圖一起使用來(lái)深刻了解各操作步驟對(duì)應(yīng)的輸入輸出端子以與知道如何來(lái)操作選擇所需要的控制模式。首先要選擇工作的模式，若在自動(dòng)工作模式下啟動(dòng)，應(yīng)該再選擇其模式下的不同子方式，也就是自動(dòng)模式下步進(jìn)、單周期或者連續(xù)操作。若在手動(dòng)工作模式下啟動(dòng)，操作面板上有相應(yīng)動(dòng)作的按鈕，按下所需運(yùn)動(dòng)過(guò)程的按鈕，機(jī)械手就會(huì)完成相應(yīng)動(dòng)作過(guò)程。此外，在意外情況發(fā)生時(shí)，為了能讓機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)中止

29、下來(lái)，故設(shè)置了一個(gè)急停按鈕 I2.1。該按鈕的作用是當(dāng)不必要的情況發(fā)生時(shí)將其按下，那么線路中的控制線圈就會(huì)失電，機(jī)械手就會(huì)立即停止運(yùn)動(dòng)。最重要的是為了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性而此時(shí)PLC是能正常工作的。當(dāng)緊急情況排除后，再按一下急停按鈕，所對(duì)應(yīng)的線圈通電，系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)按正常工作狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)行。3.4 程序設(shè)計(jì)3.4.1  PLC 的程序設(shè)計(jì)思想根據(jù)不同的控制過(guò)程的復(fù)雜性要求，程序結(jié)構(gòu)可分為基本程序和模塊化程序?；境绦?可以作為一個(gè)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)過(guò)程中獨(dú)立的程序控制，并且可以用作組合中的一個(gè)單元過(guò)程。順序結(jié)構(gòu)、條件分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)基本程序設(shè)計(jì)思想的三種不同結(jié)構(gòu)。模塊化程

30、序：把總的控制程序分成主程序和子程序，通過(guò)主程序來(lái)調(diào)用子程序，通過(guò)邏輯思考分別編寫，最后形成一個(gè)滿足控制目標(biāo)的完整程序。編程通常使用這種設(shè)計(jì)思想，因?yàn)槊總€(gè)模塊具有相對(duì)獨(dú)立性，相互連接的關(guān)系簡(jiǎn)單，而且容易調(diào)試，特別是用于生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜的控制要求。由機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)情況可以知道，在每一種工作模式下機(jī)械手的動(dòng)作都是按從原點(diǎn)出發(fā)，按順序完成八步運(yùn)動(dòng)操作，最終回到原點(diǎn)來(lái)完成的，通過(guò)限位開關(guān)以確定是否完成了相應(yīng)的操作，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)完全是按照先后順序來(lái)控制的。所以，本文的設(shè)計(jì)選用的是順序結(jié)構(gòu)的基本程序，然后把每一個(gè)工作模式的程序模塊組合起來(lái)就是整個(gè)系統(tǒng)的控制程序。為了設(shè)計(jì)的系統(tǒng)程序能更好的完成系統(tǒng)的控制要求，所以

31、本設(shè)計(jì)選用基本程序中的順序結(jié)構(gòu)以與模塊化程序來(lái)編寫系統(tǒng)程序13。3.4.2  系統(tǒng)的程序流程圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖是 PLC編程的基礎(chǔ)。只有設(shè)計(jì)出系統(tǒng)流程圖，才易于編寫梯形圖和語(yǔ)句表，才有利于設(shè)計(jì)過(guò)程的最終完成。因此程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵首要事情是繪制出流程圖。如圖6所示是根據(jù)搬運(yùn)機(jī)械手的八個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，繪制出的機(jī)械手動(dòng)作的流程圖。圖6 機(jī)械手動(dòng)作流程圖軟件設(shè)計(jì)的首要問題是將所繪制的流程圖轉(zhuǎn)化為梯形圖，這是使用PLC最核心的問題。梯形圖的編寫是軟件設(shè)計(jì)的具體表現(xiàn)，清晰合理的流程圖便于梯形圖的設(shè)計(jì)，也有利于所作的控制能穩(wěn)定可靠地進(jìn)行。在工業(yè)自動(dòng)化控制工程中，邏輯清晰的軟件設(shè)計(jì)更有利于工程設(shè)

32、計(jì)人員日常調(diào)試與維護(hù)系統(tǒng)。圖 7 機(jī)械手控制系統(tǒng)主程序3.4.3 機(jī)械手控制系統(tǒng)主程序機(jī)械手控制程序由四個(gè)子程序模塊組成，通過(guò)主程序來(lái)調(diào)用選擇的子程序。該機(jī)械手控制系統(tǒng)的主程序如圖 7所示。通過(guò)程序設(shè)計(jì)中的I0.7來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng)和手動(dòng)模式的切換，原狀態(tài)下為手動(dòng)操作模式，當(dāng)按下時(shí)就為自動(dòng)操作模式。自動(dòng)模式下的三種子操作是通過(guò)按鈕 I1.0、I1.1、I1.2 來(lái)分別進(jìn)行選擇的。在主程序中設(shè)有相應(yīng)動(dòng)作的線圈，這些線圈得電與否都是由子程序中相應(yīng)動(dòng)作的中間繼電器來(lái)控制。任何一個(gè)繼電器有信號(hào)都能使相應(yīng)的線圈帶電，從而使機(jī)械手執(zhí)行對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。例如中間繼電器

33、0;M1.1、M2.0、M2.4、M3.0、M3.4、M4.0、M4.4 只要其中一個(gè)有輸入信號(hào)，都會(huì)使控制下降操作的線圈 Q0.0 通電，致使電機(jī)驅(qū)動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械手進(jìn)行下降操作。此外，為了保證機(jī)械手在緊急情況下能與時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，故在主程序各個(gè)控制動(dòng)作的線圈處設(shè)置了一個(gè)急停按鈕 I2.1，這個(gè)按鈕為手動(dòng)復(fù)位常閉按鈕。3.4.4  自動(dòng)模式下步進(jìn)控制子程序機(jī)械手一步一步的運(yùn)動(dòng)操作是通過(guò)旋轉(zhuǎn)開關(guān)到自動(dòng)模式下選擇步進(jìn)控制程序?qū)崿F(xiàn)的。輸入端 I0.0 為每一步的啟動(dòng)，由啟動(dòng)操作按鈕來(lái)完成，I0.1 為每一步的停止，由停止

34、按鈕來(lái)完成。按下 I0.0，中間繼電器M2.0 置位得電，主程序中的線圈 Q0.0 得電，這會(huì)使電機(jī)驅(qū)動(dòng)氣缸進(jìn)行下降動(dòng)作；按下 I0.1 會(huì)使 M2.0 復(fù)位失電，機(jī)械手停止下降，然后進(jìn)入真空表吸動(dòng)作的操作。程序完全是按照原點(diǎn)-下降-真空表吸-上升-右移-真空表放-上升-左移-原點(diǎn)這一過(guò)程來(lái)編寫的。程序梯形圖如圖 8所示。圖8 自動(dòng)模式下步進(jìn)控制子程序3.4.5 自動(dòng)模式下單周期控制子程序當(dāng)只需要機(jī)械手完成一個(gè)周期的操作時(shí)，只需將開關(guān)旋轉(zhuǎn)到自動(dòng)模式下，選擇單周期控制子程序，機(jī)械手會(huì)完成一個(gè)周期的連續(xù)動(dòng)作。輸入端 I0.0 為單周期的啟動(dòng)，按下一次后，機(jī)械手完成一個(gè)周期八步操作，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。程序是通過(guò)部的繼電器在主程序中來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的執(zhí)行。當(dāng)要操作停止時(shí)，按下 I0.6 就可以結(jié)束操作。程序梯形圖如9 所示。圖9  自動(dòng)模式下單周期控制子程序3.4.6   自動(dòng)模式下連續(xù)控制子程序當(dāng)需要周期循環(huán)的操作時(shí)，旋轉(zhuǎn)開關(guān)制自動(dòng)模式，選擇連續(xù)控制子程序即可。輸入點(diǎn) I0.0&