基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共28頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名： 張昭飛 學(xué)號(hào)： 7 學(xué) 部 （系）： 機(jī)械與電氣工程學(xué)部 專 業(yè) 年 級(jí)： 12級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化5班 指 導(dǎo) 教 師： 楊澤富 職稱或?qū)W位： 副教授 2015 年 5 月11日專心-專注-專業(yè)目 錄 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展尤為矚目，各種機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備的產(chǎn)生，逐步取代了傳統(tǒng)手工制作。自動(dòng)化流水線的產(chǎn)生，不僅大大提高了工作效率，也讓許多人工操作存在安全隱患的流程被機(jī)械設(shè)備替代，讓現(xiàn)代工業(yè)變得更具人性化。機(jī)械手在當(dāng)代自動(dòng)化流行中起著重要的作用，一方面其

2、能夠在高溫、腐蝕性、有毒等惡劣環(huán)境下持續(xù)工作，另一方面其在完成抓取、轉(zhuǎn)移、旋轉(zhuǎn)、釋放等動(dòng)作時(shí)候精確度也較高。機(jī)械手的動(dòng)作是由精確的控制系統(tǒng)來控制完成的，從早期的繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展到如今的PLC控制系統(tǒng)，機(jī)械手技術(shù)的更新就是控制系統(tǒng)的發(fā)展和完善。本次課題是選用三菱公司的FX系列PLC，完成對(duì)電動(dòng)工具電機(jī)的抓取轉(zhuǎn)移以及零件的壓裝動(dòng)作。電氣設(shè)備有PLC、觸摸屏、傳感器、直流電源等。通過可編程控制器的程序設(shè)計(jì)，完成相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)控制功能。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；PLC；控制；設(shè)計(jì)The design of control system ofmanipulator based on PLCAbstract A

3、long with social progress, industrial automation development is particularly attention, produce a variety of machinery automation equipment, and gradually replaced the traditional hand-made. Automated assembly line production, not only greatly improve the work efficiency, but also to many unsafe man

4、ual processes are replaced by machinery and equipment, so that modern industry to become more humane.Robotic automation plays in contemporary popular an important role, on the one hand it can continue to operate at high temperatures, corrosive, toxic and other harsh environments, on the other hand i

5、ts complete capture, transfer, rotation, and other movements release time accuracy also higher. A robot is controlled by a precise system control is completed, from the early development of the relay control system to todays PLC control system, the development of robot technology update is the contr

6、ol system and perfect.The issue is the choice of Mitsubishi FX series PLC, the completion of the press-fit electric power tools and part of the transfer operation crawl. Electrical equipment PLC, touch screen, sensors, DC power supplies. By PLC programming, complete the appropriate actions to achiev

7、e the control function.Key Words：manipulator;PLC;control;design 1 可編程控制器PLC1.1 PLC簡(jiǎn)介可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）由上世紀(jì)60年代提出，首先是為了取代繼電器控制裝置。經(jīng)過了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，PLC的應(yīng)用范圍也變得更加的廣泛。隨著數(shù)字時(shí)代的到來，信息技術(shù)的飛速發(fā)展從而帶動(dòng)了各個(gè)行業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程。PLC其強(qiáng)大的開關(guān)量控制以及邏輯控制，使得自身在現(xiàn)代化行業(yè)中的作用變得尤為突出。PLC是汽車行業(yè)發(fā)展所催生出來的。早期的汽車行業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程中，控制主要來自繼電器控制。繼

8、電器控制一方面控制電路復(fù)雜，一旦產(chǎn)生故障，檢修十分困難；另一方面繼電器控制效率較為低下，汽車行業(yè)作為自動(dòng)化應(yīng)用最為突出的表行業(yè)，繼電器控制系統(tǒng)逐漸滿足不了更為復(fù)雜的邏輯控制要求。順應(yīng)了社會(huì)的發(fā)展，PLC的出現(xiàn)逐步迎來了一個(gè)蓬勃的發(fā)展時(shí)期。PLC擁有著強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和計(jì)算等功能，其輸入和輸出都是采用數(shù)字量的方式，從而控制電氣設(shè)備進(jìn)行動(dòng)作。人們首先將邏輯控制程序?qū)懭氲絇LC中，PLC以連續(xù)掃描的方式，給相應(yīng)的輸出端一定的電信號(hào)，電信號(hào)控制了外部電路的通斷，從而逐步完成所預(yù)想的動(dòng)作指令。PLC在逐步掃描的過程中，計(jì)數(shù)器會(huì)記錄相應(yīng)的步數(shù)，PLC完成一次掃描動(dòng)作所需要的時(shí)間就是其掃描周期。世

9、界首臺(tái)PLC于1969年產(chǎn)生于美國，現(xiàn)在美國和歐盟以生產(chǎn)大型PLC為主，日本、德國等生產(chǎn)中小型PLC為主，我國在經(jīng)歷了漫長的摸索，也有一些自己的品牌出現(xiàn)，但是其核心技術(shù)仍以掌握在PLC生產(chǎn)大國手中，我國的PLC自主之路仍充滿著挑戰(zhàn)。隨著工業(yè)自動(dòng)化，PLC控制系統(tǒng)逐步應(yīng)用于各行各業(yè)，其運(yùn)算速度快、體積小等特點(diǎn)愈發(fā)起到了不可替代的作用。在早期PLC功能的基礎(chǔ)上，一些新的功能如網(wǎng)絡(luò)通訊功能得以添加，使PLC的功能更加完善。我國工業(yè)化相較于西方國家起步較晚，但是自改革開放以來，工業(yè)化進(jìn)程步伐十分迅速，工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展在短短幾十年走完其他國家百年走過的路程，基于PLC的控制系統(tǒng)成為了自動(dòng)化領(lǐng)域的主流。PL

10、C可靠性高，控制系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)在半世紀(jì)的發(fā)展和總結(jié)中，已經(jīng)形成了完善的功能，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。PLC的編程語言相較于其他編程語言更加簡(jiǎn)單，從而使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期較短，維護(hù)也更加方便。PLC眾多的功能模塊，極大的豐富了PLC的控制領(lǐng)域，能夠滿足在不同情況下的控制要求。1.2 PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)PLC的的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，組要由CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、電源等組成。圖1-1 PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.2.1 中央處理器CPU 中央處理器是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的最重要部件，其作用就相當(dāng)于人體的大腦，在PLC系統(tǒng)中處于中樞地位1。CPU能夠接收輸入單元的信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和處理，同時(shí)通過給輸出單元施加電信號(hào)

11、，從而實(shí)現(xiàn)輸入輸出的協(xié)調(diào)配合。CPU能夠?qū)ψ陨硇畔⑦M(jìn)行檢測(cè)，識(shí)別錯(cuò)誤信息并警告提醒，黨PLC在運(yùn)行的時(shí)候，能夠控制系統(tǒng)進(jìn)行掃描，完成相應(yīng)的計(jì)算和邏輯運(yùn)算，以循環(huán)掃描的方式控制輸出。CPU是逐步讀取編寫的程序，每一步都進(jìn)行掃描，當(dāng)前一步執(zhí)行完成，則通過存儲(chǔ)區(qū)的相應(yīng)信息，控制輸出端信號(hào)的產(chǎn)生。在每一個(gè)固定的掃毛周期內(nèi)，CPU都重復(fù)進(jìn)行著相同的動(dòng)作。1.2.2存儲(chǔ)器 PLC的存儲(chǔ)器和電腦的存儲(chǔ)器功能一樣，都是用來存放相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。PLC存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)程序、邏輯變量等。 PLC存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)、系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。系統(tǒng)程序和用戶程序在在存儲(chǔ)器中有獨(dú)立的位置劃分。1.2.3 輸入輸出

12、單元 輸入和輸出單元是連接外部短路的直接位置，其通過接收信號(hào)和發(fā)出信號(hào)從而控制外部電路。與三極管的導(dǎo)通方式類似，PLC的輸入輸出有源形和漏形之分2。輸入單元是PLC接收外部信號(hào)的通道，不同的PLC有不同的輸入方式，源形和漏形輸入如圖2-2所示。圖2-2 PLC漏形輸入和源形輸入接線漏形輸入時(shí)，PLC公共端接24V，電流由外部流入輸入端子；源形輸入時(shí)，PLC公共端接0V，電流由端子流出。輸出單元是給外部電路信號(hào)的端口，通常有繼電器輸出和晶體管輸出輸出方式，晶閘管輸出方式一般不是很常用。繼電器輸出相較于晶體管輸出，其輸出端的承受電流更大，但是其開關(guān)量的開關(guān)頻率沒有晶體管輸出方式的高，因此在一些開關(guān)

13、頻率較高、控制流程較快的場(chǎng)合，晶體管輸出方式更加實(shí)用。但一般的情況下，繼電器輸出由于負(fù)載能力更強(qiáng)，所以實(shí)用的范圍更廣。輸出單元也有源形輸出和漏形輸出的區(qū)別，圖2-3就是兩種不同的輸出方式。圖2-3 PLC漏形輸出和源形輸出接線漏形輸出時(shí)候，電流由外部流入端子，公共端接24V;源形輸出時(shí)候，電流流出端子，公共端接0V。但是當(dāng)輸出為晶閘管輸出時(shí)候，交流電源的正負(fù)對(duì)于輸出端沒有什么影響，則可以自由選擇。1.2.4電源部分PLC運(yùn)行需要給其供電，其開關(guān)量的閉合、斷開控制是由直流電源的高低電平來實(shí)現(xiàn)的，所以PLC運(yùn)行時(shí)候需要給其供應(yīng)直流穩(wěn)壓電源。PLC有直流供電和交流供電的，但是最終都是將其轉(zhuǎn)化為直流的

14、方式。PLC有自己的內(nèi)部電源，其穩(wěn)定性很好但是輸出功率較小，直流電源一般采用直流24V電壓，保證PLC的正常運(yùn)行。1.3 PLC的選型PLC型號(hào)眾多，在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的時(shí)候，如何準(zhǔn)確的選擇尤為重要。在PLC的選型時(shí)候，可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。第一，確定輸入輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)。以三菱FX系列PLC為例，輸入輸出點(diǎn)有10點(diǎn)、14點(diǎn)、20點(diǎn)、30點(diǎn)、32點(diǎn)、64點(diǎn)等等，在進(jìn)行PLC選型時(shí)候，首先就是要確定控制系統(tǒng)中輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)，然后來以確定基本的選型方向。同時(shí)在選擇的同時(shí)，應(yīng)注意輸入輸出都要預(yù)留總數(shù)10%左右數(shù)量的觸點(diǎn)作為預(yù)備點(diǎn)。第二，選取合適的電源類型。PLC有AC和DC兩種型號(hào)。DC電源一般

15、為24V，AC有100-230V。在進(jìn)行PLC選型時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的電源實(shí)際情況，選取合適的電源類型的PLC，使其適合設(shè)計(jì)的要求。第三，明白輸出信號(hào)類型。PLC的輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。繼電器輸出的方式其輸出頻率較大，在實(shí)際的應(yīng)用中很常見，一般的常見系統(tǒng)中，這種說出方式能夠適應(yīng)輸出信號(hào)的給定；晶閘管輸出的方式相較與繼電器輸出，其使用于要求信號(hào)變化頻率很快的信號(hào)輸出，但是其輸出功率較小，承載電流較小3。總之，PLC的選型應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的情況，綜合分析比對(duì)，選擇最合適的PLC型號(hào)，這樣才能在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中少不必要的麻煩。2 機(jī)械手概況2.1 機(jī)械手的起源與發(fā)展機(jī)械手顧名思義就是

16、使機(jī)械設(shè)備擁有手一樣的作用，靈活的完成各項(xiàng)動(dòng)作，對(duì)不同位置、不同環(huán)境下的物體有目的的進(jìn)行操作。機(jī)械手是工業(yè)中最早出現(xiàn)的自動(dòng)化設(shè)備之一，因?yàn)樵趶?fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中，人工操作已經(jīng)無法直接進(jìn)行，最早的機(jī)械手設(shè)備可追溯到上世紀(jì)四十年代，在工業(yè)革命過程中，已經(jīng)有模仿手關(guān)節(jié)動(dòng)作的機(jī)械產(chǎn)生，但是早期的機(jī)械手自動(dòng)化程度很低，部分動(dòng)作需要靠人力來完成。隨著工業(yè)發(fā)展，機(jī)械手的形態(tài)和功能也發(fā)生了巨大的變化，特別是上世紀(jì)八九十年代，機(jī)械手迎來了一個(gè)蓬勃發(fā)展時(shí)期。早期的機(jī)械手主要完成抓取，移動(dòng)等動(dòng)作，但是由于工業(yè)過程變得更加復(fù)雜，所以這些基本的動(dòng)作已經(jīng)無法滿足人們的需求，于是機(jī)械手的功能得到了很大的擴(kuò)展，如打磨機(jī)械手、切割

17、機(jī)械手、繞線機(jī)械手等特殊功能的機(jī)械手逐漸產(chǎn)生4。21世紀(jì)是信息化世紀(jì)，自動(dòng)化成為了工業(yè)的主流，信息技術(shù)的發(fā)展使得機(jī)械手的工作內(nèi)容變得更加復(fù)雜。如精密機(jī)械加工的過程中，機(jī)械手由早期扮演的“搬運(yùn)者”角色，逐步變?yōu)椤凹庸ふ摺苯巧捎谛畔鬏敻泳_，機(jī)械手完成的加工動(dòng)作也變得更加精準(zhǔn)。近年來，新興的機(jī)器視覺技術(shù)又讓自動(dòng)化領(lǐng)域迎來了一個(gè)新的發(fā)展變更，由傳統(tǒng)的傳感器識(shí)別到如今的機(jī)器視覺識(shí)別，賦予了機(jī)械手更大的操作識(shí)別空間，以ABB公司生產(chǎn)的機(jī)械手作為代表，世界范圍內(nèi)的機(jī)械手行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也演變?yōu)閿?shù)字控制行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)。2.2機(jī)械手的工作原理機(jī)械手的工作其實(shí)就使機(jī)械按照人們預(yù)設(shè)的步驟進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，一般的機(jī)械手以氣缸動(dòng)

18、作作為機(jī)械手各步動(dòng)作的基礎(chǔ)，特殊功能的機(jī)械手也有用電缸、油缸、電機(jī)、伺服作為其動(dòng)作的動(dòng)力。無論機(jī)械手動(dòng)作的動(dòng)力來自于哪一種，其都是通過外部設(shè)備力量的施加，推動(dòng)機(jī)械部分定向的移動(dòng)，從而完成基本動(dòng)作。當(dāng)然機(jī)械手擁有動(dòng)力只能使其運(yùn)動(dòng)，要使得有規(guī)律的動(dòng)作就需要傳感設(shè)備對(duì)動(dòng)作和位置進(jìn)行識(shí)別。如機(jī)械手完成下降動(dòng)作時(shí)候，其下降的推進(jìn)氣缸只能給機(jī)械手向下的推力，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定的位置時(shí)候，氣缸的電磁傳感器就會(huì)得到信號(hào)，傳感器的電信號(hào)會(huì)輸入到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)經(jīng)過識(shí)別、傳導(dǎo)、變換，就會(huì)輸出一個(gè)電信號(hào)給氣缸電磁閥，電磁閥得到電信號(hào)就會(huì)關(guān)斷氣流，氣缸得不到氣流就會(huì)停止動(dòng)作，于是機(jī)械手的下降動(dòng)作就完成了5。機(jī)械手由動(dòng)力系統(tǒng)

19、、控制系統(tǒng)和執(zhí)行器件構(gòu)成，其在動(dòng)作過程中，控制系統(tǒng)就是通過得到和發(fā)出信號(hào)給動(dòng)力系統(tǒng)，使動(dòng)力系統(tǒng)有序的給執(zhí)行器件提供動(dòng)力，執(zhí)行器件是最終完成動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。3機(jī)械手控制系統(tǒng)3.1 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究意義機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化過程都是由機(jī)械部分和控制部分共同構(gòu)成的，而本次的課題是基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)，就是通過PLC程序的控制，來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手預(yù)期希望達(dá)到的效果6。PLC作為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域的寵兒，其價(jià)格較低，功能強(qiáng)大，眾多的模塊能夠滿足不同情況下的控制要求。而基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究，首先能夠加強(qiáng)機(jī)械自動(dòng)化的意識(shí)。作為信息時(shí)代，工業(yè)高度自動(dòng)化必將成為社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，而機(jī)械手作為自動(dòng)化設(shè)備

20、的代表，加強(qiáng)其研究，能夠極大的豐富對(duì)行業(yè)的認(rèn)知，設(shè)計(jì)和賦予機(jī)械手新的強(qiáng)大功能，極大的降低人們的勞動(dòng)量，不僅能夠增加效率，同時(shí)也能對(duì)勞動(dòng)者有較大的保護(hù)。其次，基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究，能夠?qū)LC這主流的控制系統(tǒng)有更加深刻的認(rèn)知。PLC控制系統(tǒng)較傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)功能更加強(qiáng)大，成本也更加低廉，同時(shí)實(shí)現(xiàn)的功能也更加復(fù)雜。進(jìn)行機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究，能夠在接受他人設(shè)計(jì)思想的同時(shí)，舉一反三的應(yīng)用，使設(shè)計(jì)的內(nèi)容更加豐富。自動(dòng)化就就是機(jī)械和控制系統(tǒng)的有效配合，而控制系統(tǒng)就是整個(gè)系統(tǒng)的指揮者。在進(jìn)行控制系統(tǒng)研究的過程中，能夠在試驗(yàn)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，使系統(tǒng)得到進(jìn)一步完善。3.2 基于PLC機(jī)械手設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)機(jī)

21、械手出現(xiàn)較早，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，隨著信息技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，PLC成為了當(dāng)代自動(dòng)控制系統(tǒng)的主流?；赑LC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有許多自身具備的有點(diǎn)。1、 成本更低 PLC是高度集成的控制器。一般的應(yīng)用較多的中小型PLC，IO口一般在20-512點(diǎn)之間，眾多的接觸觸電能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信號(hào)的接收和輸出信號(hào)的給定，傳統(tǒng)的信號(hào)反饋通過開關(guān)控制，不僅系統(tǒng)復(fù)雜，而且電器元件眾多，所占空間很大，系統(tǒng)成本很高?；赑LC的機(jī)械手控制系統(tǒng)，能夠通過PLC進(jìn)行開關(guān)量的控制，與傳統(tǒng)的開關(guān)控制相比，不需要實(shí)際的開關(guān)器件作為載體，但能夠?qū)崿F(xiàn)相同甚至更將強(qiáng)大的功能，極大的節(jié)約了控制系統(tǒng)的投入7。2、 操作性較強(qiáng)基于PLC

22、的控制系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)相同的控制動(dòng)作的過程中，從硬件的選擇和軟件程序的編寫，都有很強(qiáng)的變化因素。PLC編程語言較為簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)容易，系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期也相應(yīng)的變短。機(jī)械手作為機(jī)械設(shè)備，如果希望其擁有人一樣的動(dòng)作，就需要設(shè)計(jì)者在其執(zhí)行動(dòng)作之前，大腦中已經(jīng)有一個(gè)完整的動(dòng)作流程。機(jī)械手如何正確的完成動(dòng)作，需要方方面的考慮，從基本的電氣元件選擇，到電氣元件的安裝位置，再到最終的設(shè)備調(diào)試，都需要實(shí)際的進(jìn)行。基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠多角度的進(jìn)行控制系統(tǒng)的研究，有極強(qiáng)的操作性。3、 順應(yīng)社會(huì)的需求工業(yè)的發(fā)展,通訊技術(shù)的進(jìn)步，使得自動(dòng)控制系統(tǒng)的變化更加明顯。PLC是信息技術(shù)與控制技術(shù)的結(jié)合，通過編程軟件進(jìn)行編

23、程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制，從而將信號(hào)給到制定的機(jī)械系統(tǒng)，從而使機(jī)械設(shè)備自主的完成相應(yīng)的動(dòng)作。信息技術(shù)的發(fā)展需要控制系統(tǒng)更加智能化，而基于PLC的控制系統(tǒng)，就能夠滿足智能化的特點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)后進(jìn)行調(diào)試，不再僅僅只是硬件設(shè)施的調(diào)試，軟件控制程序成為了重點(diǎn)，通過數(shù)據(jù)通訊，可以實(shí)現(xiàn)原有的控制要求，這是信息化時(shí)代的必然趨勢(shì)，也是順應(yīng)了社會(huì)對(duì)于數(shù)字化通訊的要求8。3.3機(jī)械手實(shí)現(xiàn)的功能 機(jī)械手控制系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)早已經(jīng)十分成熟，在不同的行業(yè)，機(jī)械手扮演的角色也各部相同。搬運(yùn)、打磨、焊接、剖光等功能性機(jī)械手較為常見。本課題是選用對(duì)電動(dòng)器具生產(chǎn)流水線中機(jī)械手的設(shè)計(jì)。電動(dòng)器具流水線中，自動(dòng)化程度較高，設(shè)備實(shí)現(xiàn)的功能也較

24、為復(fù)雜。電動(dòng)器具在生產(chǎn)的過程中，電動(dòng)馬達(dá)在繞線的過程中，有高溫環(huán)境和油漬環(huán)境等，人工操作危險(xiǎn)較高并且效率較低。電動(dòng)馬達(dá)繞線后在其轉(zhuǎn)軸兩端需要壓上質(zhì)地較硬的紡脫落夾片，在流水線中，一般繞線后馬達(dá)的轉(zhuǎn)移和沖壓夾片是在兩個(gè)工位上完成的，其不僅操作過程復(fù)雜、效率低下，而且在有限的工廠環(huán)境下所占空間大，這是一種極大的浪費(fèi)。本次課題的設(shè)計(jì)，就是將電動(dòng)器具生產(chǎn)線上馬達(dá)的轉(zhuǎn)移和沖壓夾片在一個(gè)動(dòng)作流程中完成。高溫和充滿油污的馬達(dá)轉(zhuǎn)子在左傳動(dòng)裝置上，當(dāng)其運(yùn)動(dòng)到指定的位置，處于原位的機(jī)械手得到信號(hào)，這時(shí)候水平位置氣缸運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)機(jī)械手水精確的水平移動(dòng)到左工位產(chǎn)品的上方，通過上下伸縮氣缸和夾緊氣缸的動(dòng)作，將產(chǎn)品夾起來，

25、之后水平位置氣缸反向動(dòng)作至初始位置。當(dāng)放下的時(shí)候，夾緊氣缸保持夾緊動(dòng)作，處于馬達(dá)轉(zhuǎn)子上方的氣缸動(dòng)作，推動(dòng)沖壓器件，將套在產(chǎn)品一端的夾片壓緊，機(jī)械手就完成了本次動(dòng)作，系統(tǒng)回到原來的位置，重復(fù)進(jìn)行下一次操作9。本次課題就是以自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備為載體，具體的實(shí)施設(shè)備功能的整合，使多重動(dòng)作在一臺(tái)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)移動(dòng)作和夾片沖在一個(gè)自動(dòng)化過程中完成，能夠節(jié)省勞動(dòng)力，增加工作效率。同時(shí)系統(tǒng)增加了觸摸屏，人機(jī)界面的設(shè)計(jì)能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)作的流程，同時(shí)在設(shè)備維護(hù)過程中，通過人機(jī)界面操作能夠分步的控制系統(tǒng)，從而更加安全。4基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 IO點(diǎn)分配4.1.1 電器元件的選擇 本課題在設(shè)計(jì)的過程

26、中，如果要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的正確動(dòng)作，需要選擇適當(dāng)?shù)碾姎庠谡_的電氣元件相互配合下，完成系統(tǒng)動(dòng)作。 機(jī)械手的動(dòng)力系統(tǒng)主要是氣缸，氣缸在伸縮過程中，用傳感器進(jìn)行識(shí)別是否到達(dá)指定的位置。氣缸的活塞端有磁環(huán)，所以氣缸上的傳感器選用磁性開關(guān)傳感器。傳感器固定在氣缸外端，當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)候，活塞到達(dá)傳感器固定的位置，磁環(huán)就會(huì)使得傳感器得到信號(hào)。本課題有四個(gè)氣缸動(dòng)作，每個(gè)氣缸裝有始端和終端兩個(gè)磁性開光傳感器，工選用八個(gè)此傳感器。當(dāng)在檢測(cè)左工位有無產(chǎn)品時(shí)候，選用光電傳感器。光電傳感器有發(fā)射端和接收端，在沒有檢測(cè)到產(chǎn)品時(shí)候，接收端一直能夠接收到發(fā)射端的信號(hào)，當(dāng)有產(chǎn)品時(shí)，信號(hào)中斷，從而給PLC一個(gè)脈沖。通俗來講，光

27、電傳感器就是一個(gè)外部的常閉出點(diǎn)。在沖壓夾片時(shí)候，需要用接近傳感器檢測(cè)夾片的有無。接近傳感器在產(chǎn)品接觸到觸頭一定距離時(shí)候能感受到信號(hào)，其相當(dāng)一個(gè)常開觸點(diǎn)。接近開關(guān)也有不同的感應(yīng)距離，接近傳感器的不同軸徑對(duì)應(yīng)不同的感應(yīng)距離，一般軸徑8mm的接近開關(guān)，感應(yīng)距離在0.15-1.5mm，12mm的感應(yīng)距離在0.3-3mm，18mm的感應(yīng)距離在0.6-6mm，30mm的感應(yīng)距離在1-10mm。由于機(jī)械手動(dòng)作中有沖壓過程，為了防止人員操作的過程中，手沒有離開沖壓臺(tái)的安全距離而使操作人員被壓傷，所以增加了一個(gè)安全光幕。安全光幕也是光電傳感器的一種，一端發(fā)射信號(hào)，一端接收，其能夠呈幕布狀擋在沖壓臺(tái)前面。如果有外

28、物在沖壓過程中進(jìn)入光幕后的區(qū)域，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，PLC就能識(shí)別。本次傳感器選用NPN型。PLC選用三菱FX1S-30MR-OO1型。PLC選用主要是由輸入輸出點(diǎn)的數(shù)量來確定的。由于本課題共有14個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，所以選用輸入有16點(diǎn)，輸出有14點(diǎn)的三菱FX1S-30MR-OO1型PLC。其為R型（繼電器）輸出，電源為001型（AC電源）10。除了PLC和傳感器，本課題還需要一個(gè)啟動(dòng)按鈕，一個(gè)復(fù)位按鈕，一個(gè)急停按鈕和一個(gè)白色的電源信號(hào)燈。4.1.2 IO分配確定了課題電氣元器件的選擇，合理的IO分配能夠在編程的時(shí)候更具有條理性，表4-1為PLC的IO分配表。FX1S-30MR-001i

29、nput名稱備注output名稱備注x0啟動(dòng)按鈕y0水平氣缸電磁閥x1復(fù)位按鈕y1伸縮氣缸電磁閥x2急停按鈕接NCy2夾取氣缸電磁閥x3左工位產(chǎn)品有無檢測(cè)傳感器光電傳感器y3壓制氣缸電磁閥x4水平位置氣缸始端傳感器磁性開關(guān)x5水平位置終端傳感器磁性開關(guān)x6伸縮氣缸上傳感器磁性開關(guān)x7伸縮氣缸下傳感器磁性開關(guān)x10夾取氣缸始端傳感器磁性開關(guān)x11夾取氣缸終端傳感器磁性開關(guān)x12壓制氣缸始端傳感器磁性開關(guān)x13壓制氣缸終端傳感器磁性開關(guān)x14夾片有無檢測(cè)傳感器接近傳感器x15光幕傳感器光電傳感器表4-1 PLC輸入輸出分配 一般情況下，輸入端開關(guān)都置于端口的靠前位置，在進(jìn)行輸入和輸出的端口分配時(shí)，

30、一定要有預(yù)留一定數(shù)量的觸點(diǎn)，以便于在某些觸點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)候備用。在分配觸點(diǎn)時(shí)候，功能相同的觸點(diǎn)位置盡量在一起，在工程項(xiàng)目中盡量使其更有條理性。42 硬件接線圖4.2.1電氣主接線本課題總是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)于基于PLC的控制系統(tǒng)來說，電氣主接線是完成控制的基礎(chǔ)，圖4-1是本課題的電氣主接線圖。圖4-1 機(jī)械手控制體統(tǒng)主接線圖主電路圖上，主線上先接一個(gè)10A的空氣開關(guān)QF1，保證在電流過大的時(shí)候會(huì)自動(dòng)斷開保護(hù)主電路路。之后接一個(gè)急停按鈕，其接常閉觸點(diǎn)，也就是在通常情況下急停按鈕保持電流通暢，在遇到緊急情況時(shí)候按下急停按鈕，常閉觸點(diǎn)斷開導(dǎo)致主回路關(guān)段，起到手動(dòng)應(yīng)急關(guān)斷效果。圖最左側(cè)是并在主回路上的插

31、座，保證在進(jìn)行設(shè)備調(diào)試需要用電時(shí)候的便利。插座旁是并在回路上的24V開關(guān)電源，其是為了給PLC、觸摸屏以及傳感器提供直流電源。因?yàn)殚_關(guān)電源接在主回路上，所以在其L線上加一個(gè)6A的空氣開關(guān)。24V開關(guān)電源的輸出端接一個(gè)白色的指示燈，在其有電流時(shí)候，直觀的顯示通電狀態(tài)。24V直流電源旁是觸摸屏，通入24V直流電壓。PLC為交流電源供電，加一個(gè)6A的空氣開關(guān)QF3，通訊線W接通觸摸屏和PLC，實(shí)現(xiàn)通訊順暢12。主電路圖實(shí)現(xiàn)電氣元件的基本連接，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該充分考慮到實(shí)用性和安全性，保證在發(fā)生故障的時(shí)候損失最小。4.2.2 PLC輸入接線PLC的輸入端是外部給PLC的信號(hào)，每一個(gè)輸入端回路都是一個(gè)

32、獨(dú)立的系統(tǒng)，不同的端口起到不同的效果。圖4-2是PLC輸入接線圖。圖4-2 機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC輸入端接線圖圖中，有左邊至右依次為輸入端的3個(gè)公共端、輸入X00-X07、輸入X10-X17.三個(gè)公共端接24V，X0O接啟動(dòng)按鈕SB1，XO1接復(fù)位按鈕，X03接急停按鈕，X04接左側(cè)產(chǎn)品有無光電傳感器，X04-X13為四個(gè)氣缸的傳感器，其公共端接在0V上，X14接夾片有無檢測(cè)傳感器。4.2.3 PLC輸出接線PLC的輸出端是在其接收到輸入信號(hào)以后，通過程序的控制，給外部信號(hào)的端口，本課題總共有四個(gè)電磁閥為輸出端，圖4-3為PLC輸出接線圖。圖4-3 機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC輸出端接線圖PLC的輸出公

33、共端接0V,輸出端Y00接水平氣缸電磁閥，Y02接伸縮氣缸電磁閥，Y03接夾取氣缸電磁閥，以接沖壓氣缸電磁閥。電磁閥公共端接24V電壓。43 控制流程圖控制流程圖是顯示設(shè)計(jì)過程的圖形，圖4-4為本課題的控制流程圖。產(chǎn)品有無1 加緊4 左工位右工位（原定）水平氣缸推進(jìn)2水平氣缸復(fù)位6 伸 伸 伸 縮 縮縮 伸 氣 氣氣 縮 缸 缸 缸 氣 推 復(fù)推 缸 進(jìn) 位 進(jìn) 復(fù)沖壓8 3 57 位 放松9 10圖4-4 機(jī)械手控制動(dòng)作流程圖 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)候，首先檢測(cè)左側(cè)產(chǎn)品有無；當(dāng)有產(chǎn)品傳送來時(shí)候，水平氣缸推動(dòng)機(jī)械手向左工位移動(dòng)；當(dāng)?shù)竭_(dá)左工位上方，伸縮氣缸推動(dòng)機(jī)械手向下；到達(dá)指定位置，機(jī)械手夾緊氣缸動(dòng)作夾

34、住產(chǎn)品；然后伸縮氣缸回到原定位置；水平氣缸向右運(yùn)動(dòng)使機(jī)械手回到原來位置；之后機(jī)械手伸縮氣缸推動(dòng)機(jī)械手下降到右側(cè)工位；夾緊氣缸保持動(dòng)作，投放夾片，當(dāng)接觸傳感器感應(yīng)到夾片時(shí)候，沖壓氣缸向下沖壓；當(dāng)沖壓完成時(shí)候機(jī)械手放松；最后伸縮氣缸回到原來位置，一次自動(dòng)化流程完成，當(dāng)左側(cè)光電傳感器再次檢測(cè)到產(chǎn)品時(shí)候，第二次動(dòng)作再開始進(jìn)行13。44 程序梯形圖本次設(shè)計(jì)，采用三菱PLC專門的編程軟件GX Developer，編程采用步進(jìn)梯形圖的方式，程序如下。圖4-5 啟動(dòng)步進(jìn)程序當(dāng)程序通電時(shí)候M8002給一個(gè)脈沖信號(hào)，狀態(tài)寄存器S0置位，步進(jìn)初始；急停按鈕在外電路持續(xù)導(dǎo)通，光幕信號(hào)持續(xù)有信號(hào)接收，當(dāng)水平氣缸、伸縮氣

35、缸、加緊氣缸、沖壓氣缸都處于初始位置時(shí)候，它們的初始位置傳感器都得到信號(hào)的時(shí)候，按下啟動(dòng)按鈕，在其導(dǎo)通的一瞬間，步進(jìn)進(jìn)入S20狀態(tài)。圖4-6 水平氣缸動(dòng)作步進(jìn)程序急停按鈕和光幕傳感器都保持原狀態(tài)沒有異常時(shí)候，伸縮、夾緊、壓制氣缸都處于原始位置，左產(chǎn)品有無檢測(cè)傳感器在檢測(cè)到有工件的時(shí)候，水平氣缸導(dǎo)通，當(dāng)水平氣缸推進(jìn)到末端時(shí)候，定時(shí)2s后進(jìn)入S21狀態(tài)14。圖4-7 伸縮氣缸動(dòng)作步進(jìn)程序急停按鈕和光幕傳感器都無異常時(shí)候，水平氣缸定時(shí)完成，夾取氣缸和沖壓氣缸還沒動(dòng)作時(shí)伸縮氣缸輔助繼電器M1得信號(hào)，程序進(jìn)入S22狀態(tài)。圖4-8 加緊氣缸動(dòng)作步進(jìn)程序當(dāng)伸縮氣缸到達(dá)底端，下部的的傳感器X007給PLC信號(hào)

36、，此時(shí)沖壓氣缸還保持原有狀態(tài)，加緊氣缸輔助繼電器得信號(hào)，步進(jìn)進(jìn)入S23狀態(tài)。圖4-9 伸縮氣缸復(fù)位步進(jìn)程序夾取氣缸終端傳感器得信號(hào)，沖壓氣缸還沒有動(dòng)作時(shí)候，伸縮氣缸復(fù)位，步進(jìn)進(jìn)入S24狀態(tài)。圖4-10 水平氣缸復(fù)位步進(jìn)程序 當(dāng)伸縮氣缸回到原來位置時(shí)候，原始位置的傳感器X006給PLC信號(hào)，水平推進(jìn)氣缸復(fù)位，步進(jìn)進(jìn)入S25狀態(tài)。圖4-11 伸縮氣缸動(dòng)作步進(jìn)程序水平氣缸回到初始位置的時(shí)候，水平氣缸初始位置傳感器X004給PLC信號(hào)，伸縮氣缸動(dòng)作，步進(jìn)進(jìn)入S26狀態(tài)。圖4-12 沖壓氣缸動(dòng)作步進(jìn)程序 機(jī)械手將工件移動(dòng)至右側(cè)伸縮氣缸伸到位，下方傳感器的信號(hào)，手工將夾片放到原工件上，光幕在人手縮回來時(shí)候

37、有信號(hào)輸出，夾片被接觸傳感器感受到，這時(shí)候沖壓氣缸動(dòng)作，當(dāng)沖壓氣缸到位時(shí)候定時(shí)3s，保證夾片被壓緊。定時(shí)時(shí)間到，步進(jìn)進(jìn)入S27狀態(tài)。圖4-13 沖壓氣缸復(fù)位步進(jìn)程序 當(dāng)沖壓完成，則沖壓氣缸復(fù)位，當(dāng)沖壓氣缸復(fù)位到達(dá)初始位置，初始位置的傳感器給PLC信號(hào)，加緊氣缸復(fù)位，則機(jī)械手吧工件放在右側(cè)的工位上，步進(jìn)進(jìn)入S28狀態(tài)15。圖4-11 伸縮氣缸復(fù)位步進(jìn)程序 當(dāng)夾緊氣缸復(fù)位到初始位置，初始位置的傳感器X010給PLC信號(hào)，則伸縮氣缸復(fù)位，當(dāng)伸縮氣缸復(fù)位到初始位置的時(shí)候，則一次全部的機(jī)械手動(dòng)作完成，則程序回到初始S0狀態(tài)，步進(jìn)結(jié)束。圖4-14 復(fù)位程序 當(dāng)按下復(fù)位按鈕時(shí)候，在通電瞬間，狀態(tài)寄存器S20

38、至S28批量復(fù)位，同時(shí)伸縮氣缸和沖壓氣缸直接復(fù)位。在復(fù)位按鈕持續(xù)導(dǎo)通，伸縮氣缸和沖壓氣缸復(fù)位到初始位置時(shí)候，水平氣缸復(fù)位；水平氣缸復(fù)位到初始位置時(shí)候，伸縮氣缸動(dòng)作；當(dāng)伸到最低端時(shí)候，夾緊氣缸開始復(fù)位；當(dāng)夾緊氣缸復(fù)位完成后，伸縮氣缸再復(fù)位。這一些列先后的動(dòng)作是由于水品氣缸復(fù)位必須在沖壓氣缸和伸縮氣缸復(fù)位完成后才能進(jìn)行，而夾緊氣缸的復(fù)位必須將夾住的工件放置于右工位后才能進(jìn)行16。圖4-15 輸出端程序當(dāng)復(fù)位按鈕在斷電的一瞬間，程序回到初始狀態(tài)，輔助繼電器直接控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)氣缸動(dòng)作的控制。45人機(jī)界面設(shè)計(jì)本課題采用信捷觸摸屏，在自動(dòng)畫面分別顯示四個(gè)氣缸的動(dòng)作，四個(gè)指示燈分別連接對(duì)象Y0、Y1、Y2

39、、Y3，選擇取反操作，當(dāng)運(yùn)行時(shí)候，燈為綠色，當(dāng)停止運(yùn)行時(shí)候，燈為紅色。當(dāng)點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)的時(shí)候，會(huì)由內(nèi)部寄存器輔助跳轉(zhuǎn)至下一界面。圖4-16 觸摸屏自動(dòng)畫面編程 自動(dòng)界面離線模擬畫面如下。 圖4-17 觸摸屏自動(dòng)畫面在線發(fā)模擬當(dāng)跳轉(zhuǎn)至手動(dòng)畫面，四個(gè)氣缸進(jìn)行分開動(dòng)作，如點(diǎn)擊“水平氣缸始端”后面面按鈕，則其對(duì)應(yīng)的是PLC寄存器M0，這時(shí)候MO強(qiáng)制置位OFF，則水平氣缸動(dòng)作至始端；相同的點(diǎn)擊“水平氣缸終端”后面的按鈕，其對(duì)應(yīng)PLC寄存器M0,M0強(qiáng)置位ON，則水平氣缸動(dòng)作。當(dāng)點(diǎn)擊進(jìn)行自動(dòng)按鈕，則畫面返回自動(dòng)換面17。圖4-18 觸摸屏手動(dòng)畫面編程手動(dòng)界面離線模擬畫面如下圖4-19 觸摸屏手動(dòng)畫面在線模擬