《物料搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)plc設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物料搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)plc設(shè)計(jì)（16頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 物料搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng) PLC編程設(shè)計(jì) 課程名稱：可編程控制器原理及應(yīng)用 任課教師：馮治國(guó)老師 班級(jí)：機(jī)制102班 學(xué)號(hào)： 姓名： 設(shè)計(jì)題目及概述 （一）設(shè)計(jì)題目 如圖1所示為一簡(jiǎn)易物料搬運(yùn)機(jī)械手的工藝流程圖。該機(jī)械手是一個(gè)水平 / 垂直位移的機(jī)械設(shè)備，其操作是將工件從左工作臺(tái)搬運(yùn)到右工作臺(tái)，由光耦合 器VLC來(lái)檢測(cè)工作臺(tái)上有沒有工件。機(jī)械手通常位于原點(diǎn)，它的動(dòng)作全部由氣 缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸則由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升 /下降和左移/右移分別由雙 線圈二位電磁閥控制，放松/夾緊由一個(gè)單線圈二位電磁閥（稱為夾緊電磁閥 ＞控 制。 （二）設(shè)計(jì)概述 PLC控制系統(tǒng)

2、的設(shè)計(jì)包括3個(gè)重要的環(huán)節(jié)，其一是通過(guò)控制任務(wù)的分析, 確定控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案；其二是根據(jù)控制要求確定硬件構(gòu)成方案；其三 是設(shè)計(jì)出滿足控制要求的應(yīng)用程序。 二、對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的深入調(diào)查研究 （一）機(jī)械手的工作方式 此系統(tǒng)需要具備多種工作方式，如既能自動(dòng)的循環(huán)運(yùn)行一個(gè)過(guò)程，也能進(jìn) 行手動(dòng)操作運(yùn)行一個(gè)工作步等。常見的工作方式有聯(lián)系、單周期、單步和手動(dòng)。 1.單周期方式 機(jī)械手在原位壓左限位開關(guān)和上限位開關(guān)。按一次操作按鈕機(jī)械手開始下 降，下降到左工位壓動(dòng)下限位開關(guān)后自停；接著機(jī)械手夾緊工件后開始上升， 上升到原位壓動(dòng)上限位開關(guān)后自停；接著機(jī)械手開始右行直至壓動(dòng)右限位開關(guān) 開關(guān)后自停；接著機(jī)

3、械手下降，下降到右工位壓動(dòng)下限位開關(guān) <兩個(gè)工位用一個(gè) 下限位開關(guān)）后自停；接著機(jī)械手放松工件后開始上升直至壓動(dòng)上限位開關(guān)后 自停 < 兩個(gè)工位用一個(gè)上限位開關(guān)）；接著機(jī)械手開始左行直至壓動(dòng)左限位開關(guān) 后自停。至此一個(gè)周期的動(dòng)作結(jié)束，再按一次操作按鈕則開始下一個(gè)周期的運(yùn) 行。 2. 連續(xù)方式 啟動(dòng)后機(jī)械手反復(fù)運(yùn)行上述每個(gè)周期的動(dòng)作過(guò)程，即周期性連續(xù)運(yùn)行。 3. 單步方式 每按一次操作按鈕，機(jī)械手完成一個(gè)工作步。例如，按一次操作按鈕機(jī)械 手開始下降，下降到左限位壓動(dòng)下限位開關(guān)自停，欲使之運(yùn)行下一個(gè)工作步， 必須再按一次操作按鈕等。 以上三種工作方式屬于自動(dòng)控制方式。 4. 手動(dòng)方式 按下

4、按鈕則機(jī)械手開始一個(gè)動(dòng)作，松開按鈕則停止該動(dòng)作。 （二） 對(duì)機(jī)械手每工作步的控制要求 1. 上升和下降 機(jī)械手上升和下降的動(dòng)作都要到位，否則不能進(jìn)行下一個(gè)工作步。本題使 用上下限位開關(guān)進(jìn)行控制，上升和下降的動(dòng)作用一個(gè)雙線圈的電磁閥控制。 2. 放松和夾緊 機(jī)械手夾緊和放松的動(dòng)作必須在兩個(gè)下工位處進(jìn)行，且夾緊和放松的動(dòng)作 都要到位。 為了確保夾緊和放松動(dòng)作的可靠性，本例對(duì)夾緊和放松動(dòng)作進(jìn)行定時(shí)，并 設(shè)置夾緊和放松指示。夾緊和放松動(dòng)作由單線圈的電磁閥控制。 3. 左行和右行 自動(dòng)方式時(shí)，機(jī)械手的左、右運(yùn)動(dòng)必須在壓動(dòng)上限位開關(guān)后才能進(jìn)行；機(jī) 械手的左 /右運(yùn)動(dòng)都必須到位，以確保在左工位取到

5、工件并在右工位放下工件。 本題利用上限位開關(guān)、左限位開關(guān)和右限位開關(guān)進(jìn)行控制。左 /右行的動(dòng)作由雙 線圈的電磁閥控制。 （三） 機(jī)械手工作流程 1. 對(duì)于手動(dòng)控制方式 按照點(diǎn)動(dòng)的方式進(jìn)行 ,手動(dòng)控制按鈕有 "手動(dòng)右移 "、"手動(dòng)左移 "、 "手動(dòng)前進(jìn) "、"手動(dòng)后退 "、"手動(dòng)上升 "、 "手動(dòng)下降 "、"手動(dòng)夾緊 "和 "手動(dòng)松開 ",按下相應(yīng) 的按鈕 ,機(jī)械手分別執(zhí)行機(jī)械手臂 X 軸右移、 X 軸左移、 Y 軸前進(jìn)、 Y 軸后退、 Z 軸上升、 Z 軸下降、手爪夾緊、手爪松開動(dòng)作。另外還有 "自動(dòng)/手動(dòng) "按鈕,用 以選擇系統(tǒng)的控制方式 ,按下時(shí)為自動(dòng)控制方式 ,未按下時(shí)為手動(dòng)控制

6、方式。 2. 對(duì)于自動(dòng)控制方式 按照時(shí)間推移具體動(dòng)作順序如下 : （1＞等待接收工件到位信號(hào)。 （2＞橫軸移動(dòng)至X1,豎軸下降至Z2,啟動(dòng)夾緊。 (3＞機(jī)械手從流水線將工件取下。 (4＞豎軸上升至ZI,橫軸移動(dòng)至X2,豎軸下降至Z2。 (5＞松開工件，機(jī)械手將工件放置到工作臺(tái)上。 (6＞豎軸上升，啟動(dòng)工作，機(jī)械手進(jìn)行工作等待。 (7＞工作完成，信號(hào)置位。 (8＞豎軸下降，夾緊工件。 (9＞豎軸上升至ZI,橫軸移動(dòng)X3,縱軸移動(dòng)丫3,豎軸下降至Z2,松開工件。 (10＞豎軸上升,X回原點(diǎn)，丫回原點(diǎn)。 上述1-10為一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。 3.總結(jié) 在本文中用X軸表示橫軸,Z

7、軸表示豎軸。如此在 X軸上有XI、X2、X3三 個(gè)工位，在丫軸上有 Yl、Y2、Y3三個(gè)工位,在Z軸上有Z1和Z2兩個(gè)工位。 (四) 機(jī)械手實(shí)現(xiàn)功能 基于上述的控制耍求，本機(jī)械手控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)下述功能： 機(jī)械手按手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式動(dòng)作：設(shè)計(jì)要求機(jī)械手可以通過(guò)手動(dòng)和自動(dòng)兩 種方式實(shí)現(xiàn)控制功能，在手動(dòng)方式下，用點(diǎn)動(dòng)的方式進(jìn)行機(jī)械手的移動(dòng)控制，對(duì)應(yīng) 的控制按鈕在控制面板之上。在自動(dòng)方式下，機(jī)械手根據(jù)編制的自動(dòng)控制程序?qū)?現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，完成工件的抓取。 三、確定系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 在進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)之前，先設(shè)計(jì)出應(yīng)用程序的總體方案如圖 2,圖中把整個(gè)程 序分成兩大塊，即手動(dòng)和自動(dòng)兩部分。 圖

8、2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 四、確定輸入/輸出元件，選擇 PLC機(jī)型 本設(shè)計(jì)采用的PLC是三菱公司的FX2N系列 PLC的硬件結(jié)構(gòu)主要由 CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口電路、通信接口、擴(kuò)展接 口和電源等部分組成。其中,CPU是PLC的核心,I/O接口電路是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與 CPU之間的橋梁，通信接口用于和外圍設(shè)備進(jìn)行連接 ，基本結(jié)構(gòu)如圖3所示 CPU 圖3 PLC基本結(jié)構(gòu) 五、確定PLC的I/O分配 輸入方面分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。按照機(jī)械手的控制要求 ，系統(tǒng)需要以下 輸入點(diǎn)，具體分配為:X軸原點(diǎn)信號(hào)、丫軸原點(diǎn)信號(hào)、停止、手動(dòng)/自動(dòng)選擇

9、、手 動(dòng)左行、手動(dòng)右行、手動(dòng)前進(jìn)、手動(dòng)后退、手動(dòng)上升、手動(dòng)下降、手動(dòng)夾緊、 手動(dòng)松開、XI位置、X2位置、X3位置、丫1位置、丫2位置、丫3位置、Z1位 置、Z2位置、伺服X-READY、伺服Y-READY、工件到位信號(hào)、工作結(jié)束。 系統(tǒng)需要輸出點(diǎn)具體分配為:X脈沖輸出、丫脈沖輸出、X方向控制、丫方向控 制、啟動(dòng)準(zhǔn)備、伺服X報(bào)警、伺服丫報(bào)警、Z軸上升、Z軸下降、夾緊、工作 啟動(dòng)、工作結(jié)束、機(jī)械手等待。 I/O分配如表1所示： 表1 I/O分配 輸入設(shè)備 對(duì)應(yīng)PLC輸入端口 輸出設(shè)備 對(duì)應(yīng)PLC輸出端口 X軸原點(diǎn)信號(hào) X0 r x軸脈沖信號(hào) Y0 丫軸原點(diǎn)信號(hào) X1 丫

10、軸脈沖信號(hào) 丫1 停止 X2 X軸方向輸出 Y2 手動(dòng)/自動(dòng) X3 丫軸方向輸出 Y3 手動(dòng)左仃 X4 啟動(dòng)準(zhǔn)備 Y4 手動(dòng)右仃 X5 伺服XI警 Y5 手動(dòng)前進(jìn) X6 伺服丫報(bào)警 Y6 手動(dòng)后退 X7 r z軸上升 Y7 手動(dòng)上升 X10 r z軸下降 Y10 手動(dòng)下降 X11 —夾緊 Y11 手動(dòng)夾緊 X12 r工作啟動(dòng) Y12 手動(dòng)松開 X13 r工作結(jié)束 Y13 X1位置 X14 機(jī)械手等待 Y14 X2位置 X15 X3位置 X16 丫1位置 X17 丫2位

11、置 X20 丫3位置 X21 Z1位置 X22 Z2位置 X23 伺服 X-READY ' X24 伺服丫 -READY ' X25 工件到位信號(hào) X26 工作結(jié)束 X27 六、設(shè)計(jì)應(yīng)用程序 （一）回原點(diǎn)的操作 系統(tǒng)初始時(shí)刻，需要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行回原點(diǎn)操作。 在直線軌跡上選擇其中一個(gè)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，從而得到一構(gòu)建坐標(biāo)系，對(duì)于實(shí)現(xiàn) 控制提供參考系。 在三菱的PLC中因?yàn)镕X2N系列沒有專門的回原點(diǎn)指令，因此采用其PLSY 脈沖輸出指令進(jìn)行原點(diǎn)回歸操作。輸出端的 丫2控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，通過(guò)

12、 實(shí)驗(yàn)若通電時(shí)刻電機(jī)向原點(diǎn)的反方向運(yùn)動(dòng)，則換置丫2的值,保證上電時(shí)刻電機(jī)向 著原點(diǎn)方向前進(jìn)。 系統(tǒng)在初始化執(zhí)行回原點(diǎn)程序后，機(jī)械手停在原點(diǎn) 回原點(diǎn)控制程序的流程圖如圖4所示 圖4回原點(diǎn)的程序 （二）手動(dòng)運(yùn)行方式 1.運(yùn)行流程 當(dāng)選擇手動(dòng)控制方式時(shí),"手動(dòng)/自動(dòng)"按鈕不按下，此時(shí)系統(tǒng)的控制采用點(diǎn)動(dòng)的 方式進(jìn)行，由各個(gè)對(duì)應(yīng)的手動(dòng)操作按鈕來(lái)控制機(jī)械手的相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)按鈕被按下 時(shí),相應(yīng)的執(zhí)行元件動(dòng)作，直到到達(dá)運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)碰到行程開關(guān)或者按鈕松開。 手動(dòng)的按鈕有"X軸左移"、"X軸右移"、"丫軸前進(jìn)"、"丫軸后退"、"Z軸上 升"、"Z軸下降"、"手動(dòng)吸附"和"手動(dòng)松開"。為保證系統(tǒng)的

13、安全運(yùn)行，在手動(dòng)程 序中設(shè)置了必要的軟件聯(lián)鎖，以避免誤動(dòng)作手動(dòng)。如機(jī)械手只有在 Z軸的上限位 Z1處才能執(zhí)行X軸的左右移動(dòng)和 Y軸的前后移動(dòng)。因此在設(shè)計(jì)程序中加入了 豎梁的上限位開關(guān)的常開觸點(diǎn)作為聯(lián)鎖，防止機(jī)械手在較低位置時(shí)移動(dòng)與別的物 體發(fā)生碰撞，即當(dāng)Z1置位時(shí)，伺服電機(jī)才可以驅(qū)動(dòng)X、Y軸進(jìn)行移動(dòng)。 機(jī)械手的吸附放松動(dòng)作由一個(gè)電磁閥控制，手動(dòng)吸附按鈕按下時(shí)，PLC的Y11 輸出口置位，使得控制吸附動(dòng)作的電磁闊 CY2-1得電,完成吸附動(dòng)作。按下手動(dòng) 松開按鈕時(shí),PLC的Y11輸出口復(fù)位，對(duì)應(yīng)的電磁闊CY2-1失電，機(jī)械手氣動(dòng)吸盤 松開。 手動(dòng)控制程序的流程圖如圖5所示： 根

14、據(jù)上述流程圖的原則，設(shè)計(jì)手動(dòng)操作程序。 2. X軸手動(dòng)控制 當(dāng)對(duì)X軸進(jìn)行移動(dòng)操作時(shí)，按下控制面板上的"手動(dòng)左移"或者"手動(dòng)右移"按 鈕，機(jī)械手臂執(zhí)行左右移動(dòng)動(dòng)作。 圖6為X軸手動(dòng)控制的梯形圖。 wr- =(XH 卄 XOQO -K- XOO? X

15、軸的移動(dòng)相似，只是脈沖輸出口變 為丫1,方向控制輸出為丫3。對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器變?yōu)?D10和D11，方向丫3置位時(shí) 為后退方向，復(fù)位時(shí)為前進(jìn)方向，手動(dòng)前進(jìn)的程序如圖8所示。 xcoe 5CC1 XW2 W7 iW YDQ7 比】 II —— W—HK——i^—i^———融 M22 誼 亠Tf 壞 X0G3 SOO? XDO1 T?——11—— YGQ3 ] PJO ] X002 g W06 Y& 茂 Y007 1C： * [ I————子 *——W—農(nóng) ｛規(guī) YO33 KeDO D10 31T } 今 > ] ] ] 圖8 Y軸手動(dòng)移

16、動(dòng)程序 在執(zhí)行丫軸的移動(dòng)時(shí)，同樣需要執(zhí)行在丫軸回原點(diǎn)過(guò)程中用到的PLSY指令, 如圖9所示。 I I U4 I 卜「|卜「 轉(zhuǎn) EM DU YOGI ] 圖9 X軸的PLSY指令 4. Z軸手動(dòng)控制 對(duì)于Z軸氣缸的上升和下降控制，程序如圖10所示。 MNW XO1D 皿需 XDf2 \011 JCI 1C2 M?3 JtJ [ “*—H I——折——井——嬌——tK——折——折—— 同 9 iH10 話亡 〉??X C1W7 ) .N0O3 xon XD23 XDO2 XD10 M?1 1C2 瓷 3 JC* 一^——I j——打——開——沖Tf——打—甘一滬卞 9

17、YOC7 衛(wèi) 即淚 〉 圖10 Z軸手動(dòng)移動(dòng)程序 5.夾緊和松開控制 手動(dòng)夾緊和松開的程序如圖11 圖11吸附和放松手動(dòng)控制程序 按照上述的手動(dòng)操作，可以按動(dòng)相應(yīng)的按鈕，以點(diǎn)動(dòng)的方式對(duì)機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng) 的操作，完成手動(dòng)控制功能。 (三) 自動(dòng)運(yùn)行方式 1. 誤操作的禁止 自動(dòng)方式 < 連續(xù)、單周期、單步)時(shí)，按一次操作按鈕自動(dòng)運(yùn)行方式開始， 此后再按操作按鈕屬于錯(cuò)誤操作，程序?qū)﹀e(cuò)誤操作不予響應(yīng)。 另外，當(dāng)機(jī)械手到達(dá)右工位上方時(shí)，下一個(gè)工作步就是下降。為了確保在 右工位沒有工件時(shí)才能開始下降，應(yīng)在右工位設(shè)置有無(wú)工件檢測(cè)裝置。本題使 用光耦合器VLC來(lái)檢測(cè)工作臺(tái)上有沒有

18、工件。 根據(jù)上述控制要求，操作盤上要設(shè)置：一個(gè) PLC的電源開關(guān) <不占輸入 點(diǎn))；一個(gè)工作方式選擇開關(guān)和一個(gè)動(dòng)作方式選擇開關(guān)，通過(guò)這兩個(gè)開關(guān)選擇 工作方式和動(dòng)作方式；操作按鈕和停車按鈕各一個(gè)。 2. 運(yùn)行流程 自動(dòng)操作程序是指系統(tǒng)從初始步開始按照周期反復(fù)地連續(xù)工作。 根據(jù)機(jī)械手的動(dòng)作要求，先確定自動(dòng)控制的順序功能圖，再根據(jù)順序功能圖進(jìn) 行程序的設(shè)計(jì)。 自動(dòng)控制程序的詳細(xì)動(dòng)作時(shí)序圖如下所示： (1) 機(jī)械手停原點(diǎn)，等待流水線工件到位信號(hào)。 (2) 工件到位信號(hào)上升沿。 (3) X軸移動(dòng)至XI, Y軸移動(dòng)至Yl, Z軸下降至Z2。 (4) 吸附工件,延時(shí)2S,工件在流水線上被

19、抓?。? (5) Z軸上升至Zl, X軸移動(dòng)至X2, Y軸移動(dòng)至Y2。 (6) Z軸下降至Z2,釋放工件，延時(shí)2S,工件放于拋光機(jī)之上。 (7) 拋光啟動(dòng)。 (8) 拋光等待。 (9) 拋光完成信號(hào)上升沿。 (10) Z軸下降至Z2,吸附工件，延時(shí)2S。 (11) Z軸上升至Zl, X軸移動(dòng)到X3, Y軸移動(dòng)到Y(jié)3。 (12) Z軸下降至Z2,釋放工件，延時(shí)2S,工件放亍裝箱機(jī)之上。 (13) Z軸上升至Zl, X軸回原點(diǎn)、丫軸回原點(diǎn)。 (14) 等待流水線工件到位信號(hào)。 以上1-14形成一個(gè)循環(huán)，為自動(dòng)控制程序的一個(gè)周期，在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，按 照此種方式周而復(fù)始地進(jìn)行工件

20、的拋光和裝箱動(dòng)作，直到PLC停機(jī)或者按下停止 按鈕。 圖12所示為自動(dòng)程序的流程圖。 按照此程序流程圖 ,設(shè)計(jì)機(jī)械手的自動(dòng)操作程序 ,可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手按照自動(dòng)方式 運(yùn)行。 在每收到光電信號(hào)的輸入時(shí) ,程序?qū)⑿枰苿?dòng)的數(shù)值放入數(shù)據(jù)寄存器中 ,在對(duì) 應(yīng)的子程序中 ,實(shí)現(xiàn)寄存器的加減運(yùn)算 ,達(dá)到伺服電機(jī)的控制效果。 洞s it時(shí)占 炳也I 并光糙克 > 圖11自動(dòng)控制流程圖 Z0ZI ￥四凰總 [ 工回石點(diǎn) | 6

21、 七、 調(diào)試應(yīng)用程序 對(duì)編好的程序，可以先利用模擬實(shí)驗(yàn)板模擬現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行初步的調(diào)試。經(jīng) 反復(fù)調(diào)試修改后，使程序基本滿足控制要求。 八、 制作電氣控制柜和控制盤 在系統(tǒng)硬件構(gòu)成方案確定之后，可以考慮電氣控制柜及控制盤 ＜或稱操作盤） 的設(shè)計(jì)和制作。在動(dòng)手制作之前，要畫出電氣控制主電路電路圖。在控制主回 路時(shí)，要全面地考慮各種保護(hù)和連鎖等問(wèn)題。在控制柜布置和敷線時(shí)，要采取 有效的措施抑制各種干擾信號(hào)，同時(shí)注意防塵、防靜電、防雷電等問(wèn)題。 九、 聯(lián)機(jī)調(diào)試程序 聯(lián)機(jī)調(diào)試可以發(fā)現(xiàn)程序存在的實(shí)際問(wèn)題和不足，通過(guò)

22、調(diào)試和修改后，使程 序完全符合控制要求。調(diào)試前要制定周密的調(diào)試計(jì)劃，以免因?yàn)楣ぷ鞯拿つ啃?而隱藏了應(yīng)該發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。另外，程序調(diào)試完畢必須經(jīng)過(guò)一定時(shí)間運(yùn)行實(shí)踐的 考驗(yàn)，才能確定程序是否達(dá)到控制要求。 十、 編寫技術(shù)文件 這部分工作包括整理程序清單并保存程序，編寫元件明細(xì)表，繪制電氣原 理圖及主回路電路圖，整理相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，編寫控制程序系統(tǒng)說(shuō)明書等。 總結(jié) 本文對(duì) PLC 控制的物料機(jī)械手的控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。以 PLC 為主控制器實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的自動(dòng)化操作。 但是因?yàn)闀r(shí)間和其他客觀條件的限制，仍存在一些不足。本次 設(shè)計(jì)更多的是理論層次的研究 , 設(shè)計(jì)的任務(wù)之一是針對(duì)機(jī)械手換向回 路編寫PLC控制程序，因?yàn)閷?duì)PLC指令系統(tǒng)不熟悉和梯形圖程序的編 寫也不是很熟練 , 編寫程序的過(guò)程中遇到很大困難 , 也做了很多的參 考，比如之前參照設(shè)計(jì)了幾套程序 , 后來(lái)都一一被否定。 今后應(yīng)加大PLC控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，這樣才能使設(shè) 計(jì)的PLC和觸摸屏程序更加完善和可靠