物料搬运机械手系统plc设计Word格式.docx
《物料搬运机械手系统plc设计Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物料搬运机械手系统plc设计Word格式.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
（二）设计概述
PLC控制系统的设计包括3个重要的环节，其一是通过控制任务的分析，确定控制系统的总体设计方案；
其二是根据控制要求确定硬件构成方案；
其三是设计出满足控制要求的应用程序。
二、对设计任务的深入调查研究
（一）机械手的工作方式
此系统需要具备多种工作方式，如既能自动的循环运行一个过程，也能进行手动操作运行一个工作步等。
常见的工作方式有联系、单周期、单步和手动。
1.单周期方式
机械手在原位压左限位开关和上限位开关。
按一次操作按钮机械手开始下降，下降到左工位压动下限位开关后自停；
接着机械手夹紧工件后开始上升，上升到原位压动上限位开关后自停；
接着机械手开始右行直至压动右限位开关开关后自停；
接着机械手下降，下降到右工位压动下限位开关（两个工位用一个下限位开关）后自停；
接着机械手放松工件后开始上升直至压动上限位开关后自停（两个工位用一个上限位开关）；
接着机械手开始左行直至压动左限位开关后自停。
至此一个周期的动作结束，再按一次操作按钮则开始下一个周期的运行。
2.连续方式
启动后机械手反复运行上述每个周期的动作过程，即周期性连续运行。
3.单步方式
每按一次操作按钮，机械手完成一个工作步。
例如，按一次操作按钮机械手开始下降，下降到左限位压动下限位开关自停，欲使之运行下一个工作步，必须再按一次操作按钮等。
以上三种工作方式属于自动控制方式。
4.手动方式
按下按钮则机械手开始一个动作，松开按钮则停止该动作。
（二）对机械手每工作步的控制要求
1.上升和下降
机械手上升和下降的动作都要到位，否则不能进行下一个工作步。
本题使用上下限位开关进行控制，上升和下降的动作用一个双线圈的电磁阀控制。
2.放松和夹紧
机械手夹紧和放松的动作必须在两个下工位处进行，且夹紧和放松的动作都要到位。
为了确保夹紧和放松动作的可靠性，本例对夹紧和放松动作进行定时，并设置夹紧和放松指示。
夹紧和放松动作由单线圈的电磁阀控制。
3.左行和右行
自动方式时，机械手的左、右运动必须在压动上限位开关后才能进行；
机械手的左/右运动都必须到位，以确保在左工位取到工件并在右工位放下工件。
本题利用上限位开关、左限位开关和右限位开关进行控制。
左/右行的动作由双线圈的电磁阀控制。
（三）机械手工作流程
1.对于手动控制方式
按照点动的方式进行,手动控制按钮有"
手动右移"
、"
手动左移"
手动前进"
手动后退"
手动上升"
手动下降"
手动夹紧"
和"
手动松开"
按下相应的按钮,机械手分别执行机械手臂X轴右移、X轴左移、Y轴前进、Y轴后退、Z轴上升、Z轴下降、手爪夹紧、手爪松开动作。
另外还有"
自动/手动"
按钮,用以选择系统的控制方式,按下时为自动控制方式,未按下时为手动控制方式。
2.对于自动控制方式
按照时间推移具体动作顺序如下:
（1）等待接收工件到位信号;
（2）横轴移动至X1,竖轴下降至Z2,启动夹紧;
（3）机械手从流水线将工件取下;
（4）竖轴上升至Zl,横轴移动至X2,竖轴下降至Z2;
（5）松开工件,机械手将工件放置到工作台上;
（6）竖轴上升,启动工作,机械手进行工作等待;
（7）工作完成，信号置位;
（8）竖轴下降,夹紧工件;
（9）竖轴上升至Zl,横轴移动X3,纵轴移动Y3,竖轴下降至Z2,松开工件;
（10）竖轴上升,X回原点,Y回原点。
上述1-10为一个动作循环。
3.总结
在本文中用X轴表示横轴,Z轴表示竖轴;
如此在X轴上有X1、X2、X3三个工位,在Y轴上有Yl、Y2、Y3三个工位,在Z轴上有Z1和Z2两个工位。
（四）机械手实现功能
基于上述的控制耍求,本机械手控制系统实现下述功能:
机械手按手动和自动两种方式动作:
设计要求机械手可以通过手动和自动两种方式实现控制功能,在手动方式下,用点动的方式进行机械手的移动控制,对应的控制按钮在控制面板之上;
在自动方式下,机械手根据编制的自动控制程序实现自动运行,完成工件的抓取。
三、确定系统整体设计方案
在进行程序的设计之前,先设计出应用程序的总体方案如图2,图中把整个程序分成两大块,即手动和自动两部分。
图2系统整体设计方案
四、确定输入/输出元件，选择PLC机型
本设计采用的PLC是三菱公司的FX2N系列。
PLC的硬件结构主要由CPU、存储器、I/O接口电路、通信接口、扩展接口和电源等部分组成。
其中,CPU是PLC的核心,I/O接口电路是连接现场设备与CPU之间的桥梁,通信接口用于和外围设备进行连接,基本结构如图3所示。
图3PLC基本结构
五、确定PLC的I/O分配
输入方面分为手动控制和自动控制。
按照机械手的控制要求,系统需要以下输入点,具体分配为:
X轴原点信号、Y轴原点信号、停止、手动/自动选择、手动左行、手动右行、手动前进、手动后退、手动上升、手动下降、手动夹紧、手动松开、XI位置、X2位置、X3位置、Y1位置、Y2位置、Y3位置、Z1位置、Z2位置、伺服X-READY、伺服Y-READY、工件到位信号、工作结束。
系统需要输出点具体分配为:
X脉冲输出、Y脉冲输出、X方向控制、Y方向控制、启动准备、伺服X报警、伺服Y报警、Z轴上升、Z轴下降、夹紧、工作启动、工作结束、机械手等待。
I/O分配如表1所示：
表1I/O分配
六、设计应用程序
（一）回原点的操作
系统初始时刻,需要对机械手进行回原点操作。
在直线轨迹上选择其中一个点作为参考点,从而得到一构建坐标系,对于实现控制提供参考系。
在三菱的PLC中,由于FX2N系列没有专门的回原点指令,因此采用其PLSY脉冲输出指令进行原点回归操作。
输出端的Y2控制伺服电机转动的方向,通过试验,若通电时刻电机向原点的反方向运动,则换置Y2的值,保证上电时刻电机向着原点方向前进。
系统在初始化执行回原点程序后,机械手停在原点。
回原点控制程序的流程图如图4所示
图4回原点的程序
（二）手动运行方式
1.运行流程
当选择手动控制方式时,"
手动/自动"
按钮不按下,此时系统的控制采用点动的方式进行,由各个对应的手动操作按钮来控制机械手的相应动作。
当按钮被按下时,相应的执行元件动作,直到到达运动的终点碰到行程开关或者按钮松开。
手动的按钮有"
X轴左移"
X轴右移"
Y轴前进"
Y轴后退"
Z轴上升"
Z轴下降"
手动吸附"
。
为保证系统的安全运行,在手动程序中设置了必要的软件联锁,以避免误动作手动。
如机械手只有在Z轴的上限位Z1处才能执行X轴的左右移动和Y轴的前后移动。
因此在设计程序中加入了竖梁的上限位开关的常开触点作为联锁,防止机械手在较低位置时移动与别的物体发生碰撞,即当Z1置位时,伺服电机才可以驱动X、Y轴进行移动。
机械手的吸附放松动作由一个电磁阀控制,手动吸附按钮按下时,PLC的Y11输出口置位,使得控制吸附动作的电磁阔CY2-1得电,完成吸附动作;
按下手动松开按钮时,PLC的Y11输出口复位,对应的电磁阔CY2-1失电,机械手气动吸盘松开。
手动控制程序的流程图如图5所示：
图5手动控制程序流程图
根据上述流程图的原则,设计手动操作程序。
2.X轴手动控制
当对X轴进行移动操作时,按下控制面板上的"
或者"
按钮,机械手臂执行左右移动动作。
图6为X轴手动控制的梯形图。
图6X轴手动控制的梯形图
对于X轴移动,对应的辅助继电器M3置位,执行在回原点程序中已用到的PLSY指令。
如图7所示：
图7X轴的PLSY指令
3.Y轴手动控制
对于Y轴的前进和后退,其基本原理与X轴的移动相似,只是脉冲输出口变为Yl,方向控制输出为Y3。
对应的数据寄存器变为D10和D11,方向Y3置位时为后退方向,复位时为前进方向,手动前进的程序如图8所示。
图8Y轴手动移动程序
在执行Y轴的移动时,同样需要执行在Y轴回原点过程中用到的PLSY指令,如图9所示。
图9X轴的PLSY指令
4.Z轴手动控制
对于Z轴气缸的上升和下降控制,程序如图10所示。
图10Z轴手动移动程序
5.夹紧和松开控制
手动夹紧和松开的程序如图11。
图11吸附和放松手动控制程序
按照上述的手动操作,可以按动相应的按钮,以点动的方式对机械手进行相应的操作,完成手动控制功能。
（三）自动运行方式
1.误操作的禁止
自动方式（连续、单周期、单步）时，按一次操作按钮自动运行方式开始，此后再按操作按钮属于错误操作，程序对错误操作不予响应。
另外，当机械手到达右工位上方时，下一个工作步就是下降。
为了确保在右工位没有工件时才能开始下降，应在右工位设置有无工件检测装置。
本题使用光耦合器VLC来检测工作台上有没有工件。
根据上述控制要求，操作盘上要设置：
一个PLC的电源开关（不占输入点）；
一个工作方式选择开关和一个动作方式选择开关，通过这两个开关选择工作方式和动作方式；
操作按钮和停车按钮各一个。
2.运行流程
自动操作程序是指系统从初始步开始按照周期反复地连续工作。
根据机械手的动作要求,先确定自动控制的顺序功能图,再根据顺序功能图进行程序的设计。
自动控制程序的详细动作时序图如下所示:
（1）机械手停原点,等待流水线工件到位信号;
（2）工件到位信号上升沿;
（3）X轴移动至XI,Y轴移动至Yl,Z轴下降至Z2;
（4）吸附工件,延时2S,工件在流水线上被抓取；
（5）Z轴上升至Zl,X轴移动至X2,Y轴移动至Y2;
（6）Z轴下降至Z2,释放工件,延时2S,工件放于抛光机之上;
（7）抛光启动;
（8）抛光等待;
（9）抛光完成信号上升沿;
（10）Z轴下降至Z2,吸附工件,延时2S;
（11）Z轴上升至Zl,X轴移动到X3,Y轴移动到Y3;
（12）Z轴下降至Z2,释放工件,延时2S,工件放亍装箱机之上;
（13）Z轴上升至Zl,X轴回原点、Y轴回原点;
（14）等待流水线工件到位信号。
以上1-14形成一个循环,为自动控制程序的一个周期,在自动化生产线上,按照此种方式周而复始地进行工件的抛光和装箱动作,直到PLC停机或者按下停止按钮。
图12所示为自动程序的流程图。
按照此程序流程图,设计机械手的自动操作程序,可实现机械手按照自动方式运行。
在每收到光电信号的输入时,程序将需要移动的数值放入数据寄存器中,在对应的子程序中,实现寄存器的加减运算,达到伺服电机的控制效果。
图11自动控制流程图
七、调试应用程序
对编好的程序，可以先利用模拟实验板模拟现场信号进行初步的调试。
经反复调试修改后，使程序基本满足控制要求。
八、制作电气控制柜和控制盘
在系统硬件构成方案确定之后，可以考虑电气控制柜及控制盘（或称操作盘）的设计和制作。
在动手制作之前，要画出电气控制主电路电路图。
在控制主回路时，要全面地考虑各种保护和连锁等问题。
在控制柜布置和敷线时，要采取有效的措施抑制各种干扰信号，同时注意防尘、防静电、防雷电等问题。
九、联机调试程序
联机调试可以发现程序存在的实际问题和不足，通过调试和修改后，使程序完全符合控制要求。
调试前要制定周密的调试计划，以免由于工作的盲目性而隐藏了应该发现的问题。
另外，程序调试完毕必须经过一定时间运行实践的考验，才能确定程序是否达到控制要求。
一十、编写技术文件
这部分工作包括整理程序清单并保存程序，编写元件明细表，绘制电气原理图及主回路电路图，整理相关的技术参数，编写控制程序系统说明书等。
总结
本文对PLC控制的物料机械手的控制系统进行了设计。
以PLC为主控制器实现了机械手的自动化操作。
但是由于时间和其他客观条件的限制，仍存在一些不足。
本次设计更多的是理论层次的研究,设计的任务之一是针对机械手换向回路编写PLC控制程序,由于对PLC指令系统不熟悉和梯形图程序的编写也不是很熟练,编写程序的过程中遇到很大困难,也做了很多的参考，比如之前参照设计了几套程序,后来都一一被否定。
今后应加大PLC控制系统的学习和加强实践环节,这样才能使设计的PLC和触摸屏程序更加完善和可靠。
升级会员 