2022年机械手PLC控制 3.pdf

2 基于 PLC的机械手设计摘 要机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由 PLC输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；位置信号由接近开关反馈给PLC主机，通过交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。关键词：机械手， PLC ，变频器，交流电机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 39 页PLC-based design of a manipulator ABSTRACT Manipulator industrial robot systems traditional mandate, Robot is one of the key components. Manipulator using the mechanical structure of screw-ball, slider, and other mechanical devices composition 。 Electric have AC motor, inverter, sensor, and other electronic device components. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by three PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision, micro-switches position signal transmission will host PLC。 location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through the exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters. KEY WORDS: Manipulator ，PLC ， Inverter ， AC motor精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 39 页目录前 言错误！未定义书签。第一章可编程控制 PLC211 PLC简介212PLC的工作原理错误！未定义书签。第二章机械手 PLC控制系统设计621 机械手夹持器和机座的结构102.1.1 机械手夹持器202.1.2 机座.20 谢 辞. 48参考文献49精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 39 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 39 页前 言代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展 , 自动化已经成为现代企业中的重要支柱, 无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。本课题拟开发物料搬运机械手，采用日本三菱公司的FX2N系列 PLC ，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电气方面由交流电机、变频器、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。由于时间仓促和个人水平限制，我的设计存在着许多还没来得及解决的问题，希望广大老师、同学能够给予批评指正并予以解决。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 39 页第一章可编程控制PLC 1.1 PLC 简介自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC ）取代传统继电器控制装置以来，PLC 得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。作为离散控制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20% 30% 。随着工厂自动化程度的不断提高和 PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC 的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球 PLC的销售收入为100 亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC 的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。 PLC的 CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC ，循环扫描周期在1 微秒到几十微秒之间。 PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K 逻辑程序不到1 毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16 位（也有 32 位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU 来完成模精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 39 页拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同 I/O 点数的系统，用PLC比用 DCS ，其成本要低一些（大约能省40% 左右）。 PLC 没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O 点（最多可达8000 多个 I/O ）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC 较为合适。 PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。近10年来，随着 PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用 PLC进行控制， PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。通用 PLC 应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC 相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC 或定制 PLC 取代嵌入式控制器1.2PLC的工作原理可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN ）状态与停止（STOP ）状态。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到 STOP 工作状态。除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，一次循环可分为5 个阶段。可编程序控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。在内部处理联合阶段。可编程序控制器检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 39 页在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当可编程序控制器处于停止（STOP ）状态时，只执行以上的操作。可编程序控制起处于（RUN ）状态时，还要完成另外 3 个阶段的操作。在可编程序控制器的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。可编程序控制器梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接通/ 断开（ ON/OFF ）状态读入输入寄存器。外接的输入触点电路接通时，对应的输入映像寄存器为“1”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入触点电路断开，对应的输入映像寄存器为“0”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序的执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0/1 状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算结果写入到对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。在输出处理阶段， CPU 将输出映像寄存器的0/1 状态传送到输出锁存器。体型图某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“1”状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 39 页图 1.1 扫描周期若梯形图中输出继电器线圈断电对应的输出映像寄存器为“0”状态，在输出处理阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。某一编程元件对应的映像寄存器为“1”状态时，称该编程元件为ON ，映像寄存器为“ 0”状态时，称该编程元件为OFF 。扫描周期可编程序控制器在RUN 工作状态时，执行一次图1.1 所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1100ms 。指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU 执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等。如图1.2 所示。图 1.2 PLC 的扫描运行方式第(N-1) 个扫描周期输出刷新第(N+1) 个扫描周期输入采样第 N 个扫描周期输入采样输出刷新用户程序执行精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 39 页第二章机械手PLC控制系统设计工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“ Mechanical Hand ”，它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 39 页工作程序一般是固定的，因此是专用的。在国外，目前主要是搞第一类通用机械手，国外称为机器人。本课题所做的机械手是属于第三类机械手。2、 应用简况现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。有资料统计：美国偏重于毛坯生产，日本偏重于机械加工。随着机械手技术的发展，应用的对象还会有所改变。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。国内机械手工业、铁路工业中首先在单机、专机上采用机械手上下料，减轻工人的劳动强度。国外铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件。并和机床共同组成一个综合的数控加工系统。采用机械手进行装配更始目前研究的重点，国外已研究采用摄象机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到镶装的目的。3、 发展趋势目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还是不能满足工业发展的需要。在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换工件，扩大应用范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 39 页在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。此外，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及微型计算机。工作是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通过装在手指内的敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：一、以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。二、以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 39 页应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。2.1 机械手夹持器和机座的结构2.1.1 机械手夹持器机械手的机械夹持器多为双指手抓式，按其手抓的运动方式可分为平移型和回转型。回转型手抓有可分为单支点和双支点回转型，按夹持方式可以分为外夹式和内撑式。按驱动方式可以电动、液压和气动三种。回转型夹持器结构较简单，但当所夹持的工件直径有变动时，将引起工件轴心的偏移。对平移型夹持器，工件直径的变化不影响其轴心的位置。但其机械机构繁杂，体积大，制造精度要求高。所以当设计机械手夹持器的时候，在满足工件的定位精度要求的条件下，尽可能的采用结构比较简单回转型夹持器。本文设计的机械手采用的是楔槽杠杆式回转型夹持器。如图 2.1 所示，装在杆上端的滚子 3 和楔块之间为滚动接触。当电机带动连杆前进时，通过楔块 4的斜面和杠杆1，使两个手抓产生加紧动作和加紧力。当楔块后移时，靠弹簧的拉力使手指松开。这种末端图 2.1 机械手夹持器执行器由于楔块和滚子之间为滚动接触，摩擦力小，活动灵活，且机构简单。2.1.2 机座精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 39 页机座是机械手的支撑部件，机座承受机械手的全部重量和工作载荷，所以机座应有足够的强度、刚度和承载能力。另外机座还要求有足够大的安装基面，以保证机械手工作时的稳定行。图 2-2 机座如图 2-2 所示，机械手采用普通轴承作为支撑元件的机座支撑结构。这种结构有制造简单、成本低、安装调整方便等优点。图中电动机3 经减速器 4、主动小齿轮5、中间齿轮6、大齿轮7 驱动丝杆2 旋转，从而驱动升降台上下运动。整个机座安装在基座8 上。2.2 机械手 PLC选择及参数2.2.1PLC 机型的选择方法1PLC 的类型 PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC 的I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O 点数，功精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 39 页能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。2输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。3. 电源的选择PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC 的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC ，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。4. 存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用工程的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256 个 I/O 点至少选 8K 存储器选择 。 需 要 复 杂 控 制 功 能 时 ， 应 选 择 容 量 更 大 ， 档 次 更 高 的 存 储 器 。5. 冗余功能的选择a控制单元的冗余（1）重要的过程单元： CPU （包括存储器）及电源均应1B1冗余。（2）在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2 重化或 3重化冗余容错系统等。b I/O接口单元的冗余（1）控制回路的多点I/O 卡应冗余配置。（2）重要检测点的多点I/O 卡可冗余配置。 3）根据需要对重要的I/O 信号，可选用 2 重化或 3重化的 I/O 接口单元。6. 经济性的考虑选择 PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 39 页用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，估因此，点数的增加对CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。2.2.2 参数综合上述原则机械手控制系统主机为三菱的FX2N-48MR 。1. 主要技术数据如下：工作电源： 24VDC 输入点数： 24 输出点数： 24 输入信号类型：直流或开关量输入电流： 24VDC 5mA 模拟输入： -10V10V（-20mA +20mA ）输出晶体管允许电流0.3A/ 点（1.2A/COM ）输出电压规格： 30VDC 最大负载： 9W 输出反应时间： Off On 20s OnOff 30 s 基本指令执行时间：数个 s 程序语言：指令 +梯形图 +SFC 程序容量： 3792STEPS 基本顺序指令： 32 个（含步进梯形指令）应用指令： 100 种初始步进点： S0S9 一般步进点： 118 点，S10S127 辅助继电器：一般用512+232点（M000 M511+M768 M999 ）停电保持用 256点（M512 M767 ）特殊用 280点（M1000 M1279 ）定时器： 100ms时基 64 点（T0T63）10ms时基 63 点（T64T126，M1028为 ON 时）1ms时基 1 点（T127）计数器：一般用 112 点（C000 C111 ，16 位计数器）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 39 页停电保持用 16 点（C112 C127 ，16 位计数器）高速用 13 点 1 相 5kHz，2 相 2kHz（C235 C254 ，全部为停电保持32 位计数器）数据寄存器：一般用408点（D000 D407 ）停电保持用 192点（D408 D599 ）特殊用 144 点（D1000 D1143 ）指针/ 中断：P64点；I4 点（P0P63/I001 、I101、I201、I301 ）串联通信口：程序写入 / 读出通讯口： RS232 一般功能通讯口： RS485 主机电源 220V AC 2.PLC 主机的组成1、输入单元输入单元由 8 个按扭、 8 个开关和 16 个接插件组成，它们分别与PLC的 16个输入点相接。改变这些开关或按扭的通断状态，即可对主机输入所需要的开关量。16 个接插件可外接其它直流或开关量输入信号。2、输出单元输出单元由 24 个二极管和 24个接插件组成，它们分别与PLC的 24 个输出点相连。发光二极管是否发光，即可表示输出点的状态，使用者可得到主机的输出信息。 24 个输出接插件可外接其它需要控制的设备。输出单元的4 个地端，分别引出到面板，其中只有C4与 3V电源共地。3、电源单元PLC 主机左边有外接220V/AV 的电源插座，作为PLC 的工作电源。内装变压器，输出 3V 电源，供二极管使用。另外PLC 的 24VDC 和 24GND 已引出到面板，供外接输入器件（如传感器）的工作电源用4、电动机Y2 系列三相异步电动机具有结构新颖、造型美观、噪音低、振动小、绝缘等级高等特点，产品现已达到九十年代国际先进水平，是Y系列电机的更新产品。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 39 页外壳防护等级IP54，它具有良好的起动性能和运行性能，结构简单，工作可靠，维修方便等特点，电机采用E 级或 B 级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为 ICO141，额定频率为 50Hz，额定电压为 380V。竖轴驱动电机承载整个机械手的所有负载，需要功率较大，而机械手主要用于生产线夹持较轻便物体，综合考虑，竖轴选用Y2-63M2-2 ，功率 250W，可满足生产需要。横轴主要驱动横臂的左右运动，承载重量较小，选用Y2-63M1-2 ，功率180W，即可满足生产需要。电动机 3 主要用来控制机械手抓的加紧和放松，所承载负载最小，因此可用Y2-63M1-4 ，功率 120W。2.3 机械手的工艺过程了解设备简况机械手的结构和各部分动作示意图(图 2.3 所示)及控制面板（图2.4 所示） .机械手的工作均由电机驱动，它的上升、下降、左移、右移都是有电机驱动螺纹丝杆旋转来完成的。分析工艺过程机械手的初始位置停在原点，按下启动后按扭后，机械手将下降加紧工件上升右移再下降放松工件在上升左移八个动作，完成一个工作周期。机械手的下降、上升、右移、左移等动作转换，是由相应的限位开关来控制的，而加紧、放松动作的转换是有时间来控制的。为了确保安全，机械手右移到位后，必须在右工作台上无工件时才能下降，若上次搬到右工作台上的工件尚未移走，机械手应自动暂停，等待。为此设置了一个光电开关，以检测“无工件”信号。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 39 页图 2.3 机械手的结构和各部分动作示意图图 2.4 控制面板精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 39 页为了满足生产要求，机械手设置了手动工作方式和自动工作方式，而自动工作方式又分为单步、单周期和连续工作方式。1）手动工作方式：利用按钮对机械手每一步动作进行控制。例如，按下“下降”按钮，机械手下降；按下“上升”按钮，机械手上升。手动操作可用于调整工作位置和紧急停车后机械手返回原点。2）单步工作方式：从原点开始，按照自动工作循环的步序，每按一次启动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。3）单周期工作方式：按下启动按钮，机械手按工序自动自动完成一个周期的动作，返回原点后停止。4）连续工作方式：按下按钮，机械手从原点，按步序自动反复连续工作，在连续工作方式下设置两种停车状态：正常停车：在正常工作状态下停车。按下复位按钮，机械手在完成最后一个周期的工作后，返回原点自动停机。紧急停车：在发生事故或紧急状态时停车。按下紧急停车按钮，机械手停止在当前状态。当故障排除后，需手动回到原点。2.4PLC控制系统1确定输入 / 输出点数并选择 PLC型号1）输入信号位置检测信号：下限、上限、右限、左限共4 个行程开关，需要4 个输入端子。“无工件检测”信号：用光电开关作检测元件，需要1 个端子。“工作方式”选择开关：有手动、单步、单周期和连续4 种工作方式，需要4 个输如端子。手动操作：需要有下降、上升、右移、左移、加紧、放松6 个按钮，也需要6 个输入端子。自动工作：尚需启动、正常停车、紧急停车3 个按钮，也需要3 个输入端子。以上共需要18个输入信号。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 39 页2）输出信号 PLC的输出用于控制机械手的下降、上升、右移、左移、加紧、放松以三个电动机转速的控制等，共需要11 个输出点。机械手从原点开始工作，需要一个原点指示灯，也需要1 个输出点。所以，至少需要6 个输出点。由于机械手的控制属于开关量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型号的小型 PLC均可满足要求。表1-1 为输入和输出点分配表名称代号输入名称代号输入名称代号输出启动SB1 X0 夹紧SB5 X10 电磁阀下降YV1 Y0 下限行程SQ1 X1 放松SB6 X11 电磁阀夹紧YV2 Y1 上限行程SQ2 X2 单步上升SB7 X12 电磁阀上升YV3 Y2 右限行程SQ3 X3 单步下降SB8 X13 电磁阀右行YV4 Y3 左限行程SQ4 X4 单步左移SB9 X14 电磁阀左行YV5 Y4 停止SB2 X5 单步右移SB10 X15 原点指示EL Y5 手动操作SB3 X6 回原点SB11 X16 连续操作SB4 X7 工件检测SQ5 X17 表 1 机械手传送系统输入和输出点分配表2分配 PLC的输入 / 输出端子 PLC 的输入输出端子分配接线图，如图2-5 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 39 页图 2-5 输入 /输出分配接线图3 PLC 控制系统程序设计为了方便编程，可将手动和自动程序分别编出相对独立的程序段，用跳转指令进行选择，控制系统程序结构框图，如图2-6 所示。选择手动方式时，X3 接同，跳过自动程序，执行手动程序；选择自动工作方式时，X3 断开，执行自动程序。（1）手动程序手动操作不需要按工序顺序进行动作，所以可按普通继电器程序来设计。手动操作的梯形图，如图2-7 所示，手动按钮 X20-X25分别控制下精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 39 页图 2-6 总程序结构框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 39 页图 2-7 手动程序精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 39 页降、上升、右移、左移、加紧和放松各个动作。为了保证系统的的安全与进行，设置了一些必要的连锁。其中在左、右移动的电路中加入X11作上限连锁，这是因为机械手只有处于上限位置时，才允许左、右移动。（1） 自动程序自动程序如图 2-8 所示。 1）连续及单周期操作。当机械手在原点时，程序处于初始状态S0，执行下降动作。当下降到下限位开关时，X10 接通，又接通下一个状态S21，接着执行下一步动作。当执行完最后一步动作，即左移到原点碰到左限位开关时，X13 接通，如果是单周期操作，则M0 断开，回到初始状态，如果连续操作，则M0 接通，状态转移至S20，又开始下一个周期的循环。在运行中，如按正常停车按钮，则X1 接通， M0复位，机械手的动作继续执行完一个周期后，回到初始状态。如按紧急停车按钮，则X2 接通，状态 S0S33全部复位，机械手工作停止。重新启动时，先用手动来将机械手移回原点，才能再次进行自动操作。2）单步操作。当自动操作程序采用步进指令设计时，单步操作程序用“禁止状态转移”标志器M8040来实现，如图 2-8 所示。该继电器线圈接通时，禁精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 39 页图2-8自动程序止步进状态转移，线圈断电时，允许状态转移。在单步操作方式下，利用启动按钮X0 作为单步操作信号， X4接通。不按启动按钮时， X0断开，其常闭接点闭合， M8040接通，状态转移被禁止。图 2-9 用“禁止状态转移”设计的单步操作梯形图当完成一步动作后，按下启动按钮，X0 接通，其常闭接点将M8040断开，状态转移到下一步。精选学习资料 - - - - - -