基于PLC的搬运机械手控制系统设计论文djyl.docx

基于PLLC的搬搬运机械械手控制制系统设设计摘 要要 随着工工业自动动化的普普及和发发展，控控制器的的需求量量逐年增增大，搬搬运机械械手的应应用也逐逐渐普及及，主要要在汽车车，电子子，机械械加工、食食品、医医药等领领域的生生产流水水线或货货物装卸卸调运，可可以更好好的节约约能源和和提高运运输设备备或产品品的效率率，以降降低其他他搬运方方式的限限制和不不足，满满足现代代经济发发展的要要求。 本机械手手的机械械结构主主要是曲曲轴在两两条生产产线之间间搬运任任务的搬搬运机械械手控制制系统进进行设计计。采用用了电气气一体化化的设计计方案，使用带自锁功能的气缸实现了机械手对工件的抓放和保证了在断气状态下机械手状态的保持，通过伺服电机来实现机械手在水平、竖直方向快速精确的移动。采用SIEMENS公司的SIMATIC S7-200系列PLC作为核心控制器，外扩定位模块EM253模块对伺服电机进行精确的定位控制，从硬件和软件两个方面进行设计，完成了PLC在搬运机械手中硬件连接，I/O点分配和应用程序的设计，实现了机械手的上电初始化、零点复位、故障报警、手动运行、半自动运行和在无人看守时的自动运行。最终达到设计要求，完成搬运目的。关键词 搬运机机械手 定位位模块EEM22253 控制系系统 可编程程PLCC SSIMAATICC S77-2000系列列PLCC核心控制制器。1目 录录目 录录21引言11.1 搬运机机械手的的应用简简况11.2 机械手手的应用用意义22 系统统设计22.1 系统结结构及流流程22.22 系统统主要部部件选择择42.2.1 气气缸的选选择52.2.2 阀阀门的选选择62.2.3 行行程开关关的选择择62.2.4 接接近开关关的选择择62.2.5 驱驱动电机机的选择择63控制系系统的硬硬件设计计73.1 控制系系统功能能73.2 控制系系统硬件件结构83.2.1 位位控模块块83.2.3 控控制系统统硬件结结构93.3 操作面面板的设设计93.4 PLCC系统设设计113.44.1 PLCC的I/OO分配表表113.4.2 PPLC的的I/OO接线图图113.5 运动控控制系统统的实现现123.66 控制制系统电电路设计计174 系统统软件的的设计与与实现194.1 系统工工作方式式194.2 程序设设计194.2.1 主主程序设设计194.2.2 初初始化子子程序设设计204.2.3 复复位子程程序设计计204.2.4 报报警子程程序设计计214.2.5 手手动运行行子程序序设计214.2.6 半半自动运运行子程程序224.2.7 自自动子程程序设计计235 结束束语25致 谢谢26参考文文献27附录1 系统配配件清单单28附录2 程序清清单281引言 1.1 搬运机机械手的的应用简简况 在现代代工业中中，生产产过程的的机械化化、自动动化已成成为突出出的主题题。在机机械工业业中，加加工、装装配等生生产是不不连续的的。专用用机床是是大批量量生产自自动化的的有效办办法，程程控机床床、数控控机床、加加工中心心等自动动化机械械是有效效解决多多品种小小批量生生产自动动化的重重要办法法。 但除切切削加工工本身外外，还有有大量的的装卸、搬搬运、装装配等作作业，有有待于进进一步实实现机械械化。据据资料介介绍，美美国生产产的全部部工业零零件中，有有75是小批批量生产产；金属属加工生生产批量量中有四四分之三三在500件以下下，零件件真正在在机床上上加工的的时间仅仅占零件件生产时时间的55。从从这里可可看出，装装卸、搬搬运等工工序机械械化的迫迫切性，工工业机械械手就是是为实现现这些工工序的自自动化而而产生的的。机械械手可在在空间抓抓放物体体，动作作灵活多多样，适适用于可可变换生生产品种种的中、小小批量自自动化生生产，广广泛应用用于柔性性自动线线。 国内外外机械工工业、铁铁路部门门中搬运运机械手手主要应应用于以以下几方方面： （1）热热加工方方面的应应用 热加工工是高温温、危险险的笨重重体力劳劳动，很很久以来来就要求求实现自自动化。为为了提高高工作效效率，和和确保工工人的人人身安全全，尤其其对于大大件、少少量、低低速和人人力所不不能胜任任的作业业就更需需要采用用机械手手操作。 （22）冷加加工方面面的应用用 冷加工工方面机机械手主主要用于于柴油机机配件以以及轴类类、盘类类和箱体体类等零零件单机机加工时时的上下下料和刀刀具安装装等。进进而在程程序控制制、数字字控制等等机床上上应用，成成为设备备的一个个组成部部分。最最近更在在加工生生产线、自自动线上上应用，成成为机床床、设备备上下工工序联接接的重要要于段。 （33）拆修修装方面面 拆修装装是铁路路工业系系统繁重重体力劳劳动较多多的部门门之一，促促进了机机械手的的发展。目目前国内内铁路工工厂、机机务段等等部门，已已采用机机械手拆拆装三通通阀、钩钩舌、分分解制动动缸、装装卸轴箱箱、组装装轮对、清清除石棉棉等，减减轻了劳劳动强度度，提高高了拆修修装的效效率。近近年还研研制了一一种客车车车内喷喷漆通用用机械手手，可用用以对客客车内部部进行连连续喷漆漆，以改改善劳动动条件，提提高喷漆漆的质量量和效率率。 近些年年，随着着计算机机技术、电电子技术术以及传传感技术术等在机机械手中中越来越越多的应应用，工工业机械械手已经经成为工工业生产产中提高高劳动生生产率的的重要因因素。1.2 机械手手的应用用意义 由由于工业业自动化化的全面面发展和和科学技技术的不不断提高高，对工工作效率率的提高高迫在眉眉睫。单单纯的手手工劳作作以满足足不了工工业自动动化的要要求，因因此，必必须利用用先进设设备生产产自动化化机械以以取代人人的劳动动，满足足工业自自动化的的需求。其其中机械械手是其其发展过过程中的的重要产产物之一一，它不不仅提高高了劳动动生产的的效率，还还能代替替人类完完成高强强度、危危险、重重复枯燥燥的工作作，减轻轻人类劳劳动强度度，可以以说是一一举两得得。在机机械行业业中，机机械手越越来越广广泛的得得到应用用，它可可用于零零部件的的组装，加加工工件件的搬运运、装卸卸，特别别是在自自动化数数控机床床、组合合机床上上使用更更为普遍遍。目前前，机械械手已发发展成为为柔性制制造系统统fmss和柔性性制造单单元fmmc中一一个重要要组成部部分。把把机床设设备和机机械手共共同构成成一个柔柔性加工工系统或或柔性制制造单元元，可以以节省庞庞大的工工件输送送装置，结结构紧凑凑，而且且适应性性很强。但但目前我我国的工工业机械械手技术术及其工工程应用用的水平平和国外外比还有有一定的的距离，应应用规模模和产业业化水平平低，机机械手的的研究和和开发直直接影响响到我国国机械行行业自动动化生产产水平的的提高，从从经济上上、技术术上考虑虑都是十十分必要要的。因因此，进进行机械械手的研研究设计计具有重重要意义义。2系统设设计2.1 系统结构构及流程程 本课题题的研究究主要是是将摩托托车发电电机的曲曲轴从一一个自动动生产线线搬运到到另一个个自动生生产线的的控制系系统。两两生产线线的布置置和具体体位置参参数如图图2-11所示：图2-11 机械械系统整整体布局局示意图图 机械手手主要由由手部、腕腕部、升升降部、滑滑动部、机机座和控控制箱，以以及其它它附件组组成。其其中手部部为四指指结构，其其运动由由具有自自锁功能能的夹紧紧气缸完完成；升升降部以以导轨为为导向装装置，其其运动由由伺服电电机驱动动丝杠来来完成；滑动部部也是以以导轨为为导向装装置，其其运动由由伺服电电机驱动动齿轮在在齿条上上滚动来来完成。PPLC和和相关控控制器件件安装于于控制箱箱内，通通过电缆缆和信号号线与机机械手进进行联接接。机械械手的定定位采用用脉冲数数来控制制，升降降运动和和滑动都都有快慢慢速调整整，调整整位置也也由脉冲冲数来控控制，而而速度由由脉冲频频率调整整。在料料架1和和料架22上分别别安装接接近开关关，进行行生产线线上有无无工件的的检测，满满足在料料架1有有工件时时机械手手才进行行下降和和抓取，料料架2上上无工件件时机械械手才下下降放下下工件。机机械手还还满足在在断气和和掉电时时能够自自锁，保保持当前前的状态态。系统上电电后机械械手开始始初始化化，初始始化完毕毕后选择择工作方方式，分分别为手手动模式式，半自自动模式式，自动动模式。手动模式式工作下，操操作员可可以通过过控制面面板控制制机械手手的单步步运动和和零点复复位，能能够在机机械手故故障时进进行检修修。 半自动动工作方方式下，只只要操作作员选择择半自动动工作方方式，然然后按下下启动按按钮，机机械手首首先会零零点复位位，然后后检查料料架1有有工件，机机械手下下降抓取取工件，上上升前进进，检测测料架22上无工工件机械械手下降降放下工工件，返返回原点点，一个个周期的的动作完完成，机机械手停停机。 自动方方式开始始工作下下，按下下启动按按钮，两两台伺服服电机通通电，滑滑台、升升降台、气气缸等回回到原位位，气压压表显示示正常。机机械手运运动到上上、左原原点位。当当检测到到料架11上有工工件时，电电机1反反转，升升降台快快速下降降，达到到一定脉脉冲数后后减速，到到达下工工位2时时，电机机1停转转；气缸缸伸出夹夹紧工件件，当气气缸压力力到达一一定程度度时压力力传感器器得电表表明工件件夹紧；电机11正转，升升降台先先快速上上升，达达到一定定脉冲数数后时减减速，当当到达上上原点时时，电机机1停转转，升降降台停止止；电机机2反转转，滑台台快速前前进，达达到一定定脉冲数数后滑台台减速，到到达右工工位时电电机2停停止；当当检测到到生产线线2无工工件时，电电机1反反转，升升降台快快速下降降，达到到一定脉脉冲数后后减速，到到达下工工位1时时电机11停转；气缸缩缩回放开开工件，压压力传感感器失电电表明工工件已松松开；电电机1正正转，升升降台上上升，先先快速后后慢速，当当到达上上原点时时电机11停转，升升降台停停止；电电机2正正转，滑滑台返回回到初始始位置，电电机2停停止。一一个工作作流程结结束。机机械手的的工艺流流程如图图2-22所示。2.2 系统主主要部件件选择 工业机机器人驱驱动系统统的设计计往往要要受到作作业环境境条件的的限制，同同时还要要考虑成成本因素素的影响响以及所所能达到到的技术术水平。驱驱动元件件是伺服服系统的的重要组组成部分分，是系系统的执执行元件件，它的的作用是是把驱动动控制线线路的电电信号转转换为机机械运动动。整个个伺服系系统的调调速性能能、动态态特性、运运动精度度等均与与驱动元元件有密密切关系系。常用用的驱动动方式主主要有液液压驱动动、电气气压驱动动和电液驱动动三种基基本类型型。 结合各各种驱动动类型的的特点和和机械结结构设计计与传动动类型的的选择。本本机械手手采用电电气结合合的驱动动方式。其其中，机机械手的的升降和和平移都都采用交交流伺服服电机驱驱动，手手部的开开合采用用气缸驱驱动。图2-22 机械械手工艺艺流程图图2.2.1 气气缸的选选择 夹紧装装置是使使手爪开开、闭动动作的动动力装置置。根据据机械手手部的夹夹紧力和和手部张张开后指指尖距离离，选用用FESSTO公公司生产产的两端端带有终终端可调调缓冲装装置的SSNU-50-1000-PPPV-AA型双作作用气缸缸。并配配有夹紧紧装置和和行程开开关。如如图2-3所示示为气缸缸。活塞塞直径DD50mmm，活活塞杆直直径d16mmm，行行程长度度L1100mmm，驱驱动压力力p=66barr=6××1055Pa。2.2.2 阀阀门的选选择 阀门是是为气缸缸提供的的，气缸缸配备两两个一位位单通阀阀门，为为了保证证在断气气的状态态下不影影响气缸缸内部的的气压，所所以选用用气开阀阀，根据据经验选选用SMMC公司司的VZZ1100气开阀阀。 2.2.3 行行程开关关的选择择 行程开开关选用用施耐德德公司XXCRAA15型型号的行行程开关关2.2.4 接接近开关关的选择择 为了提提高系统统的可靠靠性和动动作执行行的准确确性，选选择OMMRONN公司的的E2EE-X55ME22型接近近开关。它它的具体体参数如如下： （1）检检测距离离：5mmm （2）电电源电压压：DCC1224VV （3）消消耗电流流：小于于13mmA （4）检检测物体体：磁性性物体 （5）响响应时间间：0.311ms （6）输输出方式式：NPPN输出出 接近开开关接线线图如图图2-44所示。图2-44 接近近开关接接线图 E2EE-X55ME22型接近近开关为为三线的的NPNN输出型型开关，输输出三线线分别为为棕线、黑黑线、蓝蓝线，其其中在棕棕线和黑黑线之间间接负载载，本系系统中棕棕线接在在PLCC的244V电源源正极，蓝蓝线接在在输入端端点上。2.2.5 驱驱动电机机的选择择 直流伺伺服电机机由于存存在机械械换向器器和电刷刷，降低低了电机机运行的的可靠性性，加重重了维护护和保养养负担。而而交流异异步电机机虽然结结构简单单、成本本低廉、无无电刷磨磨损、维维修方便便，但调调速问题题一直没没有得到到经济合合理的解解决。近近十年来来，由于于调频等等调速方方法发展展很快，使使其调速速范围和和成本与与宽调速速直流伺伺服电机机接近，因因此，交交流伺服服电机以以其优良良的控制制性能和和高可靠靠性在数数控系统统中得到到了越来来越广泛泛的应用用。 为了方方便设计计和维修修，升降降电机与与水平移移动电机机选用同同一型号号，根据据经验选选用松下下公司MMinaasA44系列全全数字式式交流伺伺服电机机和驱动动器。电机型型号：PPanaasonnic MDMMA1552P11U（其中惯量量，1.5KWW，2000V，增增量式编编码器，标标准型，键键轴，有有制动器器）。 驱动器器型号：MDDDDT555400。额定定转矩：，最大大转矩：，额定定转速：，最大大转速：，电机机惯量：，脉冲冲数：，分分辨率：100000，线线数：55。3控制系系统的硬硬件设计计 控制系系统是工工业机器器人的重重要组成成部分，它它的机能能就像人人的神经经中枢，是是保证机机械手在在搬运过过程中安安全可靠靠实用的的关键，也也是提高高搬运效效率、延延长机械械手使用用寿命、降降低故障障率的重重要环节节。作为为指导机机械手按按要求合合理动作作的指挥挥机构，它它的设计计是机械械手设计计中的核核心和基基础，决决定了机机械手的的控制性性能的好好坏。3.1 控制系系统功能能 控制是是机器人人技术中中的一个个关键问问题，而而控制系系统的性性能则是是机器人人发展水水平一个个重要标标志。 本课题题研究的的机械手手的控制制特点。 （1）自自由度少少，本机机械手只只有三个个自由度度，分别别由两个个伺服系系统和一一个气动动系统进进行控制制。 （2）任任务简单单，本机机械手的的工作任任务是抓抓紧工件件，并按按要求进进行平面面点位运运动，无无需进行行复杂的的轨迹运运算、坐坐标变换换以及矩矩阵函数数的逆运运算等。 （3）变变量少，数数学模型型简单。只只需要简简单的机机械自适适应，无无需使用用前馈、补补偿、解解耦等复复杂控制制技术。 本课题题控制系系统主要要是实现现以下几几个控制制功能： （1）伺伺服控制制功能。该该功能主主要是指指机械手手的运动动控制，实实现机械械手的位位置、速速度和加加速度控控制等。 （2）气气动控制制功能。该该功能主主要是指指手部抓抓放的运运动控制制，实现现手部的的开合和和自锁等等。 （3）手手动控制制功能。该该功能主主要是操操作员可可以对机机械手进进行单步步的操作作控制，实实现机械械手的检检测和故故障修复复功能。 （4）信信息交换换功能。该该功能主主要是指指在生产产线中机机械手要要与两个个生产线线或其它它自动化化控制系系统进行行信息交交换、资资源共享享和协调调工作等等。 3.2 控制系系统硬件件结构 机器人人控制系系统硬件件结构要要围绕着着如何更更好地实实现机器器人的控控制功能能而设计计和选择择。以控控制器的的核心计计算机的的分布方方式来看看，机器器人控制制系统硬硬件结构构大体可可分为集集中控制制、主从从控制、分分级控制制等三类类。本机机械手主主要采用用集中控控制方式式进行控控制。 在核心心控制器器的选择择上可以以有多种种方案，目目前在机机电一体体化设计计中主要要有三种种：单片片机、工工业控制制计算机机、可编编程控制制器（PPLC）。随随着计算算机系统统的不断断发展，也也出现了了运动控控制卡和和逻辑控控制器等等新型控控制硬件件。考虑虑到控制制功能简简单、控控制逻辑辑复杂，经经过各方方面分析析比较，本本课题采采用西门门子S77-2000 PPLC作作为控制制器，并并配有相相应的控控制模块块，来实实现整个个机械手手的控制制功能。3.2.1 位控模模块 现代可可编程控控制器一一般都有有位置控控制功能能，因此此一般都都配有位位置控制制模块单单元，也也称定位位单元。EEM2553位控控模块是是S7-2000的特殊殊功能模模块，能能够产生生脉冲串串，用于于步进电电机和伺伺服电机机的速度度和位置置的开环环控制。它它与S77-2000通过过扩展的的I/OO总线通通讯，带带有八个个数字输输出，作作为智能能模块出出现在II/O组组态中。位位控模块块能够产产生移动动控制所所需的脉脉冲串，其其组态存存储在SS7-2200的的V存储储区中。 位控模模块可提提供单轴轴开环移移动控制制所需要要的功能能和性能能，位控控模块的的特性如如下： （1）提提供高速速控制从从每秒112个脉脉冲至每每秒20000000个脉脉冲； （2）支支持急停停S曲线线或线性性的加速速减速功功能； （3）提提供可组组态的测测量系统统，既可可以使用用工程单单位（如如英寸或或厘米）也也可以使使用脉冲冲数； （4）提提供可组组态的bbackklassh补偿偿； （5）支支持绝对对、相对对和手动动的位控控方式； （6）提提供连续续操作； （7）提提供多达达25组组的移动动包络PProffilee，每组组最多可可有4种种速度； （8）提提供4种种不同的的参考点点寻找模模式，每每种模式式都可对对起始的的寻找方方向和最最终的接接近方向向进行选选择； （9）提提供可拆拆御的现现场接线线端子便便于安装装和拆御御。3.2.3 控制系系统硬件件结构 本文所研究究的机器器人为两两轴运动动机械手手，核心心控制器器由PLLC及II/O模模块和位位控模块块EM2253组组成，升升降及水水平移动动由两台台伺服电电机驱动动，手部部的抓放放由气缸缸来驱动动，各类类信号由由控制面面板和生生产线输输入。伺伺服电机机配有驱驱动器，通通过位控控模块来来完成脉脉冲输入入，气缸缸的伸缩缩由一组组继电器器进行控控制。各各部件的的运动极极限由脉脉冲进行行限位，并并配有极极限行程程开关作作为极限限保护装装置。机机械手的的控制系系统硬件件结构如如图3-1所示示。图3-11 控制制系统硬硬件结构构图 本系统统主要由由PLCC主控单单元、伺伺服驱动动器、继继电器、各各类传感感器和控控制面板板等组成成。 主控制制单元采采用模块块式结构构，各功功能模块块独立封封装，安安装在机机架和导导轨上，它它由PLC模模块、II/O模模块、两两个位控控模块和和触摸终终端组成成，各模模块之间间通过PPLC专专用电缆缆联接，控控制面板板与PLLC之间间采用专专用信号号电缆联联接。3.3 操作面面板的设设计 根据工工件生产产和搬运运的特点点和控制制要求，机机械手的的控制按按钮和指指示灯分分布如图图3-22所示。图图中的按按钮与选选择器的的功能大大部分由由数控系系统来实实现。 （1）急急停按钮钮 在机械械手工作作过程中中，当出出现抓取取不牢、搬搬运不稳稳、下放放不到位位、冲击击过大或或运动时时超过极极限位置置以及其其它异常常现象而而不得不不停止工工作时，按按下急停停按钮，使使所有运运动停止止，并保保持原来来状态，直直至重新新启动系系统。可可以减少少和避免免事故，减减少因故故障引起起的损失失。 （2）电电源开关关 在机械械手工作作前，首首先要打打开电源源开关，给给PLCC、驱动动器、伺伺服电机机及照明明设施供供电，触触摸终端端由PLLC进行行供电，为为系统启启动做准准备。在在机械手手工作完完成后，将将电源开开关打到到“关”的状态态，将PPLC、驱驱动器、伺伺服电机机及照明明设施与与电源切切断，保保护机械械手系统统的安全全。 （3）工工作模式式选择开开关 当正常常生产时时将机械械手调到到自动模模式，机机械手会会自动运运行。当当机械手手出现故故障或者者出现报报警时可可以将机机械手调调到手动动模式，机机械手可可通过点点动调整整。 （4）启启动按钮钮 当系统统上电且且机械手手处于自自动模式式下，按按下启动动按钮，机机械手开开始按照照指令进进行搬运运操作。 （5）试试灯/报报警清除除按钮 当系统统安装完完成后，未未与生产产线连接接前，要要对系统统的工作作情况进进行试验验。此时时，要按按动此按按钮对所所有指示示灯进行行检测，保保证与生生产线连连接后的的工作安安全。系系统在工工作过程程中由于于某种原原因出现现报警，当当故障排排除后，需需按此按按钮对报报警进行行清除，保保证系统统继续正正常工作作。 （6）上上升、下下降、前前进、后后退、夹夹紧、松松开按钮钮主要是是在调试试或排除除故障以以及其它它需要进进行单步步操作时时，对机机械手进进行手动动操作。 （7）复复位按钮钮 当系统统安装完完成或故故障排除除后，需需要将机机械手返返回到工工作原点点时，按按动此按按钮。图3-22 操作作面板示示意图3.4 PLCC系统设设计 根根据系统统分析选选择用“CPUU2266 ACC/DCC/继电电器244输入/16继继电器输输出”型PLLC，同同时，考考虑到II/O端端的分组组情况以以及隔离离与接地地要求，增增加100%-220%的的裕量。另另配一个个EM2223 24 VDCC数字组组合8输输入/88输出的的扩展模模块和两两个EMM2533位控模模块。3.4.1 PPLC的的I/OO分配表表 本控制制系统的的PLCC的输入入、输出出点数的的确定是是根据控控制系统统设计要要求和所所需控制制的现场场设备数数量加以以确定。 （1）PPLC的的输入端端口包括括自动循循环工作作按钮、点点动按钮钮、总停停按钮等等，还包包括电动动机的热热保护继继电器输输入，外外接电路路电磁阀阀的输入入点，伺伺服驱动动器的输输入等。 （2）PPLC的的输出端端口包括括运行指指示灯、继继电器、外外部接口口、伺服服电机接接口、EEM2553输入入等。 PLCC输入、输输出分配配表如表表1所示示。3.4.2 PPLC的的I/OO接线图图 PLCC的I/O接线线图如图图3-33所示。 PLC的的输入接接口I00.0I1.5为操操作面板板的输入入按钮信信号输入入点，II1.66I22.3为为行程开开关的输输入信号号输入点点，I22.4、II2.55为两个个料架上上接近开开关的信信号输入入点，II2.66、I22.7为为伺服驱驱动器的的报警输输入点，II3.00、I33.1为为伺服电电机定位位完成的的信号输输入点。PPLC的的输出点点Q0.0QQ0.66为各种种灯信号号的输出出，Q00.7Q1.4输出出给外部部的信号号，来确确定机械械手当前前的状态态，Q11.5Q1.7输出出至伺服服驱动器器控制伺伺服电机机的电源源通、伺伺服的报报警，QQ2.00Q22.3输输出至定定位模块块来控制制伺服电电机的运运行停止止，Q22.4、QQ2.55接通至至气缸控控制阀控控制气缸缸的伸缩缩。3.5 运动控控制系统统的实现现 西门子子S7-2266继电器器输出型型PLCC数字信信号通过过光电耦耦合器隔隔离输入入、输出出，大大大提高了了抗干扰扰能力。本本系统中中，为了了防止电电源共地地干扰，现现场信号号都通过过继电器器隔离输输出，而而操作面面板上信信号则直直接接入入PLCC的I/O口。 运动控控制系统统由伺服服控制系系统和PPLC 及EMM2533运动模模块构成成。伺服服驱动器器有电源源输入接接口（XX1），电电机接口口（X22），RRS4885接口口（X33），RRS2332接口口（X44），II/O接接口（XX5），旋旋转编码码器接口口（X66），外外置光栅栅接口（XX7）等等7个接接口。本本系统中中只用到到了X11，X22，X55，X66等四个个接口，XX1、XX2、XX6等接接口线数数少，而而且供应应商已经经做好，直直接接入入电机即即电源相相应接口口中即可可。而II/O接接口（XX5）则则需要自自定义。伺伺服驱动动器X55的I/O接口口如图33-4所所示。 EM2253与与标准驱驱动器的的接线图图如图33-5所所示。 垂直运运动的伺伺服驱动动器与EEM2553接线线图如图图3-66所示，机机械手的的升降/平移正正负极限限开关分分别接到到相应EEM2553的LLM+、LLM-接接口处和和伺服驱驱动器的的CCWWL、CCWL接接口，原原点开关关接到相相应EMM2533的RPPS（参参考点开开关）处处。伺服服驱动器器的输入入口伺伺服使能能（SRRV-OON）、报报警清除除（A-CLRR）和输输出口伺服报报警（AALM）、定定位完成成（COOIN）与与PLCC相应接接口连接接。伺服服驱动器器中提供供了两组组脉冲指指令输入入接口，一一种为差差分电路路专用的的脉冲串串接口，一一种为普普通的脉脉冲串指指令接口口，为提提高信号号传输的的可靠性性，利用用伺服驱驱动器的的差分电电路专用用脉冲串串接口从从EM2253接接出脉冲冲信号。表1 PPLC的的I/OO地址分分配表输入点分分配输出点分分配地址电气元件件功能说明明地址电气元件件功能说明明I0.00SF1启动按钮钮Q0.00PG1报警灯I0.11SF2伺服报警警清除Q0.11PG2上升指示示灯I0.22SF3原点复位位Q0.22PG3下降指示示灯I0.33SF4-1自动工作作方式Q0.33PG4前进指示示灯I0.44SF4-2手动工作作方式Q0.44PG5后退指示示灯I0.55SF4-3半自动工工作方式式Q0.55PG6夹紧指示示灯I0.66SF5机械手上上升Q0.66PG7松开指示示灯I0.77SF6机械手下下降Q0.77KF1上升完成成I1.00SF7机械手前前进Q1.00KF2下降完成成I1.11SF8机械手后后退Q1.11KF3前进完成成I1.22SF9机械手夹夹紧Q1.22KF4后退完成成I1.33SF100机械手松松开Q1.33KF5加紧完成成I1.44SF111非常停止止Q1.44KF6松开完成成I1.55SF122停止Q1.55KF7伺服1电电源接通通I1.66BG1上升极限限Q1.66KF8伺服2电电源接通通I1.77BG2升降原点点Q1.77KF9伺服报警警解除I2.00BG3下降极限限Q2.00KF100伺服1运运行I2.11BG4后退极限限Q2.11KF111伺服2运运行I2.22BG5进退原点点Q2.22KF122伺服1停停止I2.33BG6前进极限限Q2.33KF133伺服2停停止I2.44BG7料架1有有工件Q2.44KF144夹紧工件件I2.55BG8料架2无无工件Q2.55KF155松开工件件I2.66KF1伺服1报报警I2.77KF2伺服2报报警I3.00KF3伺服1定定位完成成I3.11KF4伺服2定定位完成成图3-33PLCC的I/O配置置图图3-44 伺服服驱动器器X5接接口位置置控制模模式控制制信号接接线图 图3-55 定位位模块EEM2553与标标准驱动动器接线线图图3-66 伺服服驱动器器与定位位模块EEM2553接线线图3.6 控制系系统电路路设计 控制系统统电路主主要用来来控制两两台伺服服电机、PPLC、变变压器以以及外围围设备等等，控制制系统电电源电路路接线如如图3-7所示示 电源电电路主要要给两台台伺服电电机，伺伺服驱动动器和PPLC控控制器供供电，系系统采用用的是3380VV交流电电的输入入，而伺伺服电机机所用的的电压为为三相2220VV交流电电，经过过变压器器将电压压降为2220VV接至伺伺服控制制器的电电源输入入端，再再通过电电源将2220VV的三相相电压转转换为224V直直流电给给PLCC模块和和伺服驱驱动器的的控制系系统供电电。图3-77 控制制系统电电源电路路图4 系统统软件的的设计与与实现4.1 系统工工作方式式 该机械械手的工工作方式式有四种种，分别别为找原原点、自自动、手手动和半半自动。 复位操操作主要要用于在在工作开开始前或或故障排排除后，要要将机械械手的各各个部位位移动至至原位，同同时也是是各部件件运动的的基准。 自动工工作方式式是机械械手接收收生产线线指令，通通过总控控制台的的控制进进行生产产作业。控控制面板板上工作作方式选选择开关关处于“自动”位时，系系统处于于联线状状态，只只接受来来自自动动生产线线上的指指令信号号。 手动工工作方式式主要是是用于总总控制台台出现故故障、调调试或其其它需要要手动操操作。处处于“手动”位时，系系统处于于离线状状态，不不接受自自动生产产线上的的信号，只只接收控控制面板板上的指指令信号号。处于于手动状状态，且且各部位位处于原原位，各各电机处处于停止止状态时时，按下下控制面面板上的的上升、下下降、前前进、后后退、夹夹紧、松松开按钮钮时进行行相应动动作，再再次按下下相应按按钮则停停止动作作。此时时，除急急停信号号外，其其他输入入信号无无效。 半自动动工作方方式应用用较少，主主要用于于故障整整修时为为了与主主控制台台分离，而而还要通通过自动动来完成成试操作作的场合合，所以以半自动动方式也也是不可可缺少的的。处于于“半自动动”位时，不不接受自自动生产产线上的的控制信信号，只只接收两两生产线线上有无无工件的的检测信信号。处处于此方方式，且且各部位位处于原原位，各各电机处处于停止止状态时时，按下下控制面面板上的的启动按按钮，可可进入单单循环操操作，此此时，除除急停信信号和检检测信号号外，其其他输入入信号无无效，一一个工作作循环完完成后，自自动退出出单循环环状态。 4.2 程序设设计4.2.1 主主程序设设计 机械手手的控制制程序分分为主程程序和66个子程程序。出出于可靠靠性考虑虑对于有有安全要要求的地地方使用用外接继继电器和和开关，其其余用PPLC内内部继电电器。采采用STTEP 7 MMicrroWIIN编程程软件进进行程序序梯形图图的编制制。根据据要求设设计出搬搬运机械械手的主主程序框框图，如如图4-1所示示。 本系统统的控制制程序由由主程序序构成整整体架构构，主程程序中主主要设定定工作状状态，如如找原点点、自动动状态、半半自动状状态、手手动状态态等。初初次上电电时，调调用初始始化子程程序，完完成初始始化工作作。初始始化完成成后，如如果是初初次上电电或处于于自动状状态则机机械手复复位。图4-11主程序序框图4.2.2 初初始化子子程序设设计 初始化化子程序序用来完完成系统统参数的的初始化化工作，PPLC首首次上电电时执行行初始化化子程序序。 在系统统首次上上电后等等待300秒开始始将系统统的各状状态位置置位，清清零步进进脉冲，并并给定位位模块赋赋初始值值。初始始化子程程序框图图如图44-2所所示。图4-22 初始始化子程程序框图图4.2.3 复复位子程程序设计计复位子程程序用来来完成机机械手回回复原点点动作的的程序，当当机械手手处于手手动状态态，不论论机械手手处于何何种工位位，按下下复位按按钮开始始调用复复位子程程序，机机械手完完成的复复位动作作，回到到机械手手原点。复复位子程程序框图图如图44-3所所示。图4-33 系统统复位子子程序框框图 机械手手在寻找找原点是是调用SS7-2200PPLC定定位模块块EM2253的的回零子子程序，定定义机械械手在寻寻找原点点时两个个伺服电电机都正正转，沿沿正方向向寻找。EEM2553回零零子程序序梯形图图如图44-4所所示：图4-44伺服电电机运行行回零子子程序梯梯形图4.2.4 报报警子程程序设计计 报警子子程序则则用来完完成故障障显示和和初步诊诊断功能能，当机机械手运运动超出出上下左左右极限限、在运运动过程程中机械械手松开开则自动动调用此此程序。当当故障解解除后，按按下报警警解除按按钮则报报警消除除。4.2.5 手动运行行子程序序设计 手动子子程序用用于控制制机械手手与生产产线断开开通信后后的单步步动作，通通过控制制面板上上的选择择开关进进行机械械手工作作方式选选择，通通过控制制面板上上的按钮钮进行手手动操作作。 当控制制面板处