触摸屏与PLC对机械手的控制.doc

毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：触摸屏与plc对机械手的控制起止日期：2012年 2月21日至 2012年3月 16日指导教师： 吴卓峰毕业设计（论文）要求（包括日程安排和进度）：一、任务：机械原点设在可动部分左上方，即压下左限开关和上限开关，并且工作处于放松状态，下降、上升和左、右移动由电磁阀驱动汽缸来实现的，当工件处于工作台b上方准备下放时，为确保安全，用光电开关检测工作台b有无工件，只在无工件时才发出下放信号。机械手工作循环为：启动 下降 夹紧 上升 左行 下降 放松 上升 原点二、要求：（1） 电气原理图设计，工作方式设置为自动循环和点动两种；（2） plc梯形图设计，工作方式设置为自动循环、点动、单周循环和步进四种；（3） 有必要的电气保护和联锁；（4） 自动循环时应按上述顺序动作。（5） 任务上的机械手动作图： 三、日程安排和进度 （1）机械手动工作原理1 天讲课 （2）气-电工作原理 1天讲课 （3）电气原理图设计 3 天 （4）plc梯形图设计调试 4天 （5）写论文 6 天 （6）论文修改 3天 （7）论文答辩 2天审查意见： 院（站）负责人： 年 月 日触摸屏与对机械手的控制摘要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。本课题主要研究的问题是“触摸屏与plc对机械手控制气压驱动式”。日本三菱plc和触摸屏为基础，介绍plc在机械手搬运控制中的应用，设计了一套可行的机械手控制系统，并给出了详细的plc程序、工作流程图、电气设计过程。设计完成的机械手可以在空间抓、放、搬运物体等，动作灵活多样。 根据要求，采用气压传动，该系统具有速度快、系统结构简单、维修方便、能耗低的特点；电气控制方式选用plc点位程序控制，该方式可靠性高、故障率低。设计中尽量选用标准件及专业厂商产品，手臂运动用电磁阀控制气缸来实现。手指夹紧、松开用电磁阀通放电来实现。关键词：机械手 触摸屏 plc 气缸 电磁阀目 录前言11、机械手动作过程与要求22、电气原理22.1、循环方式32.2、点动方式32.3、电气原理图43、操作面板设计54、plc的性能64.1、用户i/o设备的确定64.2、fx1n60mr性能简介65、i/o分配表76、plc控制系统接线图87、步进流程图98、程序梯形图109、plc设计说明129.1、点动方式129.2、步进方式129.3、单周方式139.4、循环方式1310、指令程序表1411、结束语1512、参考文献16前言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。可编程序控制器(plc)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，plc在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。目前在一些机种方面，如喷涂机械手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手，基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。从技术方面来说，我国已经具备了独立自主发展中国机械手技术的基础。本课题拟开发物料搬运机械手，采用日本三菱公司的fx1n系列plc和触摸屏，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；电磁阀、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。1、机械手动作过程与要求启动前应该注意机械手是否在原点，本次设计机械原点设在最左端与最上端，即压下左限开关和上限开关，并且工作处于放松状态，下降、上升和左、右移动由电磁阀驱动汽缸来实现的，当工件处于工作台b上方准备下放时，为确保安全，用光电开关检测工作台b有无工件，只在无工件时才发出下放信号。机械手工作循环为：启动 下降 夹紧 上升 左行 下降 放松 上升 原点如下图所示：动作要求分别按图中的序号连续下去图中为一个将工件由a处传送到b处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关1.1电磁阀气缸的选择与气路原理图：本次是采用三位五通的电磁阀气缸来控制手臂的升降与手臂的伸缩、两位三通的电磁阀气缸来完成手指的夹紧与放松动作要求，如图所示的气路原理图。从图中可以看出气路的原理，首先是通过空气压缩机，把空气压缩，因为压缩之后的气体温度高达200摄氏度以上，所以要加有冷却方式，在储存到气罐里，空气过滤器很明显就是起过滤的作用，过滤杂质，油雾器是用来起到汽缸润滑作用，也可以防止汽缸的腐蚀。手臂的升降与伸缩都加有气路节流阀，节流阀可以控制通气的大小来限制手臂动作的速度。2、电气原理电气原理图的设计包括主电路的设计，以及重要的控制部分电路的设计。2.1 电气原理图输入输出与i/o分配表。输入设备输出设备自动sb3 x21回原点sb1x0上升km2y0光电检测sb0x3下降km1y1左行km4y2点动sb4 x20上升sb8x15右行km3y3下降sb7x11夹紧km5y4左行sb10x13原点信号灯hly5右行sb9x12自动ka1夹紧sb6x14点动ka2限位回原点ka0上限位sq2x4下限位sq1x5单周x22左限位sq4x1步进x16右限位sq3x22.2电气原理说明：（1） 回原点部分：首先按下sb1回原点按钮，使ka0中间继电器得电，ka0所有的辅助常开触头闭合，同时接通km2自锁上升和km4自锁左行，当上升到上限时，上限位sq2常闭触头断开，使km2断电停止上升，当左行到最左限时，左限位sq4常闭触头断开，使km4断电停止左行。这样就完成了回原点的复位运行，左限位sq4与上限位sq2常开触头就同时闭合，这样就接通了原点信号指示灯。（2） 自动循环部分：在原点位置按下sb3按钮，即中间继电器ka1得电，其各个动触头ka1闭合，使中间继电器ka1自锁，机械手实行自动操作状态。因为原点位置下，限位开关sq4和sq2已经接通，所以可以驱动接触器km1下降，也使km1自锁。当机械手下降碰到下限位开关sq1时，机械手停止下降；同时sq1常开触头闭合，接触器km5得电闭合，km5动触头闭合自锁，机械手处于夹紧状态。同时kt1通电延时线圈闭合，5s后延时闭合触头kt1闭合，使km2电磁阀线圈闭合自锁，机械手上升。当上升到上限位时，sq2常闭触头断开，切断km2使机械手停止上升，同时sq2常开触头闭合，使右移电磁阀km3接通自锁，机械手向右移动，当右移到右限位开关sq3时，是右移电磁阀断电，停止机械手右移。然后sq3常开触头闭合，此时接通中间继电器ka接通并自锁，如果光电检测开关sb0没有物料时，那么sb0就会闭合同时sq3右限位也已经闭合，那么满足这两个条件时机械手才可以接通km1下降运行。km1得电自锁使机械手下降，当下降到下限位sq1时，sq1常闭触头断开，机械手停止下降，同时km5就断电使机械手于松开状态，sq1常开触头闭合就接通通电延时线圈kt2闭合，5s后kt2闭合，接通km2自锁上升，sq1断开kt2断电，当上升到上限位时，断开sq2切断km2停止上升，同时上限位sq2常开闭合，接通km4左移电磁阀自锁，当碰到左限位sq4时，断开km4左移电磁阀和中间继电器ka，停止左移。这样就完成了机械手后自动运行过程。（3） 点动控制部分：首先按下开关sb4，接通中间继电器ka2自锁，ka2所有常开触头闭合，只有ka2线圈闭合才能够进行点动控制。按主sb7接通km1电磁阀，机械手向下移动，当碰到下限位sq1时或者松开sb7按钮时机械手停止下降。按住sb8接通km2电磁阀，机械手向上移动，当碰到上限位sq2或者松开sb8按钮时机械手停止上升。按住sb9接通km3电磁阀，机械手向右移动，当碰到右限位sq3或者松开sb9时机械手停止右移。按住sb10接通km4电磁阀，机械手向左移动，当碰到左限位sq4或者松开sb10时机械手停止左移。按住sb6接通km5电磁阀，机械手处于夹紧状态，当松开sb6时，电磁阀km5失电，机械手处于松开状态。按下停止按钮sb2断开ka2所有接触器都停止动作。2.3 电气原理图：3、操作面板设计选用三菱f940g0t-swd型号黑白触摸屏相对于普通的按钮面板，触摸屏有着独特的优势。1. 线路简单，没有复杂的按钮线路。只有输入输出线路。2程序简单，操作简单。3屏和控制系统都比较便宜，反应灵敏度也很好，对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，能适应各种恶劣的环境。它可以用任何物体来触摸,稳定性能较好。进入触摸屏就可以看到画面0，按翻页进入画面1自动控制，要进点动控制在按下一页进入画面2，返回就铵返回。触摸屏f940 got swd（黑白）控制面板分布图： 4、plc的性能1、用户i/o设备的确定 由工作过程分析可知，本控制需设工作方式选择占4个输入点；手动时设运动选择占5个输入点；行程占4个输入点，有无工件检测占1个输入点；启动、停止占2个输入点，共需16个输入点。输出设备有上升/下降、左移/右移电磁阀，占4个输出点；夹紧/松开电磁阀，占1个输出点；设原点指示灯1个，占1个输出点，共需6个输出点。 综合上面分析，在i/o口方面，需16个输入点；6个输出点，现有fx1n-60mr型的plc，这种plc有30个输入点，30个输出点，考虑工艺流程及控制要求变动对输入点的需要，同时考虑15%的余量，完全可满足本例控制要求。可以选用。2、fx1n60mr性能简介fx1n60mr基本单元输入继电器编号为x000x006，x010x17，x020x027，x030x037，x40-x43，共36点，输出继电器编号为y000y007，y10y017，y020y027共24点，内部有辅助继电器384点、保持继电器128点（电池支持），256个专用辅助继电器，及一些常用的定时器、计数器、状态器。5、plc控制系统接线图6、步进流程图根据控制要求画出步进流程图：7、程序梯形图1、 选择步进操作时,因x16使m8040接通.m8040为禁止转移特殊继电器,当m8040=on时,禁止所有状态转移,但是按启动,m8041得电可以使状态顺序转移一步.2、 选择开关拨到单周操作时,状态继电器s0为on,按下启动按钮,完成一个周期后，由状态s26转移到s0，只能完成单周运行。3、 当选择开关拨到连续操作时，状态继电器s0为on，按下启动按钮，完成一个周期后，由状态s26转移到s20，一直连续运行。4、 x10为停止复位按钮，x0为回原点为启动做准备。特别说明：19到34步当plc运行时特殊继电器m8002瞬时接通一次，同时接通so一步步执行下去。如果需要plc停止运行那么按下停止按钮x10就会复位所有的输出，并且也可以接通so无需再次使plc断电都可以重新执行动作。在39步处s0每次接通都要复位s20到s26。34到39步当按下x0时接通m0并且自锁m0继电器，同时接通y0和y3进行回原点启动。在51步处当机械手已经回到了原点时，即左限位x1和上限位x4同时闭合时，按下启动按钮x6才有效。7.1 plc梯形图的各个工作方式的说明：（1）点动部分：57到77为点动控制部分，当按下点动选择开关x20时同时在第10步处特殊辅助继电器m8040接通，这就禁止了s0跳到s20的状态，就只能执行状态s0中的程序。按住x11控制机械手的下降当碰到下限位开关x15就停止下降；按住x12控制机械手的右行当碰到右限位开关x2就停止右行；按住x13控制机械手的左行当碰到左限位开关x1就停止左行，x14控制机械手的夹紧与松开，按住x15控制机械手的上升当碰到上限位开关x4就停止上升。（2）单周与循环部分：首先将选择开关打到单周出即x22闭合，切断了10步处的m8040自锁按下启动按钮x0使机械手回到原点为启动做准备，当回到原点时按下启动按钮x6才有效。在s20状态处接通t0，2s后接通y1机械手下降运行，当碰到下限位x5时断开y1接通t1，2s后使机械手夹紧并且置位，同时状态转移到s21，接通t2，2s后接通y0使机械手上升，碰到上限位x4断开y0接通t3，2s后状态转移到s22，接通y2使机械手向右移动，当碰到右限位开关x2时机械手停止右移，接通t4，2s后转移带s23，这时为了安全起见，当光电开关检测没有物料的时候，x3才能够接通下降y1，当碰到下限位x5时，停止下降并且复位y4使机械手松开，接通t5，2s后转移到s24，接通y0使机械手上升，上升到上限位x4停止上升，接通t6，2s后转移到s25，接通y3左行，左行到左限位的时，复位左行转移到s26，因为选择的是单周x22那么执行到s26时，x22接通了就跳转到s0，如果是选择到s21时状态就跳转到s20进行如上的循环运行。按下停止按钮x10全部复位全部停止运行。（3）步进部分：首先将选择开关打到步进出即x16闭合，在第10步出x16接通使m8040禁止状态转移自锁，当执行s0状态时，就步能执行下一个状态s20，必须按下启动按钮x6接通m8041接触状态转移才能执行下一个状态s20，其运行的过程与单周