搬运机械手PLC控制系统设计-职业技术学院毕业设计

1 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 HenanPolytechnicInstitute 毕业设计 论文 毕业设计 论文 题题目目 搬运机械手 PLC 控制系统设计 班班级级 机电机电 09020902 姓姓名名 刘方 刘方 指导教师指导教师 张国同 张国同 2 搬运机械手搬运机械手 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 摘摘 要要 机械手能模仿人手和臂的某些动作功能 用以按固定程序抓取 搬运物件或操作工 具的自动操作装置 它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化 能在有害环 境下操作以保护人身安全 因而广泛应用于机械制造 冶金 电子 轻工和原子能等部 门 机械手主要由手部和运动机构组成 手部是用来抓持工件 或工具 的部件 根据被抓持物件的形状 尺寸 重量 材料和作业要求而有多种结构形式 如夹持型 托持型和吸附型等 运动机构 使手部完成各种转动 摆动 移动或复合运动来实现 规定的动作 改变被抓持物件的位置和姿势 运动机构的升降 伸缩 旋转等独立运动 方式 称为机械手的自由度 为了抓取空间中任意位置和方位的物体 需有 6 个自由 度 自由度是机械手设计的关键参数 自由度越多 机械手的灵活性越大 通用 性越广 其结构也越复杂 一般专用机械手有 2 3 个自由度 机械手的种类 按驱动方式可分为液压式 气动式 电动式 机械式机械手 按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种 按运动轨迹控制方式可分为点位控制 和连续轨迹控制机械手等 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置 如在自动机床或自动生产线上装卸 和传递工件 在加工中心中更换刀具等 一般没有独立的控制装置 有些操作装置需要 由人直接操纵 如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手 关键词关键词 机械手 可编程控制技术 电磁阀 3 ABSTRACTABSTRACT The manipulator can imitate the manpower and the arm certain movement functions with by presses the fixed routine to capture the transporting thing or operation tool automatic operation installment It may replace human s strenuous labor by to realize the production mechanization and the automation can operate under the harmful environment by protects the personal safety Thus widely applies in department and so on machine manufacture metallurgy electron light industry and atomic energy The manipulator mainly is composed by the hand and the motion The hand is uses for to grasp holds the work piece or tool a part according to is grasped holds the thing the shape the size the weight the material and the work request but has the many kinds of structural style Like supporting on both sides request holding and adsorption and so on motion causes the hand to complete each kind of rotation to swing the migration or the compound motion realizes the stipulation movement the change is grasped holds the thing the position and the posture The motion fluctuation the expansion and contraction revolves and so on the independence movement way is called manipulator s degree of freedom In order to capture in the space the free position and the position object must have 6 degrees of freedom The degree of freedom is the essential parameterwhichthemanipulatordesigns Thefreedomgoespastmuch manipulator s flexibility is bigger the versatility is broader Its structure is also more complex The common special purpose manipulator has a 2 3 degree of freedom Manipulator s type may divide into the hydraulic pressure type air operated according to the drive type like electromotive type the mechanical type manipulator Maydivideintothespecial purposemanipulatorandthe general purpose manipulator two kinds according to the applicable scope may divideintothepositioncontrolandthecontinualtrajectorycontrol manipulator according to the path control mode and so on The manipulator usually serves as the engine bed or other machines add on components like on automatic engine bed or automatic production line loading and unloading and transmission work piece Replaces the cutting tool in the processing center and so on does not have the independent control device generally Somewhat operates the equipment to need by the human direct control like uses in the host which the atomic energy department manages the dangerous goods from the type operator also often being called the manipulator K K E E Y Y W W O O R R D D trajectory manipulator PLC sensor 4 目录目录 第一章 机械手概况 1 1 1 搬运机械手的应用简况 1 1 1 1 热加工方面的应用 1 1 1 2 冷加工方面的应用 1 1 1 3 拆修装方面 1 1 2 机械手的应用意义 2 1 2 1 可以提高生产过程的自动化程度 2 1 2 2 可以改善劳动条件 2 1 2 3 可以减少人力 便于有节奏地生产 2 1 3 机械手的发展概况 2 1 4 机械手的发展趋势 3 1 5 PLC 概况及在机械手中的应用 3 第二章 PLC 的发展和结构 4 2 1 可编程序控制器 PLC 的应用和发展概况 4 2 2 PLC 的应用概况 4 2 2 1 用于逻辑控制 4 2 2 2 用于模拟量控制 4 2 2 3 用于机械加工中的数字控制 4 2 2 4 用于工业机器人控制 5 2 2 5 用于多层分布式控制系统 5 2 3 PLC 的特点 5 5 2 3 1 可靠性高 抗干扰能力强 5 2 3 2 控制系统构成简单 通用性强 5 2 3 3 编程简单 使用 维护方便 5 2 3 4 组合方便 功能强 应用范围广 5 2 3 5 体积小 重量轻 功耗低 5 2 4 PLC 的构成 5 2 5 CPU 的构成 6 2 6 I O 模块 6 2 7 电源模块 6 2 8 底板或机架 6 2 9 PLC 系统的其它设备 7 2 9 1 编程设备 7 2 9 2 人机界面 7 2 9 3 输入输出设备 7 2 10 PLC 的通信联网 7 第三章 搬运机械手 PLC 控制系统设计 7 3 1 搬运机械手结构及其动作 7 3 2 搬运机械手系统硬件设计 10 3 2 1 I O 地址分配 10 3 2 2 西门子 S7 200CPU226 产品简介 10 3 2 3 西门子 S7 200CPU226 示意图 11 3 2 4 西门子 S7 200CPU226 可编程序控制器的外部接线图 12 6 3 3 搬运机械手控制程序设计 12 3 3 1 公用程序 12 3 3 2 手动程序 13 3 3 3 自动程序 14 3 3 4 自动回原点程序 15 第四章 结论 18 第五章 参考文献 19 第六章 致谢 20 7 引言引言 机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作 按预定的程序 轨迹及其它要求 实现 抓取 搬运工件或操纵工具的自动化装置 本设计中的机械手采用关节式结构 各动作由液压驱动 并由电磁阀控制 动作顺 序及各动作时间的间隔采用按时间原则 机械手的结构主要由手指 手腕 小臂和大臂等几部分组成 料架为旋转式 由料 盘和棘轮机构组成 每次转动一定角度 由工件数决定 以保证待加工零件对准机械手 而可编程控制器 由于其具有的高可靠性 编程方便 易于使用和修改 易于 扩展和维护 环境要求低 体积小巧 安装调试方便 在工业控制中有着广泛的应用 PLC控制系统采用三菱F1系列超小型PLC对机械手进行动作控制 各动作由油泵电机 采 用 Y100L2 4 3KM 液压驱动 并由电磁阀控制 其中油泵电机及各电磁阀运行状态均有 指示灯显示根据我们所设计的机械手的驱动部件为步进电机的特点 应用 移位寄 存 指令可以很方便 灵活地对机械手进行控制 1 第一章第一章 机械手概况机械手概况 机械手首先是从美国开始研制的 1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手 1 11 1搬运机械手的应用简况搬运机械手的应用简况 在现代工业中 生产过程的机械化 自动化已成为突出的主题 在机械工业中 加 工 装配等生产是不连续的 专用机床是大批量生产自动化的有效办法 程控机床 数 控机床 加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法 但除切削加工本身外 还有大量的装卸 搬运 装配等作业 有待于进一步实现机 械化 据资料介绍 美国生产的全部工业零件中 有 75 是小批量生产 金属加工生产 批量中有四分之三在 50 件以下 零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的 5 从这里可看出 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 机械手可在空间抓放物体 动作灵活多样 适用于可变换生产 品种的中 小批量自动化生产 广泛应用于柔性自动线 国内外机械工业 铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面 1 1 1热加工方面的应用热加工方面的应用 热加工是高温 危险的笨重体力劳动 很久以来就要求实现自动化 为了提高工作 效率 和确保工人的人身安全 尤其对于大件 少量 低速和人力所不能胜任的作业就 更需要采用机械手操作 1 1 2冷加工方面的应用冷加工方面的应用 冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类 盘类和箱体类等零件单机加工时 的上下料和刀具安装等 进而在程序控制 数字控制等机床上应用 成为设备的一个组 成部分 最近更在加工生产线 自动线上应用 成为机床 设备上下工序联接的重要于 段 1 1 3拆修装方面拆修装方面 拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一 促进了机械手的发展 目前 国内铁路工厂 机务段等部门 已采用机械手拆装三通阀 钩舌 分解制动缸 装卸轴 箱 组装轮对 清除石棉等 减轻了劳动强度 提高了拆修装的效率 近年还研制了一 种客车车内喷漆通用机械手 可用以对客车内部进行连续喷漆 以改善劳动条件 提高 喷漆的质量和效率 近些年 随着计算机技术 电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用 工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素 2 1 2 机械手的应用意义机械手的应用意义 在机械工业中 机械手的应用意义可以概括如下 1 2 1可以提高生产过程的自动化程度可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手 有利于提高材料的传送 工件的装卸 刀具的更换以及机器的装配等 的自动化程度 从而可以提高劳动生产率 降低生产成本 加快实现工业生产机械化和 自动化的步伐 1 2 2可以改善劳动条件可以改善劳动条件 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 它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中 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地完成作业 大大地改善了工人的劳动条件 在 一些动作简单但又重复作业的操作中 以机械手代替人手进行工作 可以避免由于操作 疲劳或疏忽而造成的人身事故 1 2 3可以减少人力 便于有节奏地生产可以减少人力 便于有节奏地生产 应用机械手代替人手进行工作 这是直接减少人力的一个侧面 同时由于应用机械 手可以连续地工作 这是减少人力的另一个侧面 因此 在自动化机床和综合加工自动 生产线上 目前几乎都设有机械手 以减少人力和更准确地控制生产的节拍 便于有节 奏地进行生产 综上所述 有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势 1 3 3 机械手的发展概 况与发展趋势 1 3 机械手的发展概况机械手的发展概况 专用机械手经过几十年的发展 如今已进入以通用机械手为标志的时代 由于通用 机械手的应用和发展 进而促进了智能机器人的研制 智能机器人涉及的知识内容 不 仅包括一般的机械 液压 气动等基础知识 而且还应用一些电子技术 电视技术 通 讯技术 计算技术 无线电控制 仿生学和假肢工艺等 因此它是一项综合性较强的新 技术 目前国内外对发展这一新技术都很重视 几十年来 这项技术的研究和发展一直 比较活跃 设计在不断地修改 品种在不断地增加 应用领域也在不断地扩大 早在 40 年代 随着原子能工业的发展 已出现了模拟关节式的第一代机械手 50 60 年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手 这种机械 手也称第二代机械手 如尤尼曼特 Unimate 机械手即属于这种类型 60 70 年代 又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上 亦即 是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段 80 90 年代 装配机械手处于鼎盛时期 尤其是日本 90 年代机械手在特殊用途上有较大的发展 除了在工业上广泛应用外 农 林 矿业 航天 海洋 文娱 体育 医疗 服务业 军事领域上有较大的应用 90 年代以后 随着计算机技术 微电子技术 网络技术等的快速发展 机械手技术 3 也得到飞速的多元化发展 总之 目前机械手的主要经历分为三代 第一代机械手主要是靠人工进行控制 控制方式为开环式 没有识别能力 改进的 方向主要是将低成本和提高精度 第二代机械手设有电子计算机控制系统 具有视觉 触觉能力 甚至听 想的能力 研究安装各种传感器 把接收到的信息反馈 使机械手 具有感觉机能 第三代机械手能独立完成工作过程中的任务 它与电子计算机和电视设 备保持联系 并逐步发展成为柔性系统 FMS Flexible Manufacturing System 和柔性制 造单元 FMC Flexible Manufacturing Cell 中重要一环 1 4 机械手的发展趋势机械手的发展趋势 目前国内工业机械于主要用于机床加工 铸锻 热处理等方面 数量 品种 性能 方面都不能满足工业生产发展的需要 因此 国内主要是逐步扩大机械手应用范围 重 点发展铸锻 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 相应地发展通用机械手 有条件的还要研制示教式机械手 计算机控制机械 手和组合式机械手等 将机械手各运动构件 如伸缩 摆动 升降 横移 俯仰等机构 以及适于不同类 型的夹紧机构 设计成典型的通用机构 以便根据不同的作业要求 选用不用的典型部 件 即可组成各种不同用途的机械手 既便于设计制造 又便于改换工作 扩大了应用 的范围 同时要提高精度 减少冲击 定位精确 以更好地发挥机械手的作用 此外还 应大力研究伺服型 记忆再现型 以及具有触觉 视觉等性能地机械手 并考虑于计算 机联用 逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元 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 模锻 压力机的上下料 以及点焊 喷漆等作业中 它可按照事先制定的作业程序完成规定的 操作 但是还不具备任何传感反馈能力 不能应付外界的变化 如发生某些偏离时 就 将引起零部件甚至机械手本身的损坏 为此 国外机械手的发展趋势是大力研制具有某 些智能的机械手 使其拥有一定的传感能力 能反馈外界条件的变化 做出相应的变更 如位置发生稍些偏差时 即能更正 并自行检测 重点是研究视觉功能和触觉功能 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 以及卫星 计算机 工作时 电视照相机将物体形象变成视频信号 然后传送给计算机 以便分析 物体的种类 大小 颜色和方位 并发出指令控制机械手进行工作 触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置 工作时机械手先伸出手指寻找工 件 通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用 然后伸向前方 抓住工件 手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制 达到自动调整握力的大 小 总之 随着传感技术的发展 机械手的装配作业的能力将进一步提高 到 1995 年 全世界约有 50 的汽车由机械手装配 现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及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 1 5PLC 概况及在机械手中的应用概况及在机械手中的应用 机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作 从而节省人的劳动 普 通继电器由于其体积和接口等各方面限制 经常被应用于动作简单的电气及流水线控 制 而 PLC 以其可靠性高 抗干扰能力强 控制系统构成简单 通用性强 编程简单 使 4 用 维护方便 组合方便 功能强 应用范围广 体积小 重量轻 功耗低等有点被广 泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合 本设计正是以 PLC 控制为基础从而实现机 械手的各种动作 第二章第二章 PLCPLC 的发展和结构的发展和结构 2 1 可编程序控制器 可编程序控制器 PLC 的应用和发展概况 的应用和发展概况 可编程序控制器 programmable controller 现在一般简称为 PLC programmable logic controller 它是以微处理器为基础 综合了计算机技术 半导体集成技术 自动控制技术 数字技术 通 信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置 以 其显著的优点在冶金 化工 交通 电力等领域获得了广泛的应用 成为了现代工业控 制三大支柱之一 在可编程序控制器问世以前 工业控制领域中是继电器控制占主导地位 传统的继 电器控制具有结构简单 易于掌握 价格便宜等优点 在工业生产中应用甚广 但是控 制装置体积大 动作速度较慢 耗电较多 功能少 特别是由于它靠硬件连线构成系统 接线繁杂 当生产工艺或控制对象改变时 原有的接线刻控制盘 柜 就必须随之改变 或更换 通用性和灵活性较差 2 2 PLC 的应用概况的应用概况 PLC 的应用领域非常广 并在迅速扩大 对于而今的 PLC 几乎可以说凡是需要控制 系统存在的地方就需要 PLC 尤其近几年来 PLC 的性价比不断提高已被广泛应用在冶金 机械 石油 化工 轻功 电力等各行业 按 PLC 的控制类型 其应用大致可分为以下几个方面 2 2 1用于逻辑控制用于逻辑控制 这是 PLC 最基本 也是最广泛的应用方面 用 PLC 取代继电器控制和顺序控制器控 制 例如机床的电气控制 包装机械的控制 自动电梯控制等 2 2 2用于模拟量控制用于模拟量控制 PLC 通过模拟量 I O 模块 可实现模拟量和数字量之间转换 并对模拟量控制 2 2 3用于机械加工中的数字控制用于机械加工中的数字控制 现代 PLC 具有很强的数据处理功能 它可以与机械加工中的数字控制 NC 及计算机控 制 CNC 紧密结合 实现数字控制 5 2 2 4用于工业机器人控制用于工业机器人控制 2 2 5用于多层分布式控制系统用于多层分布式控制系统 高功能的 PLC 具有较强的通信联通能力 可实现 PLC 与 PLC 之间 PLC 与远程 I O 之间 PLC 与上位机之间的通信 从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络 2 3 PLC 的特点的特点 2 3 1可靠性高 抗干扰能力强可靠性高 抗干扰能力强 PLC 能在恶劣的环境如电磁干扰 电源电压波动 机械振动 温度变化等中可靠地 工作 PLC 的平均无故障间隔时间高 日本三菱公司的 F1 系列 PLC 平均无故障时间间隔 长达 30 万 h 这是一般微机所不能比拟的 2 3 2控制系统构成简单 通用性强控制系统构成简单 通用性强 由于 PLC 是采用软件编程来实现控制功能 对同一控制对象 当控制要求改变需改 变控制系统的功能时 不必改变 PLC 的硬件设备 只需相应改变软件程序 2 3 3编程简单 使用 维护方便编程简单 使用 维护方便 2 3 4组合方便 功能强 应用范围广组合方便 功能强 应用范围广 PLC 既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制 既可用单片机控制 又可用于 组成多级控制系统 既可控制简单系统 又可控制复杂系统 因此 PLC 应用范围很广 2 3 5 体积小 重量轻 功耗低体积小 重量轻 功耗低 PLC 采用了半导体集成电路 外形尺寸很小 重量轻 同时功耗也很低 空载功耗 约 1 2KW 2 4 PLC 的构成的构成 从结构上分 PLC 分为固定式和组合式 模块式 两种 固定式 PLC 包括 CPU 板 I O 板 显示面板 内存块 电源等 这些元素组合成一个不可拆卸的整体 模块式 PLC 包括 CPU 模块 I O 模块 内存 电源模块 底板或机架 这些模块可以按照一定规则 组合配置 6 2 5 CPU 的构成的构成 CPU 是 PLC 的核心 起神经中枢的作用 每套 PLC 至少有一个 CPU 它按 PLC 的系 统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据 用扫描的方式采集由现场输入装置送来 的状态或数据 并存入规定的寄存器中 同时 诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和 编程过程中的语法错误等 进入运行后 从用户程序存贮器中逐条读取指令 经分析后 再按指令规定的任务产生相应的控制信号 去指挥有关的控制电路 CPU 主要由运算器 控制器 寄存器及实现它们之间联系的数据 控制及状态总线 构成 CPU 单元还包括外围芯片 总线接口及有关电路 内存主要用于存储程序及数据 是 PLC 不可缺少的组成单元 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数 它们决定着 PLC 的工作速度 IO 数量及软 件容量等 因此限制着控制规模 2 6 I O 模块模块 PLC 与电气回路的接口 是通过输入输出部分 I O 完成的 I O 模块集成了 PLCZ 将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统 输出模块相反 I O 分为开关量输入 DI 开 关量输出 DO 模拟量输入 AI 模拟量输出 AO 等模块 开关量是指只有开和关 或 1 和 0 两种状态的信号 模拟量是指连续变化的量 常用的 I O 分类如下 开关量 按电压水平分 有 220VAC 110VAC 24VDC 按隔离方式分 有继电器隔离 和晶体管隔离 模拟量 按信号类型分 有电流型 4 20mA 0 20mA 电压型 0 10V 0 5V 10 10V 等 按精度分 有 12bit 14bit 16bit 等 除了上述通用 IO 外 还有特殊 IO 模块 如热电阻 热电偶 脉冲等模块 按 I O 点数确定模块规格及数量 I O 模块可多可少 但其最大数受 CPU 所能管理 的基本配置的能力 即受最大的底板或机架槽数限制 2 7 电源模块电源模块 PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源 同时 有的还为输入电路提 供 24V 的工作电源 电源输入类型有 交流电源 220VAC 或 110VAC 直流电源 常用 的为 24VAC 2 8 底板或机架底板或机架 大多数模块式 PLC 使用底板或机架 其作用是 电气上 实现各模块间的联系 使 CPU 能访问底板上的所有模块 机械上 实现各模块间的连接 使各模块构成一个整体 7 2 9 PLC 系统的其它设备系统的其它设备 2 9 1编程设备编程设备 编程器是 PLC 开发应用 监测运行 检查维护不可缺少的器件 用于编程 对系统 作一些设定 监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况 但它不直接参与现场控制运行 小编程器 PLC 一般有手持型编程器 目前一般由计算机 运行编程软件 充当编程器 2 9 2人机界面人机界面 最简单的人机界面是指示灯和按钮 目前液晶屏 或触摸屏 式的一体式操作员终 端应用越来越广泛 由计算机 运行组态软件 充当人机界面非常普及 2 9 3输入输出设备输入输出设备 用于永久性地存储用户数据 如 EPROM EEPROM 写入器 条码阅读器 输入模拟量 的电位器 打印机等 2 10 PLC 的通信联网的通信联网 PLC 具有通信联网的功能 它使 PLC 与 PLC 之间 PLC 与上位计算机以及其他智能 设备之间能够交换信息 形成一个统一的整体 实现分散集中控制 多数 PLC 具有 RS 232 接口 还有一些内置有支持各自通信协议的接口 PLC 的通信 还未实现互操作性 IEC 规定了多种现场总线标准 PLC 各厂家均有采用 第三章第三章 搬运机械手搬运机械手 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 3 1 搬运机械手结构及其动作搬运机械手结构及其动作 说明 某机械手用来将工件从 A 点搬运到 B 点 本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下 降运动及夹紧工件的动作 两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反 转 从而实现小车的快进 慢进 快退 慢退的运动运动 其动作转换靠设置在各个不 同部位的行程开关产生的通断信号传输到 PLC 控制器 通过 PLC 内部程序输出不同的信 号 从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作 可实现机械手的精确定 位 其动作过程包括 下降 夹紧 上升 慢进 快进 慢进 延时 下降 放松 上 升 慢退 快退 慢退 其操作方式包括 回原位 手动 单步 单周期 连续 来满 足生产中的各种操作要求 8 图 1 机械手示意图 图 2 机械手动作及检测原件示意图 9 图 3 运动详细步骤示意图 控制面板 人机界面 如图 图 4 操作界面 人机界面 输出 Q0 1 为 1 时工件被夹紧 为 0 时被松开 工作方式选择开关的 5 个位置分别对应于 5 种工作方式 操作面板左下部的 6 个按 钮是手动按钮 为了保证在紧急情况下 包括可编程序控制器发生故障时 能可靠地切断 可编程序控制器的负载电源 设置了交流接触器 KM 在可编程序控制器开始运行时按下 负载电源 按钮 使 KM 线圈得电并自锁 KM 的主触点接通 给外部负载提供交流电 源 出现紧急情况时用 紧急停车 按钮断开负载电源 10 系统设有手动 单周期 单步 连续和回原点 5 种工作方式 机械手在最上面和最 左边且松开时 称为系统处于原点状态 或称初始状态 在公用程序中 左限位开关 I0 4 上限位开关 I0 2 的常开触点和表示机械手松开的 Q0 1 的常闭触点的串联电路接通时 原点条件 存储器位 M0 5 变为 ON 如果选择的是单周期工作方式 按下起动按钮 I2 6 后 从初始步 M0 0 开始 机 械手按顺序功能图的规定完成一个周期的工作后 返回并停留在初始步 如果选择连续 工作方式 在初始状态按下起动按钮后 机械手从初始步开始一个周期一个周期地反复 连续工作 按下停止按钮 并不马上停止工作 完成最后一个周期的工作后 系统才返 回并停留在初始步 在单步工作方式 从初始步开始 按一下起动按钮 系统转换到下一步 完成该 步的任务后 自动停止工作并停在该步 再按一下起动按钮 又往前走一步 单步工作 方式常用于系统的调试 在选择单周期 连续和单步工作方式之前 系统应处于原点状态 如果不满足这一 条件 可选择回原点工作方式 然后按回原点起动按钮 I2 5 使系统自动返回原点状态 在原点状态 顺序功能图中的初始步 M0 0 为 ON 为进入单周期 连续和单步工作方式 作好了准备 3 2 搬运机械手系统硬件设计搬运机械手系统硬件设计 3 2 1I O 地址分配 地址分配 机械手控制 PLC 输入 输出 I O 分配表 输入 I输出 O 下降极限I0 1放松按钮I0 7下降电磁阀Q0 0 上升极限I0 2手动选择I1 2夹紧电磁阀Q0 1 右移极限I0 3单步选择I2 2 上升电磁阀Q0 2 左移极限I0 4连续选择I2 4 上升按钮I0 5单周选择I2 3 右移电磁阀Q0 3 下降按钮I1 0启动按钮I2 6 左移按钮I0 6停止按钮I2 7 左移电磁阀Q0 4 右移按钮I1 1回原点选择I2 1 夹紧按钮I1 2 图 5 I O 地址分配 根据所确定的用户输入设备及输出设备 可画出 PLC 的 I O 连接图 由图可见 PLC 共需要 16 输入 5 点输出 3 2 2西门子西门子 S7 200CPU226 产品简介产品简介 11 西门子 S7 200CPU226 集成 24 输入 16 输出共 40 个数字量 I O 点 可连接 7 个扩 展模块 最大扩展至 248 路数字量 I O 点或 35 路模拟量 I O 点 13K 字节程序和数据 存储空间 6 个独立的 30kHz 高速计数器 2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出 具有 PID 控制器 2 个 RS485 通讯 编程口 具有 PPI 通讯协议 MPI 通讯协议和自由方式通讯能 力 I O 端子排可很容易地整体拆卸 用于较高要求的控制系统 具有更多的输入 输出 点 更强的模块扩展能力 更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能 可完全适 应于一些复杂的中小型控制系统 3 2 3西门子西门子 S7 200CPU226 示意图 示意图 图 6 西门子 S7 200CPU226 示意图 12 3 2 4西门子西门子 S7 200CPU226 可编程序控制器的外部接线图可编程序控制器的外部接线图 图 7 西门子 S7 200CPU226 的外部接线图 3 3 搬运机械手控制程序设计搬运机械手控制程序设计 使用起保停电路的编程方法 3 3 1公用程序公用程序 公用程序用于自动程序和手动程序相互切换的处理 当系统处于手动工作方式时 必须将除初始步以外的各步对应的存储器位 M2 0 M2 7 复位 同时将表示连续工作状 态的 M0 7 复位 否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式 然后又返回自动工 作方式时 可能会出现同时有两个活动步的异常情况 引起错误的动作 当机械手处于原点状态 M0 5 ON 在开始执行用户程序 SM0 1 为 ON 系统处于 手动状态或自动回原点状态 I2 0 或 I2 1 为 ON 时 初始步 对应的 M0 0 将被置位 为进入单步 单周期和连续工作方式作好准备 如果此时 M0 5 为 OFF 状态 M0 0 将被复位 初始步为不活动步 系统不能在单步 单周期和连 续工作方式工作 13 图 8 公用程序 3 3 2手动程序手动程序 手动操作时用 I0 5 I1 2 对应的 6 个按钮控制机械手的升 降 左行 右行和夹紧 松开 为了保证系统的安全运行 在手动程序中设置了一些必要的联锁 例如上升与下 降之间 左行与右行之间的互锁 以防止功能相反的两个输出同时为 ON 上限位开关 10 2 的常开触点与控制左 右行的 Q0 4 和 Q0 3 的线圈串联 机械手升到最高位置才能 左右移动 以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞 图 9 手动程序 14 3 3 3自动程序自动程序 下图是机械手控制系统自动程序的顺序功能图 该图是一种典型结构 这种结构可 用于别的具有多种工作方式的系统 虚线框中的部分取决于不同的系统对控制的具体要 求 用起保停电路设计的自动控制程序 不包括自动返回原点程序 M0 0和M2 0 M2 7 用典型的起保停电路控制 系统工作在连续和单周期 非单步 工作方式时 I2 2 的常闭 触点接通 使 M0 6 转换允许 为 ON 串联在各起保停电路的起动电路中的 M0 6 的常开 触点接通 允许步与步之间的转换 假设选择的是单周期工作方式 此时 I2 3 为 ON I2 1 和 I2 2 的常闭触点闭合 M0 6 的线圈 通电 允许转换 在初始步时按下起动 按钮 I2 6 在 M2 0 的起动电路中 M0 0 I2 6 M0 6 的常开触点和 I2 1 的常闭触点 均接通 使 M2 0 的线圈 通电 系统进入下降步 Q0 0 的线圈 通电 机械手下降 机械手碰到下限位开关 I0 1 时 M2 1 的线圈 通电 转换到夹紧步 Q0 1 被置位指 令置为 1 工件被夹紧 同时 T37 的 IN 输入端为 1 状态 1s 以后 T37 的定时时间到 它的常开触点接通 使系统进入上升步 以后系统将这样一步一步地工作下去 当机械 手在步 M2 7 返回最左边时 I0 4 为 1 因为此时不是连续工作方式 M0 7 处于 OFF 状 态 转换条件 M0 7 I0 4 满足 系统返回并停留在初始步 在连续工作方式 I2 4 为 ON 在初始状态按下起动按钮 I2 6 与单周期工作方式 时相同 M2 0 变为 ON 机械手下降 与此同时 控制连续工作的 M0 7 的线圈 通电 并自保持 以后的工作过程与单周期工作方式相同 当机械手在步 M2 7 返回最左边时 I0 4 为 ON 因为 M0 7 为 ON 转换条件 M0 7 I0 4 满足 系统将返回步 M2 0 反复连续 地工作下去 按下停止按钮 I2 7 后 M0 7 变为 OFF 但是系统不会立即停止工作 在完成当前工作 周期的全部操作后 机械手在步 M2 7 返回最左边 左限位开关 I0 4 为 ON 转换条件 M0 7 0 4 满足 系统才返回并停留在初始步 如果系统处于单步工作方式 I2 2 为 ON 它的常闭触点断开 转换允许 存储器 位 M0 6 在一般情况下为 OFF 不允许步与步之间的转换 设系统处于初始状态 M0 0 为 ON 按下起动按钮 I2 6 M0 6 变为 ON 使 M2 0 的起动电路接通 系统进入下降步 放开起动按钮后 M0 6 马上变为 OFF 在下降步 Q0 0 的线圈 通电 机械手降到下 限位开关 I0 1 处时 与 Q0 0 的线圈串联的 I0 1 的常闭触点断开 见图 5 22 使 Q0 0 的线圈 断电 机械手停止下降 I0 1 的常开触点闭合后 如果没有按起动按钮 I2 6 和 M0 6 处于 OFF 状态 一直要等到按下起动按钮 M2 6 和 M0 6 变为 ON M0 6 的常开 触点接通 转换条件 I0 1 才能使 2 1 的起动电路接通 M2 1 的线圈 通电 并自保持 系统才能由下降步进入夹紧步 以后在完成某一步的操作后 都必须按一次动按钮 系 统才能进入下一步 下图是自动控制程序的输出电路 图中 I0 1 I0 4 的常闭触点是为单步工作方式设 置的 以下降为例 当机械手碰到限位开关 I0 1 后 与下降步对应的存储器位 M2 0 不 会马上变为 OFF 如果 Q0 0 的线圈不与 I0 1 的常闭触点串联 机械手不能停在下限位 开关 I0 1 处 还会继续下降 对于某些设备 在这种情况下可能造成事故 为了避免出现双线圈现象 在图中 将自动控制的顺序功能图与自动返回原点的顺 序功能图中对 Q0 2 和 Q0 4 线圈的控制合在一起 15 图 10 自动程序 3 3 4自动回原点程序自动回原点程序 原点程序的顺序功能图和用起保停电路设计的梯形图 在回原点工作方式 I2 1 为 ON 按下回原点起动按钮 I2 5 M1 0 变为 ON 机械手松开和上升 升到上限位开关时