物料分拣输送系统设计

基于PLC的机械手控制设计摘 要在工业生产和其他领域，由于工作的需要，人们往往受到高温、腐蚀、毒气等因素的危害，增加了工人的劳动强度甚至危及生命。工业机械手是这样诞生的。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。电气方面包括电机、开关电源、电磁阀和其他电子元件。该装置包括可编程控制技术、位置控制技术、气动技术等。它是机电一体化的典型代表之一。机械手设计介绍了驱动横向轴,纵轴,底盘旋转,和手旋转电机的PLC的输出,控制水平的精确定位轴,纵轴和机械手的手反向旋转。微开关将位置信号传输给PLC主机;马达驱动底盘旋转;电磁阀控制阀门的开关，以控制机器。手与爪的结合可以实现机械手的精确运动。本文设计的工业机械手模型可以在空间中保持物体的位置，动作灵活多变。它可以替代高温、危险工作区域的手动工作，并可根据工件的变化和运动过程的要求随时改变相关参数。关键词：可编程控制器PLC,机械手,电机,任意位置The control of manipulater by PLCABSTRACTIn industrial production and other fields, because of the need of work, people are often harms by the factors of high temperature, corrosion and poisonous gas, which increase the labor intensity of workers and even endanger life. The industrial manipulator is born like this. The manipulator is the traditional task execution mechanism in the industrial robot system, and it is one of the key components of the robot. Electrical aspects include motor, switching power supply, solenoid valve, and other electronic components. The device includes programmable control technology, position control technology, pneumatic technology and so on. It is one of the typical representatives of mechatronics. The manipulator introduced in this paper is designed to drive the transverse axis, the vertical axis, the chassis rotation, and the hand rotation of the motor by the output of PLC, which controls the precise positioning of the horizontal axis, the vertical axis and the hand counter rotation of the manipulator. The micro switch transfers the position signal to the PLC host; the motor drives the chassis to rotate; the electromagnetism valve controls the switch of the valve to control the machinery. The combination of hands and claw can realize the precise movement of the manipulator. The industrial manipulator model designed in this paper can hold the object in space, and the action is flexible and varied. It can replace the manual work in the high temperature and dangerous working area, and can change the relevant parameters at any time according to the change of the workpiece and the requirements of the movement process.KEY WORDS: Programmable controller PLC, manipulator,electrical machinery, freeposition7目录前言1第1章 机械手各功能实现形式与控制方式21.1机械手概述21.1.1机械手的定义与发展21.1.2机械手分类及控制方法31.1.3机械手的结构原理31.2本机械手模型的机能和特性51.3夹紧机构51.4躯干61.5设计要求61.5.1控制方式及要求71.6旋转编码盘9第2章 控制系统硬件设计102.1 PLC的定义及特点102.2 PLC的选型122.2.1常用PLC介绍122.2.2常用PLC介绍142.2.3确定型号FX1N60MR162.2.4 FX1N所具有优越性能172.2.5 FX系列PLC型号的说明172.3结构功能182.3.1 PLC内部功能192.3.2 PLC输入输出接口的安全保护202.4 FX1N PLC梯形图中的编程元件21第3章 软件设计233.1程序的总体结构233.2各部分程序如下24结论33谢 辞34参考文献35附录37前言随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，工人的工作环境和工作内容也被要求理想化和简单。对于某些往复工作，由机械手遥控或自动控制是非常重要的。这可以避免一些人无法接触到的物质，如冶金、化工、医药、航空航天等。机械手在国内外的研究是不同的，但代表当今日本最先进的技术，他的自动化和人性化是惊人的。这些技术依赖于控制理论和新的材料科学。它是一种集各种先进技术于一体的现代化机器。中国也被用于工业，用于自动控制，柔性制造系统被广泛使用，但是中国的自动化水平需要提高，这相当于80年代世界先进技术的水平。随着工业现代化的发展，机械手技术也得到了改进。发展的趋势是高强度、灵活性、精确性和可靠性。它能自动检测和达到动作指令，集成先进的人工智能，使人们在平时只进行简单的维护，这也是目前的一代工厂的发展趋势。该设计主要用于控制部分的机械手模型。在我们的毕业实习中，我们看到了类似的机械手的实际应用。每个模块一般都能理解每个模块。我使用技术成熟、安全可靠的可编程控制器PLC实现。目前，PLC系统的制造商主要有西门子、三菱、欧姆龙等。根据我所知道的系统模块，我选择了三菱FX1N系列。程序设计简单、功能强大、方便、方便、经济、方便。这对我来说是可行的。PLC是用来形成机械手自动控制系统的。通过对PLC控制程序的修改，可以改变机械手模型的控制要求。机械手的水平轴正方向的正面和背面,纵轴可以在两个方向上下移动在垂直平面上,基本可以在积极和反向旋转方向两个方向,一方面可以在两个方向旋转,基本可以在任意位置停止。根据之前类似的设计，底盘的旋转是很难实现的。这个设计可以通过使用代码盘来检测脉冲计数来实现，但是没有模拟环境来检查，只有通过重复它的正确性。机械手包括两个部分，一个机械部分，一个控制部分，因为时间关系和我的专业知识，这个设计集中在控制部分。一个完整的设计与机械零件是分不开的，所以在我的设计中还有很多问题需要解决。 第1章 机械手各功能实现形式与控制方式1.1机械手概述工业机械手是近几十年发展起来的高科技自动化生产设备。工业机器人是工业机器人的一个重要分支。它的特点是编程能力强，能完成各种预期的工作任务，在结构和性能上都具有人和机器的优点，尤其是人的智能性和适应性。机械手操作的准确性和在各种环境下完成作业的能力在国民经济中具有广阔的前景。机械手技术涉及机械、机械学、电液技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术。它是一门跨学科的综合技术。1.1.1机械手的定义与发展机械手是一种具有自动定位控制功能的多功能机器，可以对其进行重新编程。它有多个自由度，可以用来携带物体在不同的环境中工作。工业机械手是现代自动控制领域中出现的一种新技术，已成为现代制造和生产系统的重要组成部分。机械手的快速发展是由于它的积极作用日益得到认可，特别是在高温、高压、粉尘、噪声、放射性和污染等方面，应用更加广泛。近年来，中国取得了快速发展，取得了一些成绩。随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，工人的工作环境和工作内容也被要求理想化和简单。对于某些往复工作，由机械手遥控或自动控制是非常重要的。这可以避免一些人无法接触到的物质，如冶金、化工、医药、航空航天等。他代表当今日本最先进的技术，他的自动化和人性化令人惊叹。这些技术依赖于控制理论和新的材料科学。它是一种集各种尖端技术于一身的现代机器。中国在工业上也有应用，广泛应用于自动化控制和柔性制造系统。然而，中国的自动化水平有待提高。随着工业现代化的发展，机械手技术也得到了改进。发展的趋势是高强度、灵活性、精确性和可靠性。它能自动检测和达到动作指令，集成先进的人工智能，使人们在平时只进行简单的维护，这也是目前的一代工厂的发展趋势。此外，我们还应该研究伺服、记忆和再现型，以及机械手在触觉和视觉上的表现，并考虑到计算机，逐渐成为整个机械制造系统的一个基本单元。1.1.2机械手分类及控制方法机械手一般分为三类。第一种是通用的机械手，不需要人工操作。它是一个独立的设备，不属于单个主机。它可以根据任务的需要编制程序来完成需求。除了普通机器的物理特性外，它还具有一般机械和记忆智能的三元机械。第二种类型是手动操作，称为操作符。它起源于原子和军事工业，首先通过一个具体操作的操作，然后发展利用无线电信号操纵机械手探测月球、Mars等。第三类为专用机械手，主要附在自动机床或自动线上，可用来解决机床上下料和工件的传动。这种机械手在国外被称为“机械手”，它是为主机服务，它是由主机驱动的，除了几个，工作程序通常是固定的，所以它是专用的。这种设计要求机械手的设计模型可以分为第一类，即一般机械手。在现代生产企业中，自动化程度高，大量应用机械手。通过本设计，可以提高对工业机器人手的认识，熟悉PLC技术、位置控制技术、气动技术等工业控制技术。1.1.3机械手的结构原理目前，工业机械手主要用于管道输送、焊接、装配、机床加工、铸造、热处理等。无论数量、品种和性能都能满足工业生产发展的需要。在国内，主要是发展机械臂的各个方面，逐步扩大应用范围，以降低劳动强度，改善操作条件。在特殊机械手的应用中，应相应地开发出通用机械手，并研制出机械手和综合机械手。机械手组件,如扩张,摆动,起重、转移、俯仰和其他机制,以及不同类型的夹紧机制,设计为典型的一般机制,以便不同的典型组件可以根据需求选择不同的操作,可以由不同的用途,甚至在设计和制造。在工作的变化中，应用的范围得到了扩展。同时，我们必须加快速度，减少冲击和正确的位置，以便更好地发挥操纵者的作用。机械手主要由执行机构、执行机构和控制系统组成。执行机构由手、手臂和躯干组成。手被安装在手臂的前端，可以转动，打开和关闭手指。机械手的手系统结构模仿人的手指，分为三种:无关节、固定关节和自由关节。手指的数量也可以分为两个手指，三个手指和四个手指，其中两个手指是最常用的。根据夹具的形状和大小，各种形状和大小的卡盘可以满足操作的需要。这个设计使用了两个手指。手臂的功能是引导手指准确地握住工件，并将工件送到所需的位置。为了使机械手正确地工作，手臂的三个自由度需要精确定位。总之，机械手的运动不能与两种运动和旋转分开。因此，执行机构主要是线性液压缸、振荡液压缸、电液脉冲马达、伺服液压马达、交流伺服电机、直流伺服电机、步进电机等。后备箱是一个带有武器、电源和各种驱动器的机架。主要有四种驱动机构:液压传动、气动驱动、电动传动和机械传动。其中，电气和气动使用最多，占90%以上，液压和机械传动使用较少。液压驱动主要通过液压缸、阀和油箱实现。它采用液压缸、液压马达、齿轮和齿条实现直线运动，并使用摆动液压马达、液压缸、齿条、齿轮、链轮、链轮等。液压传动的优点是压力大，体积小，输出量大，运动平稳，无级调速，自锁方便，可以处于中间位置。缺点是我们需要提供压力源、复杂系统和高成本。用于气动驱动的部件有气压缸、燃气马达和空气阀。一般来说，46个大气压被用来达到810个大气压。具有气源方便、维护方便、成本低廉等优点。缺点是作用力小，体积大。由于空气的压缩性，很难阻止中间位置。它只能用于点位控制，润滑性较差，压力系统容易生锈。这个设计的前爪部分是由气压驱动的。在驾驶时，直线运动可由电机、螺杆和螺母机构驱动。通用机械手考虑使用步进电机、直流或交流伺服电机、齿轮箱等。电力驱动的优点是电源简单，维护方便，使用方便。驱动机构和控制系统可以使用相同的功率形式，输出量相对较大。该设计采用步进电机驱动手臂和手向相反方向旋转，而直流电机驱动机械手的底盘旋转运动。机械传动只适用于运动固定的情况。一般来说，采用凸轮联动机构来实现所需的动作。其优点是动作可靠、速度快、成本低。缺点是很难调整。机械手控制元件包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度和加减速度。机械手控制分为点控制和连续轨迹控制两种。目前，点控制是主要的方法，1.2本机械手模型的机能和特性物体在三维空间中的禁戒位置是由三个坐标和围绕三轴旋转的角度决定的。因此，从理论上可以得到物体的位置和方向。根据数据介绍，如果机械手，其功能是接近人的上半身，你将需要有27个自由度，每一个自由度至少有一个“人造肌肉”来控制。我们不希望有这么多的自由度，因为根据实际情况，你拥有的自由度越多，零件就越复杂，相应的制造成本也就增加了。这种设计的机械手，它有五个自由度。也就是说，手臂来回伸展，手臂上下，手臂周围，手腕旋转，手指抓取。1.3夹紧机构机械手的手是用来抓取工件的部件。在抓取工件时，爪必须满足快速、灵活、准确、可靠的要求。夹紧机构机械手的设计与制造必须首先考虑机械手的坐标形式、速度和加速度。夹紧力是根据夹紧物体的重量、惯性和冲击力来计算的。同时，有足够的开口尺寸来适应被挠的物体的尺寸，使其适用于机械手的应用范围，需要各种抓取机构来根据需要更换手。为了防止被损坏的物体被夹紧，夹紧力应在一定程度上受到限制，包括软垫片、弹性垫或自动定心结构。为了防止跌落的物体突然被切断，它也可以有自锁结构。夹紧机构本身结构简单，体积小，重量轻，操作灵活，操作可靠。夹具结构多样，包括机械、吸盘和电磁。一些夹具也有传感装置和携带工具。本设计采用机械夹紧装置。机械夹紧是最基本、最广泛的应用。根据手指的运动和人手的模仿动作，可以分为旋转型和直型。根据夹紧方式，可分为内部支撑型、外部支撑型和自锁型。根据手指的数量，可以分为两根手指，三根手指和四根手指，根据动力源可以分为弹簧式、气动式和液压式。这个设计使用了两个手指爪。通过PLC控制电磁阀的运行，控制爪的开闭。爪的旋转是由直流电机完成的，而两个角度开关则用来完成旋转角度的极限，一般可以设定为180度。1.4躯干躯干有一个底盘和两个手臂。底盘是支撑机械手所有重量并能旋转手臂的主体。底盘由直流电机驱动，旋转带动旋转编码旋转，机械手每向旋转三度发出一个脉冲，由传感器发送到可编程控制器，从而计算底盘转动角度。同时，最大旋转角度可达180度。手臂是机械手的主要部分。是身体支撑爪子和工件使它们移动。设计臂由水平轴和垂直轴组成，可完成拉伸和升降运动。臂采用电机带动螺杆和螺母实现膨胀和升降运动。信号控制步进电机由可编程控制器控制，两轴两端加限位开关。螺杆和螺母传动容易自锁，定位精度高，传动效率高。1.5设计要求PLC可用于机械手的自动控制系统。通过对PLC控制程序的修改，可以改变机械手模型的控制要求。机械手的水平轴是正的和背面的。纵轴可以在垂直平面上上下移动两个方向。它可以基本上是两个方向的正和反向旋转。一方面，它可以在两个方向旋转，可以在任何位置停止。主要任务是将工作表工件转移到B工作表。机械手的工作方式可分为5个部分:手动、单步、单周期、连续、回原点。1.5.1控制方式及要求1.控制方式(1). 单周期工作方式a. 接通电源后，机械机构自动复位；b. 横轴前伸；c. 机械手旋转到位；d. 竖轴下降；e. 电磁阀复位，机械手夹紧重物；f. 竖轴上升；g. 横轴缩回；h. 底盘旋转到位；i. 横轴前伸；j. 机械手旋转；k. 竖轴下降；l.电磁阀动作，机械手张开，放下货物；m. 竖轴上升；n. 横轴缩回；o. 底盘旋转复位。至此一个周期的动作结束。再按一次启动按钮就开始下一个周期。（2）。连续模式。机械手反复运行上述循环的每一动作，直到停止按钮被按下，机械手完成最后的动作复位停止工作。（3）。单步工作方式。从原点开始，按照自动工作循环的步骤顺序，每按一次开始按钮，机械手完成一步后自动停止。（4）使用按钮控制操作器的每一步。例如，按下“向下”按钮，机械手就会掉下来；按下“上”键，机械手就会上升。手动操作可用于调整位置。2。控制要求1）。前进/后退、上升/下降，顺时针/逆时针、顺时针/下旋底盘。机械手的每一个动作都必须到位，具体地由相应的限位开关控制，否则下一步就无法进行。前进/后退、上升/下降、手顺时针/逆时针方向、底盘顺时针/逆旋转由双线圈电磁阀控制。2）夹紧和放松。机械手的夹紧和松开必须在两个站进行，动作必须到位。为了确保夹紧和放松动作是可靠的，这两个任务需要定时。夹紧和放松的运动是由单线圈的电磁阀控制的。电磁阀必须夹紧，功率损耗也要放宽。1.6旋转编码盘机械手的底盘和躯干在每次旋转时发出3度的脉冲，并将信号发送回可编程控制器以获得准确的角度。编码盘的机制如下:图1-2 旋转编码盘可以通过改变程序中计数器C0的初值来确定所要转过的角度，这里可以通过用手持编程器读出指令表，然后修改得到不同的控制角度。表1-1 所选器材列表【12】名称型号或规格数量名称型号或规格数量PLCFX1N-60MR1限位开关LX19-1118电磁阀VF31301转换开关LW6-51按钮LA10-1H13熔断器RC1A-30/152手持编程器FX-20P-E1连接导线若干第2章 控制系统硬件设计机械手的控制系统可应用于继电器控制、单片机控制、PLC控制等许多方面，但由于PLC可编程控制器的明确设计，我们不必考虑控制硬件方案，而是选择PLC。2.1 PLC的定义及特点1的定义。PLC)自PLC问世以来，虽然时间不长，但发展迅速。为了规范其生产和发展，NEMA(国家电器制造商协会)在经过4年的调查后，于1984年首次正式命名为PC(可编程控制器)，并将PC定义为:PC是一种数字电子设备，它使用可编程存储指令。它用于执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块来控制各种机械或工作程序。数字电子计算机如果执行PC的功能，也被认为是PC，但它不包括鼓式或类似的机械顺序控制器。后来，国际电工委员会(IEC)颁布了标准草案草案和第二份草案，并于1987年2月通过了该草案的定义。可编程逻辑控制器(PLC)是一种用于工业环境应用的数字操作系统。它使用一种可编程内存来存储其内部存储程序、执行逻辑操作、顺序控制、计时、计数和算术运算以及其他面向用户的指令，并通过数字或模拟输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器和相关的外部设备是根据其易于与工业控制系统集成和易于扩展其功能的原理设计的。简而言之，可编程逻辑控制器是一种计算机，它是为工业环境应用而设计和制造的。具有丰富的输入/输出接口和强大的驱动能力。但可编程控制器产品并不是针对特定的工业应用。在实际应用中，需要根据实际需要选择硬件，根据控制要求设计和编译软件。2的特点。PLC)(1)高可靠性4(1)所有I/O接口电路都是光电隔离，使工业场与PLC内部电路之间的外部电路是电隔离的。(2)每个输入端使用R-C滤波器，滤波时间常数一般为10 20ms。3所示。所有模块采用屏蔽措施，防止辐射干扰。采用高性能开关电源。(5)对所使用设备进行严格筛选。良好的自我诊断功能。一旦电源或其他硬件或软件出现异常，中央处理器将立即采取有效措施防止故障扩展。大型PLC也可用于CPU或双冗余系统，由三个CPU的投票系统组成，以进一步提高可靠性。(2)富I/O接口模块4PLC为不同工业现场信号,如交流或直流,开关量或模拟量电压或电流,脉冲或潜在的强或弱电流,等。有对应的I / O模块和工业设备或设备,如按钮、行程开关、接近开关、传感器与发射机、电磁线圈、控制阀门和其他直接连接。(3)采用模块化结构为了适应各种工业控制需求，大多数PLC模块采用模块化结构，除了小型PLC。PLC的组成部分，包括CPU、电源和I/O，均采用模块化设计。每个模块由机架和电缆连接。系统的规模和功能可以根据用户的需要进行组合。(4)编程简单易学。PLC编程主要采用类似于继电器控制线路的梯形模式。一般工程技术人员很容易理解和掌握，不需要计算机的特殊知识。(5)安装简单，维护方便。PLC不需要专门的机房，可以直接在不同的工业环境下运行。只使用各种设备和相应的I/O PLC现场连接，即可投入运行。所有模块都有运行和故障指示设备，方便用户理解操作和查找故障。2.2 PLC的选型对于PLC的选择，必须考虑各种因素。例如，输入和输出的最大点数；扫描速度；存储器容量；指令数；功能模块等。它还考虑了它的经济实用性及其对工作环境的影响。2.2.1常用PLC介绍PLC已经发展了多年，技术成熟，各种型号也多，各厂家也有一定的区别，每个关键的发展方向也不同，所以我们必须根据自己的需要设计，考虑如何选择。西门子S7-200系列可编程控制器简介:SIMATIC S7-200系列PLC是西门子西门子公司生产的一种高性能的微可编程控制器。适用于各行各业的检测、监控和控制。强大的功能使他们能够实现复杂的控制功能，无论是独立运行还是连接到网络。良好的性能，在以下几个方面:高可靠性;极其丰富的指令集;容易掌握;操作方便;丰富的内置集成功能;实时特征;良好的沟通能力;丰富的扩展模块。2 OMRON C200H 可编程控制器介绍：图2-1 欧姆龙PLC先进的、小型化的可编程控制器。欧姆龙的可编程控制器是小型化的。SYSMAC CPM1A的体积只有一个PC卡的尺寸（10点模型），大大降低了安装量，进一步节省了控制柜的空间。它不仅具有小型PLC的功能，而且还可以连接可编程终端，为生产现场创造一个新的环境。3 松下可编程控制器介绍【9】：包括FPO，FP1，FP2，FP3，FPe，FP-X等系列 图2-2 松下PLCFP-X特点:超高速处理，浮点数PID操作仅32秒，基本指令仅0.32 s，快速扫描全程序容量为32K步，可保证标注面积;I/O达到300点;通过8位密码和无上传功能，有效的保护程序:USB接口，可与计算机连接到一个简单的连接应答。FPe(晶体管输出，继电器输出)特性:面板安装控制器，电源电压24VDC，程序容量2.7K级，运行速度0.9 s。FP2, FP3, FP10sh系列(输出类型相同):最大可控制2048点(使用remote I/O)，程序容量16K, 30K step，可扩展至120K步，CUP运行最快(1ms/20步，快速启动0.1ms)。FPO系列(输出与上面相同):世界产品体积最小，扫描周期为1ms，选择点为10 - 128。4、采用三菱FX系列可编程控制器10:FX系列可编程逻辑控制器是国内外最新、最具代表性和代表性的微型PLC。R,在FX中，除了基本的指令表编程外，它还可以通过梯形编程和与机械动作过程相对应的SFC序列的顺序设计来编程，这些程序可以相互转换。在FX系列PLC中，设置了高计数计数器来中断特定输入继电器的高频脉冲，从而扩展了PLC的应用领域。它的FX2N PLC也可作为膨胀装置的硬件计数器，可以获得最高50kHz的高速脉冲。图2-3 PLC三菱FX系列 FX2N PLC图FX系列PLC基于“基本功能、高速处理、易用”的开发理念，具有数据传输与比较、算术和逻辑运算，如数据循环和移动应用指令系统。此外，还具有输入/输出刷新、中断、高速计数器比较指令、指令处理指令，如高速脉冲输出和在SFS控制、机械控制、标准动作初始化状态、封装指令等方面的功能。FX系列PLC不仅具有特殊控制中的模拟输入输出控制，而且还具有多个PID控制系统的位置控制功能。在通信方面，用PC机实现数据交换和管理是很方便的。2.2.2常用PLC介绍1的类型。PLC)根据结构，PLC分为形状和模块两种类型。根据应用情况，将两种类型划分为现场安装和控制室安装。根据PLC字长，分为1、4、8、16、32和64。从应用的角度来看，可以选择控制函数或输入和输出点的数量。积分PLC的I / O点的数量是固定的，所以用户的选择很小。它是用于小型控制系统:模块化PLC提供了各种I / O卡或者卡,所以用户可以选择和配置控制系统的I / O点更合理,功能扩展方便和灵活,它一般用于大中型控制系统。选择2。输入和输出模块输入和输出模块的选择应该考虑应用程序需求的统一。例如，对于输入模块，我们应该考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号电源和其他应用要求。对于输出模块，应该考虑输出模块的类型。该继电器的输出模块具有价格范围小、使用寿命短、响应时间长等特点，控制输出模块适用于频繁切换和低电感功率因数负载，但值格较贵，过载能力较差。输出模块有直流输出、交流输出等，提高控制水平，降低应用成本。考虑是否扩展机架或远程I / O机架等。3所示。电源的选择PLC供电，除了引进设备的同时，还应根据产品说明书的要求设计和选择PLC，一般PLC电源的设计选用22VAC电源，国内电网电压是一致的。对于重要的应用，不间断电源或调节电源应使用。如果PLC本身有可用电源，则应检查供电电源是否满足应用要求。否则，外部电源的设计应防止外部高压电源的误操作。有必要隔离输入和输出信号，也可以由简单的二极管或熔丝管隔离。4所示。记忆的选择由于计算机集成芯片技术的发展，内存的价格已经下降，为了保证应用项目的正常运行，一般需要PLC的内存容量，选择至少256个I / O来选择8K内存。当需要复杂的控制功能时，应该选择更大容量和更高级别的内存。5。冗余功能的选择控制单元的冗余。(1)重要的过程单元:CPU(包括内存)和电源应该是1B1冗余。(2)在必要的时候，我们还可以选择由PLC硬件和热备份软件组成的热备用冗余系统，2或3冗余冗余容错系统。B. I / O接口单元的冗余。(1)I / O卡冗余配置多点控制回路。(2)更加注重对I / O卡冗余配置的检测。(3)根据需要，可以选择一个重要的I / O信号，I / O接口单元为2或3。6。经济因素选择PLC时，应考虑性能和价格比率。在考虑经济时，应同时考虑应用程序的可扩展性、可操作性和投入产出比，并对其进行比较和考虑，选择比较满意的产品。输入和输出点的数量有直接的影响。每个额外的输入和输出卡需要额外的费用。当点的数量增加到一定值,相应的内存容量,架、样板等也应相应增加,所以点的数量的增加会影响CPU的选择选择,内存容量和控制功能范围,计算时应充分考虑和选择,使整个控制系统具有更合理的性能和价格的比率。2.2.3确定型号FX1N60MR图2-4 PLC三菱FX1N，总之，为控制对象，PLC控制系统与其他控制系统的比较，以便更好的成本效益，易于使用和维护；PLC主机的配置与选型、控制等功能必须能够满足被控对象的控制要求；选定PLC主机和结构必须是新一代功能强大的PLC型号。一般不选择旧型号（如果采用三菱PLC，FX系列将被选中，F1系列将不会被选中）。同时，我们也要考虑将来的过程的变化和扩展，并在满足需求的过程中留有一定的余量。确保整个控制系统的可靠性。还要考虑产品的熟悉性和编程指令的可访问性。在这里，我选择了三菱FX1N控制核心。FX系列PLC是三菱拥有的。近年来，引进了一款高性能的小型可编程控制器，逐步取代三菱公司原有的F、F1、F2系列PLC产品。一个产品FX2介绍了近几年的fx0在FX2的微型PLC介绍，近年来，许多功能和不断推出fx0s凝集在超小型机箱、FX1S，FX1N，FX2N和FX0N，fx2nc系列PLC，具有性价比高，应用广泛。它们使用了集成和模块化结构的组合，如图2-4所示。 2.2.4 FX1N所具有优越性能(基本性能)3CPU处理速度达到基本0.065us/指令。内置多达64K级的大容量RAM内存。内部软件的数量大大增加。它增强了指令的功能，并提供了209个应用指令，包括与三菱逆变器、CRC计算指令、随机数指令等通信的指令。综合行业领先功能3晶体管输出类型的基本单位是建立与3轴独立最大100 khz定位功能,和新的定位指令说:原点回归(DSZR)与狗搜索,中断单速定位(DVIT)和表设置定位(台),这使得定位控制功能更强大,也更方便使用。同时内置6个点，100kHz的高速计数功能，双相计数可实现4倍频计数。(强大的可扩展性)3增强的通信功能，其内置的编程端口可以达到115.2kbps的高速通信，并且可以同时使用最多3个通信端口(包括编程端口)。新的高速输入输出适配器、模拟输入和输出适配器和温度输入适配器，这些适配器不占用系统点，易于使用，并且可以连接到FX3U左侧的10个特殊适配器。通过使用高速输入适配器，可以通过高速输入适配器实现最高8级和最高的最高速度数。使用高速输出适配器可以实现最大4轴和最大200kHz的定位控制。继电器输出类型的基本单元也可以通过连接适配器进行定位控制。通过扩展CC-Link网络，我们可以达到384个点，包括远程I/O。可以选择一个高性能显示模块(FX3U-7DM)来显示用户定义的英语、数字和日语字符信息，最多可以显示:16个半字符(8个全角字符)x 4行。在这个模块中，我们可以监视和测试软组件，设置时钟，并在内存卡片框和内置RAM之间传输和比较程序。此外，显示模块也可以安装在控制柜的面板上。2.2.5 FX系列PLC型号的说明FX系列PLC型号的含义如下【4】：其中系列名称：如0、2、0S、1S、ON、1N、2N、2NC等单元类型：M基本单元E输入输出混合扩展单元Ex扩展输入模块EY扩展输出模块输出方式：R继电器输出S晶闸管输出T晶体管输出特殊品种：DDC电源，DC输出A1AC电源，AC（AC100120V）输入或AC输出模块H大电流输出扩展模块V立式端子排的扩展模块C接插口输入输出方式F输入滤波时间常数为1ms的扩展模块如果特殊品种一项无符号，为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出。例如FX2N32MTD表示FX2N系列，32个I/O点基本单位，晶体管输出，使用直流电源，24V直流输出型。2.3三菱FX系列的结构功能可编程控制器是一种工业控制微机，其结构原理与微机相似。硬件由微处理器、存储器和各种输入输出接口组成。系统程序和接口设备不同于微机，使其操作方法、编程语言和工作方式不同于微型计算机。PLC是继电器、定时器和计数器、A/D、D/A模拟转换装置与微处理器相结合的功能，它们之间的连接是通过软件编程实现的。本设计采用FX系列PLC作为控制核心，用于描述PLC的应用知识和操作技巧。FX系列PLC的硬件与PLC的其他类型基本相同，主体由三部分组成，PLC的基本结构如图2-5所示，有些CPU模块内部，电源系统也有单独作为一个单元，编程单元一般作为PLC外围设备。PLC采用总线结构进行数据和指令传输。图2-5 PLC的组成框图外部开关信号、模拟信号和各种传感器检测信号都是PLC的输入变量。他们通过PLC的输入终端输入PLC的输入记忆，收集并暂时存储被控对象实际运行的状态信号和数据。在PLC的操作和处理后，根据受控对象的实际操作要求，生成输出节点。输出端作为输出变量发送到输出端，执行器执行。PLC的各个部分实现了现场设备协调控制。2.3.1 PLC内部功能CPUCPU的主要作用是解释和执行用户和系统程序，通过运行用户和系统可以完成所有给定的控制、处理、通信等功能，控制整个系统的协调工作。常用的CPU是通用微处理器、单片机和双极咬。内存模块ram存储PLC内部输入、输出、信息，并存储内部继电器（软继电器）、移位寄存器、数据寄存器、定时器/计数器、累加器的工作状态等，还可以存储用户正在调试和修改的程序以及各种临时数据，如中间变量。ROM是用来存储系统程序的。主要用于存储PLC操作系统和监控程序。如果用户程序被完全调整，程序也可以在EPROM固化。电擦除只读存储器EEPROM，用于存储用户程序。输入输出模块n可编程控制器是一种工业控制计算机系统，其控制对象是工业生产过程，类似于DCS，它与工业生产过程的连接也是通过输入/输出（I/O接口模块）来实现的。I/O模块是可编程和生产过程之间的桥梁。PLC连接过程变量对信号的分类可分为开关量（即数字量）、模拟量和脉冲量，相应的输入输出模块可分为开关输入模块、模拟输入模块、模拟输出模块、脉冲输出模块。程序员编程器是PLC必不可少的外部设备。程序员通过编程语言将用户期望的功能发送到PLC的用户程序存储器。程序员不仅可以编写、读取和修改程序，还可以监控PLC的工作状态，是人机对话的用户与PLC的接口。随着PLC功能的增强，编程语言多样化，编程可以在计算机上完成。2.3.2 PLC输入输出接口的安全保护当输出端口连接电感器类型设备时，为了防止电路产生高压力对输入和输出端口造成损坏，应在电感元件两端加保护元件。对于直流电源，二极管应连接和连接，交流电路应连接到电阻电容电路。电阻电容电路的电阻为51120欧姆，电容为0.1 0.47 F。电容器的额定电压应大于电源的峰值。自由旋转二极管的1A是可选的，额定电压应该是电源电压的3倍。图2-6是输入和输出端口保护部分的示意图。图2-6 输入输出口的保护2.4 FX1N PLC梯形图中的编程元件设计选用FX1N60MR，其输入继电器（X）36点，输出继电器(Y)24点，辅助继电器(M)384点，状态继电器(S)1000点，定时器(T)256点，计数器(C)，数据寄存器(D)等。特殊辅助继电器【4】M8000运行监控（PLC运行时自动接通，停止时断开）；M8002初始脉冲（仅在PLC运行开始时接通一个扫描周期）；M8005PLC后备锂电池电压过低时接通；M801110ms时钟脉冲； M8013100ms时钟脉冲；M80121s时钟脉冲； M80141min时钟脉冲。输入信号输入信号手动SAX0下降SB7X21回原位SAX1手顺转SB8X22单步SAX2手逆转SB9X23单周期SAX3底盘顺转SB10X24连续SAX4底盘逆转SB11X25启动SB1X5夹紧SB12X26停止SB2X6松开SB13X27回原点启动SB3X7底旋转脉冲X28前限位SQ1X10输出信号后限位SQ2X11前行YA0Y0上限位SQ3X12后退YA1Y1下限位SQ4X13上升YA2Y2手顺限位SQ5X14下降YA3Y3手逆限位SQ6X15手顺转YA4Y4底盘顺限位SQ7X16手逆转YA5Y5底盘逆限位SQ8X17底顺转YA6Y6前行SB4X18底逆转YA 7Y7后退SB5X19夹紧YVY8上升SB6X20松开YVY8在手动方式时可以通过手动按钮来实现，其控制面板如下图2-7图2-7 控制面板示意图2.5 传感器系统的设计首先，机器人的传感器就像人体上的感觉器官，它可以排爆到周围的环境，然后经过综合性的测量、计算，对他的行为进行选择判断。其中，视觉是最重要的，因为，即使只有视觉的时候，也能根据看到的进行前行或是改变行为方式，但如果失去了视觉，即使其他的感觉功能都存在，也很难判断周围的环境，很难对行为方式进行判断。所以首先应选择视觉传感器。视觉传感器因为在设计过程中，为了保护好摄像设备的连接线以及防止设备被环境腐蚀等，已经设计了用舵机控制自由度的摄像云台，安装摄像头的部位可以在控制下朝向任何的方向，所以只需一个USB摄像头即可。如图所示；具体视觉参数如表图表视觉具体参数如下：传感器类型Ccd感光器传感器像素130最高分辨率(dpi) 1280*960最大帖数(FPS)30色彩位数(bit)24对焦方式/范围自动对焦摄像头压缩比5:1兼容操作系统Windows 2000/Windows XPPC接口类型USB 2.0颜色银灰色其它内置麦克风，用Rightsound技术，清晰，无回音的语音系统。为了使机器人更好地执行任务，配置了24路超声波传感器和PSD红外传感器。两种测距传感器可以互补，例如有些不反射红外的物体（像黑色塑料等）却能很好地反射超声波，反之，很多超声波传感器无法检测到的物体（像纤细的织物）很容易被红外测距传感器检测到。21第3章 软件设计3.1程序的总体结构机械手系统的总体结构如图3-1所示，它分为四个部分：公用程序、自动程序、手动程序和就地程序。包括自动程序，包括单步，连续运动，它们一起编程更简单，因为它们的工作是按照同一顺序执行的，所以它们一起编程更容易。CJ是条件跳转应用程序指令，指针标签PX是它的操作数。在一定条件下，指令将跳过CJ指令和指针标签之间的程序，并从指针标签出发以减少程序的执行时间，程序也不会同时执行。如果选择“手动”模式，它是，X1从x0，PLC执行本后，此时会跳到P0的自动程序，因为X0的常闭触点断开，所以执行“手动”程序，执行到P1，由于X1的常闭触点关闭，所以跳过回原位程序P2。如果你选择选择“回原位”模式，x0是关闭的，X1，和自动程序和手动程序不执行现场程序。如果你选择“单步”或“单循环”或“连续”模式，X0和X1全部关闭。执行自动程序后，跳过手动程序并返回就地程序。图3-1 程序总的结构图3.2各部分程序如下(1)公共项目公共项目,如图3 - 2所示,当后限位开关X11,上限开关X12,手反向限位开关连接,底部逆极限不断接触和日元的常开触点释放的操纵者,辅助继电器M0变得,表明机械手。公共程序被用来处理自动程序和手动程序的交接。当系统在手动工作时，除了初始步骤外，需要重置辅助继电器(M11-M24)，并重置连续工作状态的M1，否则系统将从自动工作模式切换到体力工作者。然后回到自动工作模式，可能会同时出现两个异常步骤，导致错误行为。当机械手在原始状态(M0),当用户程序(M8002)时,系统处于手动或返回状态(X0或X1),初始步骤的M1O将定位准备单步,同步和连续工作模式。如果M0关闭，M1O将被重置。初始步骤是不活动的步骤。该系统不能在单步、单周期、连续运行模式下运行。图3-2 公用程序（2）人工手动编程如图3-3所示，手动工作与相应的六x18 X27按键控制前进，后退，和机械手向下，顺时针旋转，一方面扭转，转向底盘，底盘反转，松开和夹紧。为确保系统的安全运行，一些必要的联锁设置在手动程序，如前进和后退之间，上升和下降，转向和手逆转，底盘转向与底盘之间的联锁逆转；向前，向后，向下，手顺，手顺时针逆转，底盘，底盘反转的极限；在限位开关X10的常开触点与控制，Y2和Y3系列向下线圈，机械手移动最远的位置，以防止在与另一个对象的位置运行碰撞的机器人；限位开关的X10通常开触点与上限开关X12常开触点串联的手的控制线圈，扭转Y4和Y5。“后限位开关X11常开触点与上限开关X12的常开触点与控制底盘的线圈和逆Y6和Y7系列。图3-3 手动程序(3)自动程序如图3-4所示，是机械手系统自动程序的功能图。由一般指令编程设计的自动程序如图3-5所示，也可以通过其他编程方式进行编程。当系统在连续工作,单周期(非单一步骤)的工作模式,X2的常闭触点连接,使M2(转换允许),连接M2的定期开放接触电路,每一步让一步,一步之间的过渡。假设选择了一个单周期操作。此时，X3是ON, X1和X2通常是闭合的，M2在，允许变换。在初始步骤中，按下启动按钮X5。在M11电路中，M1O、X5、M2的常开触点和M17的常闭触点都连接到M11上，系统进入正向进展，Y0处于开启状态，机械手在前进;当机械手达到下限开关X10时，M12转换为手，工件夹紧;工件重新定位;工件夹紧;同样的情况下，在得到电后，在2S之后，正常的时间到达，并且它通常是打开的接触连接，这样