基于PLC机械手控制系统设计

1、基于可编程控制器的机械手控制系统设计文摘：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。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是他可以通过编程完成各种预期的操作。他在结构和性能上兼有人和机器的优点，特别是在人类智力和适应性方面。机械手操作的准确性和在环境中完成操作的能力在国民经济领域有着广阔的发展空间。机械手的发展是由于它的积极作用越来越被人们所认识：第一，它可以部分取代人工操作；其次，它可以根据生产过程的要求，按照一定的程序、时间和地点，完成工件的转移和装卸。第三，它可以操作焊接和装配所需的机器和工具，从而大大改善工人的工作条件，显著提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化

2、和自动化的步伐。因此，许多国家都非常重视它，投入了大量的人力和物力来研究和应用它。特别是在高温、高压、粉尘、噪音以及放射性和污染的场合，应用更加广泛。近年来，中国也取得了快速发展，并取得了一定的成绩。它受到了机械工业的极大影响。机械手是一种多功能机器，可以自动控制和重新编程来改变。它有多个自由度，可以携带物体在不同的环境中完成工作。机械手的结构形式起初比较简单，具有很强的特异性。随着工业技术的发展，开发了一种“程控通用机械手”，可以根据程序独立控制，实现重复操作，应用范围广。它被简称为万能机械手。由于万能机械手能快速改变其工作程序，适应性强，因此被广泛应用于中小批量生产，不断改变其生产品种。一

3、、机械手介绍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。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可以通过编程完成各种预期任务。它在结构和性能上兼有人和机器的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手操作的准确性及其在各种环境下完成操作的能力在国民经济的各个领域都有着广阔的发展前景。机械手技术涉及力学、机械学、电液技术、自动控制技术、传感器技术、计算机技术等科学领域。它是一门跨学科的综合技术。1、机械手分类操纵器通常分为三类。第一种是不需要手动操作的通用机械手。它是一个独立的设备，不连接到主机。根据任务的需要，它可以编译程序来完成所需的工作。它不仅具有普通机器的物理特性，而且具

4、有一般机器和记忆智能的三元机器的特性。第二种类型需要手动操作，称为操作员。它起源于原子能和军事工业。首先，它通过操作机器来完成特定的操作。后来，它发展到使用无线电信号操作机械手探测月球、火星等。第三种是专用机械手，主要连接在自动机床或自动生产线上，用于装卸机床和转移工件。这种机械手在国外被称为“机械手”。它为主机服务，由主机驱动。除了少数，工作程序通常是固定的，所以它是特殊的。本项目需要设计的机械手模型可分为第一类，即通用机械手。在现代生产企业中，自动化程度相对较高，机械手应用广泛。通过这种设计，我们可以加深对工业机械手的理解，同时熟悉和掌握PLC技术、位置控制技术、气动技术等工业控制中常用的

5、技术根据过程要求，确定受控系统必须完成的动作，确定这些动作之间的关系以及完成这些动作的顺序。(2)分配输入输出设备，即确定哪些外围设备向可编程逻辑控制器发送信号，哪些外围设备从可编程逻辑控制器接收信号。同时，通过逐个匹配可编程逻辑控制器的输入输出点来分配输入输出。在此基础上，确定了可编程控制器的选择。(3)根据控制系统的控制要求、所选PLC的输入输出点以及高功能模块的条件，设计PLC用户程序。此时，可以使用梯形字段、助记符或流程图语言形式的用户程序。可编程逻辑控制器的用户程序按照正确的顺序体现了所需的所有功能及其相互关系。程序员或计算机可用于直接编程和编程过程中的修改。同时，可设置可编程控制器

6、的工作状态和特殊功能。(4)调试和修改设计的可编程序控制器程序，直至可编程序控制器完全实现系统所需的控制功能。(5)保存完成的程序。3、机械手工作过程：机械手在生产线上的任务是将工件从a转移到b。根据外部情况，机械手主要在空间执行以下动作：机械手下降，机械手抓住工件，机械手和工件上升，机械手和工件向右移动，机械手和工件下降，机械手放松工件，机械手上升，机械手向左移动。控制器检测上、下、左、右限位开关的开/关，以确定当前动作，并通过驱动系统的输出控制操纵器的动作。同时，要运输的工件数量由两位数的数码管显示。(1)有两种启动控制，一种通过启动开关安装在现场，另一种由组态王软件控制。在控制面板上，安

7、装了一个档位开关，可分为两个档位，即分离档和自动档。手动齿轮包括两个齿轮，即调试和返回原始位置。自动档分为三档，即单步、半自动和全自动。要求自动齿轮的操作只能在返回到原始位置的基础上进行。原位下降、夹紧、提升和右移向左移动，向上移动，放松和下降。可编程逻辑控制器简介可编程逻辑控制器(简称“可编程控制器”):它是一种由数字操作的电子系统，专门设计用于工业环境。它使用一种可编程存储器来存储程序、执行逻辑运算、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/输出来控制各种类型的机械或生产过程。PLC控制的本质是按照一定的算法进行输入输出转换，并在物理上实现这种转换。输入输

8、出转换和物理实现可以说是PLC控制的两个基本点。同时，物理实现也是PLC与普通微机的区别。它需要考虑实际控制的需要。它应该能够消除干扰信号并适应工业现场。输出应放大到工业控制水平，并可方便地用于实际控制系统。因此，可编程控制器采用典型的计算机结构，主要由微处理器、存储器、输入输出接口电路、通信接口和电源组成。可编程控制器的基本结构如下图所示：输入输出配置表总共需要12个数字输入点、一个数字输出点和七个模拟输出点。宿主模块1模块2模块3模块4CPU2262AQ2AQ2AQ2AQI0.0 Q0.0AQW0AQW4AQW8AQW12I0.1AQW2AQW6AQW10AQW14I0.2I0.3I0.4

9、I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3S7-200中CPU226的最大负载电流为1000毫安，四个EM232模块的负载电流为80毫安，满足要求。机械手搬运系统输入输出点分配表名字密码投入名字密码投入名字密码输出开始SB1X0.1自动化SB5X1.0电磁阀下降YV1Y0下限冲程SQ1X0.1单步SB6X1.1电磁阀夹紧YV2Y1行程上限SQ2X0.2排除故障SB7X1.2电磁阀上升YV3Y2右行驶限制SQ3X0.3回答SB8X1.3电磁阀右排YV4Y3左行驶极限CPU222:内置14个数字输入/输出点，可扩展至78个数字输入/输出或10个模拟输入/输出；CPU224:内置24个

10、数字输入输出点，可扩展至168个数字输入输出或35个模拟输入输出；CPU226:内置40个数字输入输出点，可扩展至248个数字输入输出或35个模拟输入输出；主机是S7-200中的CPU226，因为它可以扩展七个模块。模块1-模块4是模拟输出模块EM232。每个模块有两个输出通道。电源为220伏交流电。主机是西门子S7-200中的CPU226，因为它可以扩展七个模块。模块1-模块4是模拟输出模块EM232。每个模块有两个输出通道，可以满足需要。电源为220伏交流电。选择可编程逻辑控制器时，应考虑性能价格比。当考虑经济性时，应用程序的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素。应当同时考虑，并且应当进行

11、比较和考虑，以最终选择更令人满意的产品。投入和产出点对价格有直接影响。每次添加输入/输出卡，都必须增加一定的费用。当点数增加到一定值时，对应的内存容量、机架、主板等。也会相应增加。据估计，点数的增加将影响CPU的选择、内存容量、控制功能范围等。在计算和选择时，应充分考虑使整个控制系统具有合理的性能价格比。3.可编程控制器输入输出端子的配电接线图4.机械手的可编程控制器控制1.控制特性除了多步特性外，机械手电气控制系统还需要连续控制和手动控制。工作模式的选择可以很容易地在操作面板上显示出来。当旋钮转回到原点时，系统将自动返回左上角位置备用。当旋钮转到自动时，系统将自动完成每个操作步骤，并做圆周运

12、动。当旋钮转到手动时，每个工作步骤只能通过按下工作步骤按钮来实现。以下是设计机械手控制程序的步骤和方法。2.系统控制示意图机械手输送工件系统的示意图如图1所示。图1机器人转移示意图和操作面板3.主接线图4.操作系统操作系统包括原点返回程序、手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图3所示。原则是：将旋钮放回原点，X16打开，系统将自动返回原点，Y5驱动指示灯将点亮。如果手动放置旋钮，X6打开，其常闭触点打开，程序不跳转(CJ是跳转指令，如果CJ被驱动，跳转到指针P指示的P0)来执行手动程序。之后，由于X7常闭触点，当执行CJ指令时，跳转到P1指示的结束位置。如果旋钮置于自动位置(X6常闭和X7常

13、闭和打开)，手动程序将被跳过，自动程序将被直接执行。5.回家程序返回原始位置的过程如图4所示。S10至S12用作零返回操作元件。应注意，当S10至S19用于零返回操作时，在最终状态下自复位之前，特殊继电器M8043应设置为1。6.手动单步操作程序如图5所示。在图中，上/下、左/右运动有联锁和限位保护。7.自动操作程序自动操作状态转换如图6所示。当机械手处于原位时，按下开始X0接通，状态转移到S20，驱动下降Y0，当达到下限时，行程开关X1接通，状态转移到S21，S20自动复位。S21驱动Y1设定并延时1秒，使电磁力达到最大夹紧力。当T0接通时，状态转换到S22，驱动Y2上升。当上升到最高位时，

14、X2被接通，状态转移到S23。S23驱动Y3向右移动。移动到最右边的位置，X3开启，状态转换到S24并下降。下降到最低位置，X1打开，电磁铁放松。为了完全失去电磁力，延迟1秒。当延迟时间到达时，T1接通，并且状态转移到S26上升。最高位，X2开，状态转换到S27左移。向左移动到最左边的位置，打开X4，回到初始状态，然后写状态转换图时，应注意每个状态元素只能使用一次，但它驱动的线圈可以使用多次，但两者不能出现在连续的位置。因此，分步顺序控制编程比基本指令编程更容易，也更易读。8.机械手传送系统的梯形图如图7所示。在图中，从第0行到第27行，程序返回原位状态。从28号线到66号线，这是一个手动一步

15、操作程序。从67线到129线，自动操作程序。程序的这三个部分(也称为模块)由图3的操作系统运行。回家程序和自动操作程序。它以逐步顺序控制模式编程。在每个步骤顺序控制线的末端，RET用于结束该步骤顺序控制块。但是两者是不同的。回家计划不能自动返回到初始状态S1。自动操作程序可以自动返回初始状态S2。五、状态软件界面1.就地2.生效(上升灯和下降灯的绿色有效)3.可编程控制器与组态软件的连接组态软件与可编程控制器之间的连接使用设备目录下的数据交换设备，可编程控制器从数据交换设备中选择。在西门子S7-200系列中，可编程控制器是PPI模式。4.运行程序If(运行标志=1)如果(次数=0乘以50)向下信号=1；机械手y=机械手y 2；数字=数字1；如果(次数=50乘以70)向下信号=0；拧紧信号=1；左爪=左爪1/21 * 5；右爪=右爪-1/21 * 5；数字=数字1；如果(次数=70乘以120)拧紧信号=0；上行信