畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）機(jī)械手的PLC設(shè)計(jì)

1、安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院2011屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）目 錄摘 要3引 言41 機(jī)械手簡介51.1 概述51.2 機(jī)械手的組成51.3 機(jī)械手的分類51.4 機(jī)械手的應(yīng)用52 機(jī)械手的控制方案與選擇62.1 控制要求62.2 機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較73 plc的簡介73.1 plc的產(chǎn)生73.2 plc的定義和特點(diǎn)73.2.1 plc的定義73.2.2 plc的特點(diǎn)83.3 可編程控制器的主要性能指標(biāo)83.4 可編程控制器的分類83.5 plc系統(tǒng)的組成93.5.1 plc的硬件結(jié)構(gòu)93.5.2 plc的軟件93.6 可編程控制器的工作方式103.7 plc的編程語言103.8 fx2n系列

2、plc113.8.1 fx2n系列plc的內(nèi)部資源113.8.2 fx2n系列plc的基本順控指令1139 plc的應(yīng)用領(lǐng)域124 plc對機(jī)械手的控制134.1 plc的選型134.4.1 i/o總點(diǎn)數(shù)的確定134.4.2 i/o點(diǎn)信號(hào)性質(zhì)分析134.4.3 用戶存儲(chǔ)器容量的估算144.2 plc的梯形圖144.2.1程序的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)144.2.2 初始化程序144.2.3 手動(dòng)程序154.2.4 回原位程序154.2.5 自動(dòng)程序164.3 指令程序174.4 i/o接線圖184.5相關(guān)電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)204.5.1 系統(tǒng)調(diào)試204.5.2 程序的運(yùn)行與調(diào)試214.6 材料清單214.

3、7 不足和改進(jìn)225 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)236 致謝24參考文獻(xiàn)25摘 要機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有交流電機(jī)、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由plc輸出三路脈沖，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸變頻器，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動(dòng)開關(guān)將位置信號(hào)傳給plc主機(jī)；位置信號(hào)由接近開關(guān)反饋給plc主機(jī)，通過交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制機(jī)械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在

4、空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手 plc 變頻器 交流電機(jī)引 言在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)

5、重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。本課題擬開發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用日本三菱公司的fx2n系列plc，對機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。該裝置機(jī)械部分有滾珠絲杠、滑軌、機(jī)械抓手等；電氣方面由交流電機(jī)、變頻器、操作臺(tái)等部件組成。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。由于時(shí)間倉促和個(gè)人水平限制，我的設(shè)計(jì)存在著許多還沒來得及解決的問題，希望廣大老師、同

6、學(xué)能夠給予批評指正并予以解決。1 機(jī)械手簡介1.1 概述機(jī)械手首先是由美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出了第一臺(tái)機(jī)械手。機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。1.2 機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、

7、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個(gè)自由度。1.3 機(jī)械手的分類機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。1.4 機(jī)械手的應(yīng)用機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更

8、換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。另外，機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用不僅能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，而且還能改善熱、累等勞動(dòng)條件。2 機(jī)械手的控制方案與選擇2.1 控制要求如下圖所示為某生產(chǎn)車間中自動(dòng)化搬運(yùn)機(jī)械手，用于將左工作臺(tái)上的工件搬運(yùn)到右工作臺(tái)上。機(jī)械手的全部動(dòng)作由液壓驅(qū)動(dòng)。液壓泵由電磁閥控制，其上升/下降、左移/右移運(yùn)動(dòng)由雙線圈兩位電磁閥控制，即上升電磁閥得電時(shí)機(jī)械手上升，下降電磁閥得電時(shí)機(jī)械手下降。夾緊/放松運(yùn)動(dòng)由單線圈兩位電磁閥控制，線圈得電時(shí)機(jī)械手夾緊，斷電時(shí)機(jī)械手放松。圖2.1機(jī)械手的動(dòng)作示

9、意圖為便于控制系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)，本控制系統(tǒng)應(yīng)有手動(dòng)功能和顯示功能。當(dāng)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“手動(dòng)”位置時(shí)，按下相應(yīng)的手動(dòng)按鈕，就可實(shí)現(xiàn)上升、下降、左移、右移、夾緊、放松的手動(dòng)控制。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，將手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“自動(dòng)”位置時(shí)，進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)，手動(dòng)按鈕無效。2.2 機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中常用的控制系統(tǒng)有：傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)、plc控制系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)這三種。但從使用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性出發(fā)，本設(shè)計(jì)選用了plc。因?yàn)閺纳鲜鲈摍C(jī)械手所需完成的控制動(dòng)作分析來看，本機(jī)械手是用于各種傳感器在復(fù)雜的條件下工件的傳輸，主要?jiǎng)幼魇巧仙?、下降、左移、右移、夾緊、放松

10、和工序延時(shí)控制等，控制動(dòng)作基本上是以簡單的順序邏輯動(dòng)作為主。是屬典型的繼電邏輯順序動(dòng)作控制系統(tǒng)，這是plc最擅長的功能，而且plc具有體積小、重量輕、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、易于維護(hù)等特點(diǎn)，特別是替代繼電器控制系統(tǒng)，這更是它的優(yōu)勢。3 plc的簡介3.1 plc的產(chǎn)生 1968年美國通用汽車公司（gm）招標(biāo)要求:軟連接代替硬接線;維護(hù)方便;可靠性高于繼電器控制柜;體積小于繼電器控制柜;成本低于繼電器控制柜;有數(shù)據(jù)通訊功能;輸入115v;可在惡劣環(huán)境下工作;擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)變更要少;用戶程序存儲(chǔ)容量可擴(kuò)展到4k 。核心思想：用程序代替硬接線，輸入/輸出電平可與外部裝置直接相聯(lián)，結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)

11、展 ，這是plc的雛形。 1969年美國dec公司研制出世界上第一臺(tái)plc（pdp-14），并在gm公司汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功 。3.2 plc的定義和特點(diǎn)3.2.1 plc的定義美國電氣協(xié)會(huì)制造商協(xié)會(huì)nema和國際電工委員會(huì)iec對可編程控制器分別作了定義：可編程控制器是一種專門用于工業(yè)環(huán)境的、以開關(guān)量邏輯控制為主的自動(dòng)控制裝置。它具有存儲(chǔ)控制程序的存儲(chǔ)器，能夠按照控制程序，將輸入的開關(guān)量（或模擬量）進(jìn)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等處理后，以開關(guān)量（或模擬量）的形式輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。早期的可編程控制器，主要用于開關(guān)量邏輯控制，所以稱為可編程邏輯控制器，簡稱plc，后來隨著

12、計(jì)算機(jī)計(jì)術(shù)不斷發(fā)展，其功能已不僅限于開關(guān)邏輯控制，所以被稱之為可編程控制器pc，但這很容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)pc相混淆，因此，一般仍把plc作為可編程控制器的簡稱。3.2.2 plc的特點(diǎn)可編程控制器之所以能夠得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主要是由于它具有以下特點(diǎn)：（1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 用軟件實(shí)現(xiàn)大量的開關(guān)量邏輯運(yùn)算，克服了因繼電器觸點(diǎn)接觸不良而造成的故障；輸入采用直流低電壓，更加可靠、安全；面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，采取了濾波、屏蔽、隔離等抗干擾措施，適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。(2) 編程簡單，易于掌握 plc采用梯形圖方式編寫程序，與繼電器控制邏

13、輯的設(shè)計(jì)相似，具有直觀、簡單、容易掌握等優(yōu)點(diǎn)。（3） 功能完善，靈活方便 隨著plc技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能更加完善，不僅具有開關(guān)量邏輯控制功能和步進(jìn)、計(jì)算功能，而且還具有模擬量處理、溫度控制、位置控制、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。既可以單機(jī)使用、也可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，既可集中控制、也可分布控制或者集散控制。而且在運(yùn)行過程中，可隨時(shí)修改控制邏輯，增減系統(tǒng)的功能。（4） 體積小、質(zhì)量輕、功耗低 由于采用了單片機(jī)等集成芯片，體積小、質(zhì)量輕、機(jī)構(gòu)經(jīng)湊、功耗低。3.3 可編程控制器的主要性能指標(biāo) 可編程控制器的性能指標(biāo)有很多，主要有以下幾項(xiàng)指標(biāo)。（1）輸入/輸出點(diǎn)數(shù)(i/o) i/o點(diǎn)數(shù)是指可編程控制器外部輸入、輸出端子數(shù)

14、的總和。它標(biāo)志著可以接多少個(gè)開關(guān)按鈕和可以控制多少個(gè)負(fù)載。（2）存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是指可編程控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲(chǔ)容量。（3）掃描速度 一般以執(zhí)行1000步指令所需的時(shí)間來衡量，單位為ms/千步，也有以執(zhí)行一步指令所需來計(jì)算，單位us/步。（4）功能擴(kuò)展能力 可編程控制器除了主模板塊之外，通常都可配備一些可擴(kuò)展模塊，以適應(yīng)各種特殊功能應(yīng)用的需要。如a/d模塊、d/a模塊、位置控制模塊等。（5）指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是指一臺(tái)可編程控制器指令的總和，它是衡量可編程控制器功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。3.4 可編程控制器的分類通常plc產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進(jìn)行分類。（1）按結(jié)構(gòu)形式分類 按結(jié)構(gòu)形

15、式不同，可分為整體式和模塊式兩類。整體式的plc是將電源、cpu、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元等各個(gè)功能部件集成在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，從而具有結(jié)構(gòu)經(jīng)湊、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，許多小型plc多采用這種機(jī)構(gòu)。模塊式的plc將各個(gè)功能部件做成獨(dú)立模塊，如電源模塊、cpu模塊、i/o模塊等，然后進(jìn)行組合。（2）按控制規(guī)模分類 按控制規(guī)模大小，可分為小型、中型和大型plc三種類型。 1）小型plc。 型plc的i/o點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下，存儲(chǔ)容量在2k步以內(nèi)，其中輸入輸出點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的plc又稱為超小型或微型plc，具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及自診斷、監(jiān)控等基本功能。 2）中型plc。 中型plc的開關(guān)量i/o點(diǎn)

16、數(shù)通常在2562048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器的容量為28kb，除具有小型機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量i/o、數(shù)字計(jì)算、過程參數(shù)調(diào)節(jié)，如比例、積分、微分（pid）調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)傳送與比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、中斷控制、遠(yuǎn)程i/o及通信聯(lián)網(wǎng)功能。 3）大型plc。 大型plc也稱為高檔plc，i/o點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)容量在8k以上，其中i/o點(diǎn)數(shù)大于8192點(diǎn)的又稱為超大型plc，除具有中型機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、特殊功能函數(shù)運(yùn)算、監(jiān)視、記錄、打印等功能，以及強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制、智能控制和遠(yuǎn)程控制等功能。3.5 plc系統(tǒng)的組成plc是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自

17、動(dòng)控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)上與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相似，也是有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。3.5.1 plc的硬件結(jié)構(gòu)一套plc系統(tǒng)在硬件上由以下幾部分組成：（1） 中央處理器(cpu) 與計(jì)算機(jī)一樣，是plc的核心部件。（2） 存儲(chǔ)器 plc配有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。（3） 輸入/輸出（i/o）接口電路。（4） 電源。（5） 擴(kuò)展單元。（6） 外部設(shè)備。3.5.2 plc的軟件 plc的軟件是指plc所使用的各種程序的集合。它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（用戶軟件）組成。（1） 系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序，輸入譯碼程序及診斷程序等。（2） 用戶程序 用戶程序是用戶根據(jù)控制

18、要求，用plc的編程語言（如梯形圖）編制的應(yīng)用程序。3.6 可編程控制器的工作方式可編程控制器在進(jìn)入run狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)的地址號(hào)遞增的循序逐條執(zhí)行程序，即按循序逐條執(zhí)行程序直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始地重復(fù)進(jìn)行。第(n-1)個(gè)掃描周期輸出刷新第(n+1)個(gè)掃描周期輸入采樣第n個(gè)掃描周期輸入采樣輸出刷新用戶程序執(zhí)行可編程控制器工作的掃描過程包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。plc完成一次掃描過程所需的時(shí)間成為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關(guān)。3.7 plc

19、的編程語言plc的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用的較多，流程圖語言也在許多場合被采用。1. 梯形圖語言（1） 梯形圖從上至下編寫，每一行從左至右順序編寫。plc程序執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致。（2） 圖左、右邊垂直線稱為起始母線、終止母線。每一邏輯行必須從起始母線開始畫起，終止母線可以省略。（3） 梯形圖中的觸點(diǎn)有兩種，即動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)。（4） 梯形圖的最右端必須連接輸出元素。（5） 梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。2. 助記符語言助記符語言是plc命令的語言表達(dá)式。用梯形圖編程雖然直觀、簡便，但要求plc配置較大的顯

20、示器放可輸入圖形符號(hào)，這在有些小型機(jī)上常難以滿足，所以助記符語言也是一種較常用的一種編程方式。不同型號(hào)的plc，其助記符語言也不同，但其基本原理是相近的。編程時(shí)，一般先跟據(jù)要求編制梯形圖語言，然后再根據(jù)梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符語言。3. 順序功能圖語言順序功能圖sfc是一種描述順序控制系統(tǒng)功能的圖解表示法，主要由“步”、“轉(zhuǎn)移”及“有限線段”等元素組成，它將一個(gè)完整的控制工程分為若干個(gè)階段(狀態(tài))，各階段具有不同的動(dòng)作，階段間有一定的轉(zhuǎn)換條件，條件滿足就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，上一狀態(tài)動(dòng)作結(jié)束，下一動(dòng)作開始。3.8 fx2n系列plc3.8.1 fx2n系列plc的內(nèi)部資源各種不同型號(hào)和檔次的plc具有不同數(shù)

21、量和功能的內(nèi)部資源，但構(gòu)成plc基本特征的內(nèi)部軟元件是類似。下例為fx2n系列小型plc的內(nèi)部資源。（1） 輸入觸點(diǎn) x（2） 輸出繼電器 y（3） 內(nèi)部繼電器 m（4） 定時(shí)器 t（5） 計(jì)算器 c（6） 數(shù)據(jù)寄存器 d、v、z（7） 常數(shù)指針3.8.2 fx2n系列plc的基本順控指令1. fx2n系列可編程控制器的基本順序控制指令的助記符、功能、對應(yīng)梯形圖及可用軟元件如下表所示：39 plc的應(yīng)用領(lǐng)域目前， plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1、開關(guān)量的邏輯控制 這是plc最基

22、本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的a/d轉(zhuǎn)換及d/a轉(zhuǎn)換。plc廠家都生產(chǎn)配套的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3、運(yùn)動(dòng)控制 plc可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量i/o模塊連接位

23、置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 4、過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運(yùn)行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 5、數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算

24、、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6、通信及聯(lián)網(wǎng) plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。4 plc對機(jī)械手的控制

25、4.1 plc的選型4.4.1 i/o總點(diǎn)數(shù)的確定由i/o分配表知，輸入共18個(gè)點(diǎn),輸出共6個(gè)點(diǎn),i/o實(shí)際需24點(diǎn)。為留有今后工藝改進(jìn)與功能擴(kuò)充余地，在實(shí)際統(tǒng)計(jì)i/o點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，一般加10-20余量，再考慮plc產(chǎn)品本身規(guī)格，可取plc的i/o總點(diǎn)數(shù)為48點(diǎn)。4.4.2 i/o點(diǎn)信號(hào)性質(zhì)分析從機(jī)械手控制信號(hào)分析可知,機(jī)械手輸入是位置開關(guān)信號(hào),上/下限位開關(guān)、左/右限位開關(guān)等它們都是開關(guān)量,而輸出主要是5個(gè)電磁閥線圈,以控制機(jī)械手的左移、右移、上移、下移、夾緊、放松的氣路的通斷。4.4.3 用戶存儲(chǔ)器容量的估算(1) i/o口總點(diǎn)數(shù)為48點(diǎn)且均為開關(guān)量，以每個(gè)i/o點(diǎn)需1o個(gè)字節(jié)估算則所需存儲(chǔ)

26、器字節(jié)數(shù)為：48*10=480b(2) 定時(shí)器有兩個(gè):一個(gè)夾緊延時(shí)、一個(gè)放松延時(shí)，以每個(gè)定時(shí)器需2個(gè)字節(jié)估算則所需存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)為：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)量*2=2*2=4b共需存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)為：480+4=484b經(jīng)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)成本方面因素綜合考慮，本設(shè)計(jì)選取日本三菱公司fx2n-48mr型plc產(chǎn)品。fx2n-48mr型產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)如下：表4.4 fx2n-48mr型產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)表最大i/o 48點(diǎn)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 256個(gè)基本功能指令22條, 步進(jìn)指令2條繼電器輸出最大負(fù)載 80va/24v執(zhí)行速度（us/步） 0.8us輸入輸出響應(yīng)時(shí)間 10ms程序容量（步） 2kb輸入光電隔離數(shù)據(jù)寄存器 通

27、用： 200點(diǎn) 鎖存用： 7800點(diǎn) 輸出繼電器接點(diǎn)隔離由上表可見，fx2n-48mr型plc產(chǎn)品能滿足設(shè)計(jì)要求。4.2 plc的梯形圖4.2.1程序的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本機(jī)械手系統(tǒng)的程序是采用基本指令、初始狀態(tài)指令和步進(jìn)指令相配合的方法進(jìn)行編寫的。程序可分四大塊，分別是初始化程序、手動(dòng)程序、回原位程序和自動(dòng)程序。4.2.2 初始化程序如圖4.8.2所示，為初始化程序。他保證了機(jī)械手必須在原位才能進(jìn)入自動(dòng)工作方式。圖4.2.2 初始化程序4.2.3 手動(dòng)程序手動(dòng)程序如圖4.8.3所示。x10x15對應(yīng)機(jī)械手的上下左右移動(dòng)和夾緊的的按鈕。按下不同的按鈕，機(jī)械手執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。在左、右移動(dòng)的程序中串聯(lián)上

28、限位置開關(guān)的動(dòng)合觸點(diǎn)是為了避免機(jī)械手在較低位置移動(dòng)時(shí)碰撞到其他工件。為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，程序之間還進(jìn)行了必要的連鎖。圖4.2.3 手動(dòng)程序4.2.4 回原位程序如圖4.8.4所示為回原位程序，在系統(tǒng)處于回原位工作狀態(tài)時(shí)，只需按下回原位按鈕機(jī)械手即可自動(dòng)回到原位。圖中除初始狀態(tài)繼電器外，其他狀態(tài)繼電器應(yīng)使用回零狀態(tài)繼電器s10s19 。圖4.2.4 回原位程序4.2.5 自動(dòng)程序自動(dòng)程序如圖4.8.5所示，其中m8041和m8044都是在初始化程序中設(shè)定的，在程序運(yùn)行中不再更改。4.3 指令程序0 ld x2127 and x1753 stl s1283 ld x181 ani x1728 an

29、i x2154 set m804384 set s242 ani y429 ani y256 rst s1286 stl s243 out m804430 out y358 stl s287 out y05 ld m800031 ld x1259 ld m804188 ld x216 fnc 6032 and x1760 and m804489 set s25 x033 ani x2061 set s2091 stl s25 s2034 ani y363 stl s2092 rst y4 s2735 out y264 out y093 out t113 stl s036 stl s165 ld

30、 x16 k1714 ld x1537 ld x566 set s2196 ld t115 rst y438 set s1068 stl s2197 set s2616 ld x1440 stl s1069 set y499 stl s2617 set y441 rst y470 out t0100 out y118 ld x1142 rst y0 k17101 ld x1719 ani x1743 out y173 ld t0102 set s2720 ani y044 ld x1774 set s22104 stl s2721 out y145 set s1176 stl s22105 o

31、ut y322 ld x1047 stl s1177 out y1106 ld x2123 ani x1648 rst y178 ld x1107 out s224 ani y149 out y379 set s23109 ret25 out y050 ld x2181 stl s23110 end26 ld x1351 set s1282 out y24.4 i/o接線圖機(jī)械手控制系統(tǒng)采用的plc型號(hào)或規(guī)格是fx2n-48mr，表4-4是輸入點(diǎn)及輸出點(diǎn)的分配表。表4-5 plc輸入點(diǎn)及輸出點(diǎn)的分配表輸 入 信 號(hào)名 稱代 號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)手動(dòng)擋sax0回原位檔sax1單步檔sax2單周期檔sax

32、3連續(xù)檔sax4回原位按鈕sb9x5啟動(dòng)按鈕sb1x6停止按鈕sb2x7下降按鈕sb3x10上升按鈕sb4x11右行按鈕sb5x12左行按鈕sb6x13夾緊按鈕sb7x14松開按鈕sb8x15下限位開關(guān)sq1x16上限位開關(guān)sq2x17右限位開關(guān)sq3x20左限位開關(guān)sq4x21輸 出 信 號(hào)名 稱代 號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)下降電磁閥線圈yv1y0上升電磁閥線圈yv2y1右行電磁閥線圈yv3y2左行電磁閥線圈yv4y3松緊電磁閥線圈yv5y4圖4.4 機(jī)械手控制系統(tǒng)plc的i/o接線圖4.5相關(guān)電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)4.5.1 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開主電路的情況下，主

33、要試一試手動(dòng)控制部分的可靠性。軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開關(guān)和plc輸出端的指示燈進(jìn)行。需要模擬量信號(hào)i/o時(shí)，可用電位器和萬用表進(jìn)行。調(diào)試時(shí)，可利用上述外部設(shè)備模擬各種現(xiàn)場開關(guān)和傳感器的狀態(tài)，然后觀察plc的輸出邏輯是否正確。如果有錯(cuò)誤則修改程序后反復(fù)調(diào)試。現(xiàn)在plc的主流產(chǎn)品都可在pc上編程，并可在pc上進(jìn)行模擬調(diào)試。連機(jī)調(diào)試時(shí)，可把編制好的程序下載到現(xiàn)場的plc中。有時(shí)plc也許只有一臺(tái)，這時(shí)就要把plc安裝到控制柜相應(yīng)的位置上。調(diào)試時(shí)一定要先將主電路斷開，只對控制電路進(jìn)行連機(jī)調(diào)試。通過現(xiàn)場連機(jī)調(diào)試信號(hào)的接入常常會(huì)發(fā)現(xiàn)軟硬件中的問題，有時(shí)廠家對某些控制功能進(jìn)行改造，反復(fù)調(diào)試后，控制系

34、統(tǒng)才能交付使用。4.5.2 程序的運(yùn)行與調(diào)試a將梯形圖程序輸入計(jì)算機(jī)。b對程序進(jìn)行試運(yùn)行。（1）將轉(zhuǎn)換開關(guān)sa旋至“手動(dòng)”檔，按相應(yīng)的動(dòng)作按鈕，觀察機(jī)械手動(dòng)作情況。（2）將轉(zhuǎn)換開關(guān)sa旋至“回原位”檔，按回原位按鈕，觀察機(jī)械手是否回原位。（3）將轉(zhuǎn)換開關(guān)sa旋至“單步”檔，每按一次啟動(dòng)按鈕，觀察機(jī)械手是否向前執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作。（4）將轉(zhuǎn)換開關(guān)sa旋至“單周期”檔，每按一次啟動(dòng)按鈕，觀察機(jī)械手是否運(yùn)行一個(gè)周期就停下來。（5）將轉(zhuǎn)換開關(guān)sa旋至“連續(xù)”檔，按下啟動(dòng)按鈕，觀察機(jī)械手是否連續(xù)運(yùn)行。c記錄調(diào)試程序結(jié)果并對不足之處進(jìn)行修改。d最后再進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行，一般連續(xù)運(yùn)行72小時(shí)以上，以考核電氣及機(jī)械運(yùn)行

35、是否穩(wěn)定可靠。4.6 材料清單表4.7 系統(tǒng)所需設(shè)備、工具、材料明細(xì)表名 稱型 號(hào) 或 規(guī) 格數(shù) 量可編程控制器fx2n-48mr1臺(tái)雙線圈電磁閥vf32302只單線圈電磁閥vf31301只按鈕la10h-1h9個(gè)限位開關(guān)lx19-1114個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)lw6-51個(gè)熔斷器rc1a-30/151只連接導(dǎo)線若干4.7 不足和改進(jìn)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然參考了大量的書籍，也經(jīng)過輔導(dǎo)老師的指導(dǎo)，但我仍然深知有許多不足與需要改進(jìn)的地方。比如說在設(shè)計(jì)機(jī)械手操作面板時(shí)沒有考慮到設(shè)計(jì)相應(yīng)動(dòng)作完成的指示燈，有了指示燈操作會(huì)變得很直觀，操作會(huì)變得很方便。還有，在機(jī)械手的放松位置，最好應(yīng)安裝一個(gè)光電開關(guān)，用來檢測工件是否已脫

36、離機(jī)械手。雖然夾鉗它是通過延時(shí)1.7s來表示夾緊、松開的動(dòng)作完成的。但不排除會(huì)遇到特殊情況，很有可能1.7s后工件會(huì)因某特殊情況未能與機(jī)械手脫離，但機(jī)械手會(huì)依舊自動(dòng)執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作，造成不可估量的后果。有了光電開關(guān)就不會(huì)出現(xiàn)這種情況，整個(gè)工作流程會(huì)更加的保險(xiǎn)、安全。諸如此類不足之處應(yīng)該還有好多，希望各位指導(dǎo)老師能當(dāng)面指出為我改善本次設(shè)計(jì)。學(xué)生不勝感激。5 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)，機(jī)械手plc控制系統(tǒng)的程序，已成功地通過了模擬手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)等運(yùn)行的調(diào)試，證明本設(shè)計(jì)的硬件、軟件部分基本都能達(dá)到預(yù)期要求，能可靠地控制機(jī)械手動(dòng)作，達(dá)到機(jī)械手所要求的技術(shù)性能。系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過程也是對學(xué)習(xí)的總結(jié)過程，更是