PLC控制機械手設(shè)計

1、技師論文論文題目：簡易物料搬運機械手的PLC設(shè)計論文作者：2012年4月6日14目錄摘要11引言12工藝簡介13. PLC的選型44. 分配PLC的輸入/輸出端子55. 電氣原理圖66. PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計77. 梯形圖118調(diào)試149總結(jié)與評價14參考文獻14簡易物料搬運機械手的PLC設(shè)計摘要：本設(shè)計介紹了機械手控制系統(tǒng)的工作原理和動作實現(xiàn)過程。該機械手可以工作在手動、單周期和自動連續(xù)工作方式，能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸。機械手可以解決了工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，人們由于工作的需要，經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，從而大大改善工人的勞動條

2、件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率。本設(shè)計采用三菱FN2N系列PLC作為控制機對工業(yè)機械手進行控制。并用三菱PLC設(shè)計軟件GPP進行了軟件的設(shè)計和仿真，其中自動連續(xù)工作方式用的是狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法編程。關(guān)鍵詞：機械手 PLC GPP 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法1引言機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。可編程控制器PLC，它是20世紀(jì)70年代以來，在集成電路、計算機技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于它具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點，并已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化得支柱產(chǎn)品。近年來， PLC控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)，與繼電-接觸器系統(tǒng)相比更加可靠；占

3、位空間更小；價格上與繼電-接觸器控制系統(tǒng)能形成競爭；易于在現(xiàn)場變更程序；便于使用、維護、維修；能直接推動電磁閥、接觸器與之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機構(gòu)。隨著PLC技術(shù)的廣泛應(yīng)用，基于PLC控制的機器手的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，從而使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：（1）機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。（2）在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝

4、配印制電路板，在機械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。（3）可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。（4）在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。（5）宇宙及海洋的開發(fā)。（6）軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗。2工藝簡介本課題設(shè)計的是一種簡由PLC控制的易物料搬運機械手，圖1所示為該簡易物料搬運機械手的動作執(zhí)行圖。該機械手是一個水平/垂直位移的機械設(shè)備，其操作是將工件從左工作臺搬運到右工作臺，由光耦合器VLC來檢測工作臺上有沒有工件。機械手通常位于原點，它的動作全部由氣缸驅(qū)動，而氣缸則由相應(yīng)的電磁閥控制。氣動機械手的升降和左右移動分別使用了雙線圈的電磁閥，

5、在某方向的驅(qū)動線圈失電時能保持在原位，必須驅(qū)動反方向的線圈才能反向運動。上升、下降對應(yīng)的電磁閥線圈分別是YV2、YV1，右行、左行對應(yīng)的電磁閥線圈分別是YV3、YV4，機械手的夾鉗使用單線圈電磁閥YV5，線圈通電時夾緊工件，斷電時松開工件。通過設(shè)置限位開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分別對機械手的下降、上升、右行、左行進行限位，而夾鉗不帶限位開關(guān)，它是通過延時3s來表示夾緊、松開動作的完成的。圖1機械手動作執(zhí)行圖1）工藝要求機械手開始在原點，光電耦合器VLC1檢測到A工作臺有工件，機械手開始由原點下降，下降到底時，碰到下限位開關(guān)后，停止下降并接通夾緊電磁閥夾緊工件，為保證工件可靠夾緊，在該位

6、置等待3s。夾緊后，上升電磁閥通電開始上升，上升到頂碰到上限位開關(guān)，停止上升，改向右移動，碰到右限位開關(guān)后，停止右移。為了確保安全，機械手右移到位后，必須在右工作臺上無工件時才能下降，若上次搬到右工作臺上的工件尚未移走，機械手應(yīng)自動暫停，等待。為此設(shè)置了一個光電耦合器VLC2，以檢測“無工件”信號。通過光電耦合器VLC2檢測到B工作臺無工件，機械手開始下降至碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，停止下降，同時夾緊電磁閥斷電，機械手將工件松開，放在右工作臺上，為確保可靠松開，在該位置停留3s，然后上升，碰到上限位開關(guān)后改為左移，到原點時，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，停止左移。至此，機械手搬運一個工

7、件的全過程結(jié)束。圖2 機械手工藝流程圖2) 工藝控制流程機械手整個搬運過程要求能自動連續(xù)控制。在啟動過程中能切換到手動控制，以便對設(shè)備進行調(diào)整和檢修。機械手搬運工件的一個周期可分為以下八個部分。系統(tǒng)啟動之前，機械手處于原始位置，條件是機械手在高位左位。圖3是機械手控制系統(tǒng)的工藝流程圖。(1) 機械手下降 按下啟動按鈕SB1，當(dāng)光耦合器VLC1檢測到工作臺A上有工件，機械手開始下降。下降到低位時，碰到下限位開關(guān)SQ1，機械手停止下降。(2) 夾緊工件 機械手停止下降后，開始夾緊工件，為保證工件可靠夾緊，在該位置等待3s。(3) 機械手上升 機械手上升到高位時，碰到上限位開關(guān)SQ2，停止上升。(4

8、) 機械手右移 機械手右移到位時，碰到右限位開關(guān)SQ3，停止右移。(5) 機械手下降 當(dāng)光耦合器VLC2檢測到工作臺B上無工件，機械手開始下降。當(dāng)機械手下降到低位，碰到下限位開關(guān)SQ1，機械手停止下降。(6) 放開工件 機械手停止下降機后，開始放松工件，為確保可靠松開，在該位置停留3s。(7) 機械手上升 機械手上升到高位時，碰到上限位開關(guān)SQ2，停止上升。(8) 機械手左移 機械手在高位開始左移，碰到左限位開關(guān)SQ4，停止左移。機械手工作的一個周期完成，等待工件在工作臺A上出現(xiàn)，再開始下一個工作循環(huán)。零點（2）夾緊Y4 ON（6）放松Y4 OFFX13下限位（1）下降Y0（3）上升Y1（5）

9、下降Y0（7）上升Y1X13下限位（4） 右移 Y2（8） 左移 Y3X14上限位X14上限位X16左移限位X15右移限位X17 無工件檢測X0啟動圖3 機械手工藝流程圖3）工作方式為了滿足生產(chǎn)要求，機械手電氣控制系統(tǒng)，設(shè)置了回原點，手動工作方式和自動工作方式，而自動工作方式又分為單周期和連續(xù)工作方式，等四種工作形式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。（1）回原點工作方式：當(dāng)旋鈕打向回原點時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。（2）手動工作方式：當(dāng)旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕，才能實現(xiàn)相應(yīng)的動作。例如，按下“下降”按鈕，機械手下降；按下“上升”按鈕，機械手上升。手動操作

10、可用于調(diào)整機械手位置和緊急停車后機械手返回原點。（3）單周期工作方式：按下啟動按鈕，機械手按工序自動完成一個周期的動作，返回原點后停止工作。（4）連續(xù)工作方式：當(dāng)旋鈕打向連續(xù)工作時，按下啟動按鈕，機械手從原點開始，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作，直到按下停止按鈕，機械手才會最后運行到原位并停下。在連續(xù)工作方式下設(shè)置兩種停車狀態(tài)：正常停車：在正常工作狀態(tài)下停車。按下正常停車按鈕，機械手在完成最后一個周期的工作后，返回原點自動停車。緊急停車：在發(fā)生事故或緊急狀態(tài)時停車。按下緊急停車按鈕，機械手停止在當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)故障排除后，需手動回到原點。操作面板急停左移X11上升X7放松X5啟動X0右移X12

11、下降X10夾緊X6停止X1電源原點指示燈回原點X2手動X4單周期自動X3X21X20圖4 機械手操作面板圖3. PLC的選型1）輸入信號位置檢測信號：下限限位SQ1、上限限位SQ2、右限限位SQ3、左限限位SQ4共4個行程開關(guān)，需要4個輸入端子。“A、B工作臺有無工件檢測”信號：用光電光電耦合器VLC1作為A工作臺作檢測元件，VLC2作為B工作臺作檢測元件，需要2個端子?！肮ぷ鞣绞健边x擇開關(guān)：有回原點、手動、單周期和連續(xù)4種工作方式，用的是四檔位旋轉(zhuǎn)按鈕，也需要4個輸入端子。手動操作：需要有下降、上升、右移、左移、加緊、放松6個按鈕，且全為常開按鈕，也需要6個輸入端子。自動工作：尚需啟動、正常

12、停車、緊急停車3個按鈕，且全為常開按鈕，也需要3個輸入端子。其中手動操作中用到的啟動，正常停止和緊急停車這3三個按鈕和自動工作中的啟動，正常停止和緊急停車為相同按鈕。以上共需要19個輸入信號，且均為開關(guān)量。2）輸出信號氣動機械手的升降和左右移動分別使用了雙線圈的電磁閥，在某方向的驅(qū)動線圈失電時能保持在原位，必須驅(qū)動反方向的線圈才能反向運動。上升、下降對應(yīng)的電磁閥線圈分別是YV2、YV1，右行、左行對應(yīng)的電磁閥線圈分別是YV3、YV4。機械手的夾鉗使用單線圈電磁閥YV5，線圈通電時夾緊工件，斷電時松開工件。，共需要5個輸出點。機械手從原點開始工作，需要一個原點指示燈，也需要1個輸出點。所以，至少

13、需要6個輸出點。由于機械手的控制屬于開關(guān)量控制，在功能上未提出特殊要求。因此任何型號的小型PLC均可滿足要求。根據(jù)所需的I/O總點數(shù)并留有一定的備用量，本設(shè)計選用FX2N-48RM，其輸入和輸出各24點，繼電器輸出型，完全能滿足控制要求。4. 分配PLC的輸入/輸出端子PLC的輸入輸出端子分配如表1所示。表1 機械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點分配表輸入信號名稱功能編號SB1啟動X0SB2停止X1SB3手動操作X2SB4自動連續(xù)操作X3SB5回原點X4SB6夾緊X5SB7放松X6SB8單步上升X7SB9單步下降X10SB10單步左移X11SB11單步右移X12SQ1下限行程限位X13SQ2上限行程限位

14、X14SQ3右限行程限位X15SQ4左限行程限位X16VLC2B點工件檢測光電耦合器X17SB12急停X20SB13單周期X21VLC1A點工件檢測光電耦合器X22輸出信號名稱功能編號YV1電磁閥下降線圈Y0YV2電磁閥下降線圈Y1YV3電磁閥下降線圈Y2YV4電磁閥下降線圈Y3YV5電磁閥下降線圈Y4EL原點指示燈Y5輔助元件編號功能T0夾緊定時器，定時3ST1放松定時器，定時3SM0啟動輔助繼電器M1自動連續(xù)操作輔助繼電器S1回原位狀態(tài)繼電器初始狀態(tài)S2自動操作狀態(tài)繼電器初始狀態(tài)5. 電氣原理圖根據(jù)以上控制要求畫出PLC的輸入輸出端子電氣原理圖圖5 機械手PLC接線電氣原理圖6. PLC控

15、制系統(tǒng)程序設(shè)計機械手PLC控制程序，包括回原點程序，手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖6所示。為了方便編程，可將手動和自動程序分別編出相對獨立的程序段，用跳轉(zhuǎn)指令進行選擇，控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)框圖，如圖5-3所示。選擇回原點方式，X4接通，系統(tǒng)自動回原點，Y5驅(qū)動指示燈亮。選擇手動方式，把旋鈕置于手動，則X2接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)，執(zhí)行手動程序。CJ為一跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動，則跳到P0處，跳過手動方式，不執(zhí)行手動程序。單同期操作和自動操作為同一程序，通過X3和X21來區(qū)分是自動連續(xù)操作還是單周期操作，X3為自動連續(xù)操作，X21為單周期操作，當(dāng)這兩種工作方式都不選，通過一跳轉(zhuǎn)指令跳

16、轉(zhuǎn)到P1處，當(dāng)選中這兩種工作方式中的一種就不跳轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行自動程序?；卦c程序X4X14Y5X16Y4X2CJP0手動操作程序自動連續(xù)操作程序ENDCJP1X3X21X0圖6 機械手操作系統(tǒng)程序1）回原位程序回原位程序采用了狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法，也叫順序功能圖SFC法編程，回原位狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖7所示。一開始用M8002讓S1閉合，使PLC上電機械手能夠進入回原位程序，用S1作為回原位狀態(tài)繼電器初始狀態(tài)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)打在回原位檔，機械手放松，并開始上升和左移，使實現(xiàn)自動回原位操作。用S10S12作為回原位操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用S10S12作回原位操作時，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。M

17、8043被定義為在原點回歸模式的結(jié)束狀態(tài)時動作。S1S10S11S12X16X14RST放松Y1上升結(jié)束左移限位X16Y4左移M8002RSTY0下降復(fù)位RST右移復(fù)位Y2Y3SET回原點結(jié)束M8043RSTS12圖7、回原位狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖2）手動程序手動操作不需要按工序順序進行動作，所以可按普通繼電器程序來設(shè)計。手動操作的梯形圖，如圖8所示，這是一個典型的點動程序，用M0作為啟動輔助繼電器，為下面的點動做準(zhǔn)備，手動按鈕SB6-SB11分別控制夾緊、放松、上升、下降、左移和右移各個動作。為了保證系統(tǒng)的的安全與進行，設(shè)置了按鈕和輸出的軟件聯(lián)鎖。其中在左、右移動的電路中加入X14作上限連鎖，這是因為機

18、械手只有處于上限位置時，才允許左、右移動。啟動輔助繼電器，下面的點動做準(zhǔn)備圖8 手動操作程序3）自動操作程序自動操作程序用的是狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法，也叫順序功能圖SFC法編程，自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖9所示。S2作為自動操作狀態(tài)繼電器初始狀態(tài)，S20S27作為自動操作狀態(tài)繼電器。當(dāng)機械手處于原位時，按啟動按鈕SB1，X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，并通過光電耦和器VLC1檢測A工作臺上是否有工件，有工件X22閉合，則驅(qū)動電磁閥下降線圈Y0，使機械手下降，當(dāng)?shù)竭_下限位，使下限位行程開關(guān)X13接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動復(fù)位。S21驅(qū)動電磁閥夾緊線圈Y4置位，使機械手夾緊，并通過定時器T0延時3秒，以使電

19、磁力達到最大夾緊力。當(dāng)定時器T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動電磁閥上升線圈Y1，使機械手上升，當(dāng)上升到達最高位，上限位行程開關(guān)X14接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動電磁閥右移線圈Y2，使機械手右移；移到最右位，右限位行程開關(guān)X15接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24，并通過光電耦和器VLC2檢測B工作臺上是否有工件，無工件X17不斷開，則驅(qū)動電磁閥下降線圈Y0，使機械手下降，當(dāng)?shù)竭_下限位使行程開關(guān)X13接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S25；S25驅(qū)動電磁閥夾緊線圈Y4清零，使機械手放松，并通過定時器T1延時3秒，使電磁力完全失掉。延時時間到，定時器T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26，驅(qū)動電磁閥上升線圈Y1，使機械手上升，當(dāng)上升

20、到達最高位，上限位行程開關(guān)X14接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27。S23驅(qū)動電磁閥左移線圈Y3，使機械手左移；移到最左位，左限位行程開關(guān)X16接通，返回到狀態(tài)S20。，再開始第二次循環(huán)動作。在運行中，如按正常停車按鈕SB2，則X1斷開，無法返回到狀態(tài)S20，機械手的動作繼續(xù)執(zhí)行完一個周期后，回到初始狀態(tài)。如按緊急停車按鈕，則X20接通，狀態(tài)S2到S27全部復(fù)位，機械手工作停止。重新啟動時，先用手動操作來將機械手移回原點，才能再次進行自動操作。S2S20S21S22S23S24S25S26S27下降限位狀態(tài)轉(zhuǎn)移開始原點位置條件Y0X13SET夾緊下降T0 K30T0Y1上升上升限位X14Y2右移右移限位X15Y0下降下降限位X13Y4RST放松T1 K30Y4T1Y1上升上升限位X14左移限位X16自動方式初始狀態(tài)X22 A點工件檢測X17 B點工件檢測圖9 自動連續(xù)操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖7.梯形圖如下圖所示。圖中從第0行到第38行為回原位狀態(tài)程序。從第39行到第81行，為手動單步操作程序。從第88行到第138行為自動操作程序。單同期操作和自動操作為同一程序，通過X3和X21來區(qū)分是自動連續(xù)操作還是單周期操作，X3為自動連續(xù)操作，X21為單周期操作，當(dāng)這兩種工作方式都不選，通過一跳轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)到P1處，當(dāng)選中這兩種工作方式中的一種就不跳轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行自動程