機(jī)械手三菱PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、論文題目：四自由度機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 四自由度機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要 隨著工業(yè)機(jī)械手的進(jìn)一步發(fā)展，其發(fā)展將更趨向于人性化、智能化并將在更加廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。本文將以四自由度工業(yè)機(jī)械手為例，采用可編程序控制器（PLC）設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng),以提高其工作的穩(wěn)定性能。關(guān)鍵詞 步進(jìn)控制、自動(dòng)控制、單周控制、狀態(tài)初始化、狀態(tài)轉(zhuǎn)換 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械手得以廣泛應(yīng)用，它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。因而對(duì)機(jī)械手的控制要求也越來(lái)越高，若用傳統(tǒng)的繼電器控制方案進(jìn)行控制，勢(shì)必造成系統(tǒng)元件多，接線(xiàn)繁雜、穩(wěn)定性差、故障率高，

2、給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)很多不便；針對(duì)這些問(wèn)題如果采用性能價(jià)格比高的可編程序控制器（PLC）設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)，可使該系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性高、故障率低、維修方便，取得良好的工作效果。本文以四自由度工業(yè)機(jī)械手為例，采用可編程序控制器（PLC）設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。效率分析 一、機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程與要求1、機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)四自由度工業(yè)機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程如圖所示，其中，1為立柱作180°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，2為沿立柱作上下移動(dòng)，3為沿水平方向作 3 4 5伸縮運(yùn)動(dòng)柱，4為手腕作180°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 5為手指的夾緊、放松運(yùn)動(dòng)。對(duì)應(yīng)每個(gè)動(dòng)作 2均裝有行程到位檢測(cè)開(kāi)關(guān)、機(jī)械手減速作緩， 1沖運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)開(kāi)關(guān)用來(lái)作為PLC控制機(jī)

3、械手動(dòng)作的輸入信號(hào)，使其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中定位準(zhǔn)確、平穩(wěn)?？刂频臍鈩?dòng)回路圖及電磁閥動(dòng)作表如圖所示。Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17上升上升緩沖+正擺+夾緊+伸出伸出緩沖正轉(zhuǎn)+放松縮進(jìn)縮進(jìn)緩沖+反轉(zhuǎn)反擺下降下降緩沖+2、機(jī)械手的控制方式（1）回原點(diǎn)控制：由操作面板上的選擇開(kāi)關(guān)選擇回原點(diǎn)，再由回原點(diǎn)按鈕進(jìn)行控制，整個(gè)過(guò)程自動(dòng)完成，并有回原點(diǎn)到位顯示。開(kāi)始（2）手動(dòng)控制：由操作面板上的選擇開(kāi)關(guān)選擇手動(dòng)，再由面板上的按鈕分別控制手動(dòng)控制機(jī)械手的十個(gè)動(dòng)作。（3）自動(dòng)控制方式，其動(dòng)作流程圖如圖所示。上升a、步進(jìn)控制：由操作面板上的選擇 正擺開(kāi)關(guān)選擇步進(jìn)控制，每按一次起動(dòng)按鈕，

4、 夾緊機(jī)械手按動(dòng)作順序，向前執(zhí)行一步動(dòng)作。 正轉(zhuǎn)b、單周控制：由操作面板上的選擇開(kāi)關(guān)選擇單周控制，機(jī)器在原位時(shí),按下伸出起動(dòng)按鈕，自動(dòng)的完成一個(gè)執(zhí)行周期的放松操作,操作完后機(jī)器又停在原位上。若在 縮進(jìn)執(zhí)行過(guò)程中，按下停止按鈕，則機(jī)器停留反轉(zhuǎn)該步工序上。再按下起動(dòng)按鈕，則又從該 步工序繼續(xù)工作，最后仍自動(dòng)地停在原位反擺上。 下降 c、自動(dòng)控制：由操作面板上的選擇開(kāi)關(guān)選擇自動(dòng)控制方式，機(jī)器在原位時(shí),按下起動(dòng)按鈕，機(jī)器就連續(xù)周期地重復(fù)進(jìn)行各步序工作。直到按下停止按鈕，機(jī)器執(zhí)行完最后一個(gè)工作周期返回原位，然后停機(jī)。二、機(jī)械手控制的PLC造型及IO分配根據(jù)機(jī)械手的控制要求，所有的輸入量均為開(kāi)關(guān)量，且輸入

5、點(diǎn)為30點(diǎn)、輸出點(diǎn)為23點(diǎn)，共計(jì)53點(diǎn)。為此，考慮預(yù)留一定的IO余量及PLC硬件資源充分利用的要求，選用性能價(jià)格比較高的FXON60MR可編程序控制器。（一）、FXON60MR性能簡(jiǎn)介FXON60MR基本單元輸入繼電器編號(hào)為X0X7，X10X17，X20X27，X30X37，X40X43，共36點(diǎn)，輸出繼電器編號(hào)為Y0Y7，Y10Y17，Y20Y27，共24點(diǎn)，內(nèi)部有輔助繼電器384點(diǎn)、保持繼電器128點(diǎn)（電池支持），256個(gè)專(zhuān)用輔助繼電器，及一些常用的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、狀態(tài)器。（二）、機(jī)械手PLC控制的PLCIO表輸入地址對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)名稱(chēng)作用輸入地址對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)名稱(chēng)作用X0SA11單一操作X21SB1

6、3下降按鈕X1SA12返回原點(diǎn)X22SQ1上升行程開(kāi)關(guān)X2SA13步進(jìn)控制X23SQ2上升緩沖檢測(cè)開(kāi)關(guān)X3SA14單周控制X24SQ3下降緩沖檢測(cè)開(kāi)關(guān)X4SA15連續(xù)控制X25SQ4下降行程開(kāi)關(guān)X5SB1返回原點(diǎn)按鈕X26SQ5正擺行程開(kāi)關(guān)X6SB2起動(dòng)按鈕X27SQ6反擺行程開(kāi)關(guān)X7SB3停止按鈕X30SQ7伸出行程開(kāi)關(guān)X10SB4正轉(zhuǎn)按鈕X31SQ8伸出緩沖檢測(cè)開(kāi)關(guān)X11SB5反轉(zhuǎn)按鈕X32SQ9縮進(jìn)緩沖檢測(cè)開(kāi)關(guān)X12SB6伸出按鈕X33SQ10縮進(jìn)行程開(kāi)關(guān)X13SB7縮進(jìn)按鈕X34SQ11正轉(zhuǎn)行程開(kāi)關(guān)X14SB8正擺按鈕X35SQ12反轉(zhuǎn)行程開(kāi)關(guān)X15SB9反擺按鈕X16SB10夾緊按鈕

7、X17SB11放松按鈕X20SB12上升按鈕輸出地址動(dòng)作元件功能作用輸出地址動(dòng)作元件功能作用Y3YA1上升Y12YA8伸出Y4YA2下降Y13YA9縮進(jìn)Y5YA3上升緩沖Y14YA10縮進(jìn)緩沖Y6YA4下降緩沖Y15YA11伸出緩沖Y7YA5正擺Y16YA12正轉(zhuǎn)Y10YA6反擺Y17YA13反轉(zhuǎn)Y11YA7夾緊Y1HL2原點(diǎn)顯示三、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一） PLC控制系統(tǒng)端口分配及接線(xiàn)圖四、PLC的程序設(shè)計(jì)（一）根據(jù)機(jī)械手的工藝要求及其控制方式，設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)軟件的流程圖。開(kāi)始初始化狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序初始化手動(dòng)Y手動(dòng)程序 N 回原點(diǎn)程序 回原點(diǎn) Y N 自動(dòng) Y 自動(dòng)程序N結(jié)束（二）根據(jù)上述系統(tǒng)軟件

8、流程圖，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)圖。通用程序 通用程序 CJP0 X0 手動(dòng)程序 CJ P1 P0 X1返回原點(diǎn)程序 CJP2 P1 X2 X3 X4 自動(dòng)程序 END P2（三）程序模塊及程序梯形圖1、狀態(tài)初始化在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，手動(dòng)程序的工作順序不需要從原位開(kāi)始，故選擇單一手動(dòng)操作時(shí)，對(duì)S0復(fù)位，而回原點(diǎn)的目的是保證自動(dòng)程序能從原點(diǎn)開(kāi)始，故對(duì)S0置位，同時(shí)為了保證在回原點(diǎn)和手動(dòng)操作誤按起動(dòng)按鈕，造成機(jī)械手出現(xiàn)誤動(dòng)作，因此在這個(gè)操作時(shí)，將中間狀態(tài)的狀態(tài)器進(jìn)行成批復(fù)位。SETS0X1X5RSTS0X0ZRSTS20S30X0X1M80022、狀態(tài)轉(zhuǎn)換起動(dòng)在自動(dòng)程序中，包括步進(jìn)、單周和連續(xù)操作三種方式

9、，為能確認(rèn)選擇三種不同的操作，設(shè)置了狀態(tài)轉(zhuǎn)換起動(dòng)電路。X4M0X7X2 （M0）X6X3X4X25X27Y11X33X35（Y25）M0為開(kāi)始轉(zhuǎn)換狀態(tài)輔助繼電器，Y25為原點(diǎn)的條件，而M0的控制正是根據(jù)自動(dòng)程序中三種不同的操作方式設(shè)計(jì)的，如：步進(jìn)、 單周控制時(shí)，只需一個(gè)起動(dòng)的信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)從原點(diǎn)起動(dòng)，并按流程圖的順序轉(zhuǎn)換，直至停止，對(duì)連續(xù)控制，則要求保證有一個(gè)連續(xù)的M0的信號(hào)，故采用X4與M0相串聯(lián)的自保持電路。3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止當(dāng)用步進(jìn)梯形指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時(shí)，特殊輔助繼電器M8040動(dòng)作，則狀態(tài)器的自動(dòng)轉(zhuǎn)換就被禁止，這樣設(shè)計(jì)的目的，是為了（1）在單周操作時(shí)，保證在按下停止按鈕時(shí)，操作停止在

10、現(xiàn)行工序，而當(dāng)按起動(dòng)按鈕時(shí)，又可以繼續(xù)工作。（2）在步進(jìn)方式時(shí)，M8040始終得電，狀態(tài)器自動(dòng)轉(zhuǎn)換被禁止，按一下起動(dòng)按鈕，在當(dāng)前狀態(tài)的工作完成的前提下，才能進(jìn)行下一狀態(tài)轉(zhuǎn)移，完成下一步工序處理。X6PLSM2X7X3M2（M8040）X2X0X1M8002M80404、回原點(diǎn)程序在選擇回原點(diǎn)的工作方式，只要按下回原點(diǎn)按鈕，則整個(gè)過(guò)程自動(dòng)完成。當(dāng)返回原點(diǎn)后設(shè)置顯示裝置，其動(dòng)作的順序?yàn)椋核砷_(kāi)縮進(jìn)反轉(zhuǎn)反擺下降結(jié)束并顯示原點(diǎn)位置。X1X5X25 （M3）M3M3 RST Y11 X33 (Y13) X32 (Y14) Y14 X33 X35 (Y17) X35 X27 (Y10) X27 (Y4) X

11、24 (Y6) Y6 5、手動(dòng)程序在有初始化程序的前提下，只要按相應(yīng)的按鈕，就可以完成相應(yīng)動(dòng)作的要求，故電路中只要設(shè)置必要的聯(lián)鎖及限位控制。X20X21 X22Y4 (Y3)X23 (Y5) Y5 X21 X20 X25 Y3 (Y4) X24 (Y6) Y6 X14 X15 X26 Y10 (Y7) X15 X14 X27 Y7 (Y10) X16 X17 SET Y11 X17 X16 RST Y11 X10 X11 X34 Y17 (Y16) X11 X10 X35 Y16 (Y17) X12 X13 X30 Y13 (Y12) X31 (Y15) Y15 X13 X12 X33 Y12

12、 (Y13) X32 (Y14) Y146、自動(dòng)程序根據(jù)動(dòng)作流程圖，采用順控步進(jìn)指令很方便就可實(shí)現(xiàn)要求，結(jié)合相應(yīng)的轉(zhuǎn)移條件，設(shè)計(jì)出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和梯形圖。 S0 M0 Y25 SET S20 STL S20 (Y3) X23 (Y5) Y5 X22 SET S21 STL S21 (Y7) X26 SET S22 STL S22 SET Y11 (T0 K50) T0 SET S23 STL S23 (Y12) X31 (Y15) Y15 X30 SET S24 STL S24 (Y16) X34 SET S25 STL S25 RST Y11 (T1 K50) T1 SET S26 STL S26 (Y13) X32 (Y14) Y14 X33 SET S27 STL S27 (Y17) X35 SET S28 STL S28 (Y10) X27 SET S29 STL S29 (Y4) X24 (Y6) Y6 X25 SET S0 RST7、將上述通用程序塊、手動(dòng)程序塊、自動(dòng)程序塊、回原點(diǎn)程序塊，按跳轉(zhuǎn)條件程序有機(jī)地連接起來(lái)，即得到四自由度機(jī)械手實(shí)現(xiàn)控制的總程