基于PLC的輸送裝置控制系統(tǒng)的設計

進入20世紀以來，我國自動化生產(chǎn)技術迅速發(fā)展，越來越多的企業(yè)開始使用自動化生產(chǎn)設備來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工勞動，提高企業(yè)自身產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。本課題提出基于輸送系統(tǒng)，在自動化生產(chǎn)線中用于物料的輸送，以三菱FX3U系列PLC控制器為控制1.2PLC國內(nèi)外研究第一臺可編程控制器PLC誕生于1969年的美國，由美國當時的數(shù)字設備公司 輯控制和計時計數(shù)。進入20世紀70年代初后，得益于微處理器的出現(xiàn)，使PLC擁有了計算機的特征，成為一種具備運算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿墓I(yè)控制裝置。到了70年代術高速發(fā)展發(fā)生在20世紀80年代初，世界各國開始大量生產(chǎn)可編程控制器應用在各個當前，世界上有超200家企業(yè)在生產(chǎn)PLC,其中主要集中在美國、歐洲、日本等地方。僅美國就有100多家生產(chǎn)PLC的企業(yè)，著名的有羅克韋爾(Rockwell)、通用電氣 (GE)、莫迪康(Emerson)等；歐洲有德國西門子(Siemens)、法國施耐德(Schneider)、品牌。但由于我國PLC技術起步較晚，國內(nèi)95%以上的市場仍然被國外品牌所占領，西門子(Siemens)、三菱電機、歐姆龍(Omron)分別以41.8%、10.4%和10.1%的占領(1)緒論。主要對本文研究意義進行了分析，調(diào)查了國內(nèi)外的PLC發(fā)展狀況，簡(2)自動輸送單元的總體設計方案。主要說明輸送單元控制系統(tǒng)的各個部分，包(3)自動輸送裝置的結(jié)構(gòu)設計。主要對輸送裝置的機械手結(jié)構(gòu)組成部分進行了研(4)自動輸送裝置的驅(qū)動設計。主要對輸送單元的驅(qū)動部分進行研究。選擇合適(5)自動輸送裝置的軟件控制設計。主要對輸送單元PLC控制程序的編程進行了(6)自動輸送裝置控制系統(tǒng)的測試，對系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)進行軟件安裝調(diào)試及第2章自動輸送單元控制系統(tǒng)總體設計方案上的轉(zhuǎn)移。經(jīng)調(diào)查分析，物料在生產(chǎn)線上需經(jīng)過4個加工單元，轉(zhuǎn)移的方式常用的有轉(zhuǎn)動和直線兩種，如圖2.1和圖2.2所示。由圖2.1可以發(fā)現(xiàn)使用轉(zhuǎn)動方式搬運，要求加工單元呈圓形分布，這種布局一旦生產(chǎn)工序較多，分布的圓形就越大，裝置的機械手臂就越長，就會導致機械手的負載直線下降。而直線的搬運方式，各單元呈一條直線排序，可以多條生產(chǎn)線并排，空間利用率高，并且擴展性好，適合當今快速發(fā)展的自動化技術。因此，本設計采用直線方式來實輸送裝置在結(jié)構(gòu)上由機械手指、機械手臂、機械手的立柱、底座等組成。在輸送過程中，上部分機械手對物料臺里的物料進行取、放，下部分底座承載機械手進行直線移動，使物料在各加工單元間流通和生產(chǎn)。對于機械手部分，抓取物料有兩種方式，如圖物料臺協(xié)鋅甘由圖2.3可知，使用水平抓取物料的方式，使機械手指對物料進行取料放料時要與物料處于同一水平，則其動作流程應有機械手臂上升、伸出，然后機械手指張開，手臂下降，手指夾緊，最后手臂上升、縮回完成取料。從而完成整個輸送流程：取料—輸送—放料。2.3自動輸送單元的驅(qū)動控制設計輸送單元要對物料實現(xiàn)搬運，就要驅(qū)動裝置給機械手動力進行動作。經(jīng)了解，現(xiàn)在主要的驅(qū)動方式有三種：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機驅(qū)動。由于機械手動作的行程短，使用液壓或氣壓驅(qū)動足以符合要求。相比于液壓，氣壓驅(qū)動是吸取自然空氣作為工作介質(zhì)，使用后直接排出，無污染，加上執(zhí)行元件元件結(jié)構(gòu)簡單，具有動作迅速、反應快，采用氣壓驅(qū)動機械手進行取料放料動作。機械手取料后，物料還需要進行輸送。分揀單轉(zhuǎn)、移動才能到達物料臺，考慮到自動化發(fā)展，機械手立柱的旋轉(zhuǎn)和底座的直線移動采用電機驅(qū)動。2.4自動輸送單元的軟件控制系統(tǒng)設計自動化生產(chǎn)用到的控制器通常有工業(yè)PC、單片機和可編程控制器(PLC)等。本自動輸送控制系統(tǒng)選擇PLC為控制核心。機械手機械手取料放料C傳感器電磁閥組由圖2.5可知，生產(chǎn)線通電開機后，PLC就會運行內(nèi)部的程序，通過接受外部傳感大腦，準確的控制輸送裝置的各個動作，使物料得以在生產(chǎn)線上逐步加工成產(chǎn)品。第3章自動輸送單元的結(jié)構(gòu)設計3.2自動輸送單元的機械結(jié)構(gòu)及動作流程圖3.1機械手結(jié)構(gòu)單元機械手臂縮回圖3.2機械手動作流程第4章自動輸送單元驅(qū)動控制設計圖4.1單線圈電磁換向閥圖4.2雙線圈電磁換向閥左線圈Y7得電時手指氣缸動作機械手指就會松開，右端線圈Y6得電就會夾緊，兩端伸縮氣缸機械平指W機核手氣起現(xiàn)代自動化生產(chǎn)領域中，企業(yè)所使用的大部分生產(chǎn)設備都要靠電機驅(qū)動。其中，步進電機和伺服電機是應用的最為廣泛的兩種電機?？紤]到機械手旋轉(zhuǎn)時受力簡單、負載較小等因素，機械手臂的旋轉(zhuǎn)就選用兩相混合式的步進電機驅(qū)動，傳動方式采用的是齒輪蝸桿傳動。動力由電機傳到蝸桿，蝸桿傳到齒輪，齒輪帶動機械手的立柱旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機械手360度旋轉(zhuǎn)的功能。如圖4.4為輸送裝置。機械手的平移運輸選用伺服電機，需要運行速度穩(wěn)定，移動精度高。直線導軌的傳動方式有同步皮帶傳動，齒條傳動和滾珠絲杠傳動等。因各個加工單元相隔距離長、經(jīng)濟成本等因素，采用同步帶傳動。動力由電機傳到同步輪，同步輪嚙合同步帶將動力傳到帶上，同步帶帶動滑動溜班，使輸送裝置在各單元往復運動。電感式接近傳感器是一種測量式控制位置偏差的電子信號發(fā)生器，該傳感器能對物圖4.5接近傳感器圖4.6磁性傳感器分為兩種：有接點磁簧管型(接點型)和無接點電晶體型(無接點型)。第5章自動輸送單元的軟件控制設計考慮PLC其他端口接入的外圍設備。隨后根據(jù)選擇的PLC型號和所確定的I/O點數(shù)分配I/O地址，設計并畫出控制系統(tǒng)的I/O連線圖。(2)PLC上的I/O點分配；(3)繪制PLC控制系統(tǒng)的端子接線圖；(4)編寫PLC軟件程序；(5)對程序進行編輯模擬測試并進行修改；考慮到本次設計的控制系統(tǒng)用到的VO點數(shù)和其他四個單元的I/O分配以及PLC控PLC控制器，主機型號FX3U-64MT。(1)系統(tǒng)配置固定又靈活，(2)編程簡單；(3)可自由選擇和豐富的品種；(4)高性能、高速運算；(5)應用于多種特殊用途；(6)外部機器通訊簡單；(7)共同的外部設備。配備有32個輸出點數(shù)和32個輸入點數(shù)。相比以往的FX2N型號其性能大幅提升，內(nèi)置RAM存儲器高達64K的容量，可以擴展最多84個I/O點數(shù)的控制。這些強大的功能配置使得三菱FX3U系統(tǒng)配置如圖5.1所示。分配，該型號的PLC控制器有32入/32出，共64個點數(shù)?，F(xiàn)在結(jié)合本裝置和其他四個輸入地址輸出地址序號地址備注序號地址備注1Y0左右原點1Y0左右脈沖2Y0右限位2Y1旋轉(zhuǎn)脈沖3Y0左限位3Y0左右方向4抓手上升到位4Y1旋轉(zhuǎn)方向5抓手伸出到位5抓手夾緊6抓手下降到位6抓手松開7抓手縮回到位7抓手伸縮8Y1旋轉(zhuǎn)原點8抓手升降9啟動停止向0位抓手升陶抓手伸縮抓手夾緊抓手編回到位城手下降到位停止按鈕啟動按鈕抓手伸出到位抓手上升到位Y11Y12Y13Y36Y37能轉(zhuǎn)脈沖左右脈沖以旋轉(zhuǎn)原點y左右原點Y左右方向圖5.2端子分配圖乘法運算指令MUL,將寄存器D2和D4的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為負儲存到D6和D8的寄存器里，配合可變速脈沖指令PLSV,使電機的正反轉(zhuǎn)拉動輸送裝置往返運動。當手動閉合軟元元件M1導通指令[PLSVD6Y000Y003],寄存器給一個上升脈沖到原點回歸指令ZRN,驅(qū)動兩個電機轉(zhuǎn)動，直到裝置平移到X003接近林M4圖5.3旋轉(zhuǎn)調(diào)試MM圖5.4直行移動調(diào)試自動定位模塊就是定位各個加工單元的準確位置，自動輸送裝置的直線移動定位功D12的脈沖數(shù)，以D2的頻率輸出到Y(jié)000端口，伺服電機轉(zhuǎn)動，驅(qū)動輸送裝置精準的達到下一加工單元的指定位置。定位完成后還會利用成批復位指令ZRST,置位機械手M圖5.5輸送裝置的直線定位M圖5.6機械手立柱的旋轉(zhuǎn)定位M陸圖5.7各加工單元位置元件M302閉合，應用單次傳送指令MOV指令MOVP將數(shù)據(jù)K0寫入D14,再閉合軟元件M81調(diào)用自動定位模塊的旋轉(zhuǎn)定位功能。定位完成后便會閉合軟元件M84,計時器T1計時2秒后軟元件T1閉合，導通應丁圖5.8自動運行模塊如圖5.9所示為取料子程序PO,圖5.10為輸出程序。當主程序調(diào)用取料子程序時，應用指令SET保持軟元件M203閉合，導通線圈Y012,使機械手上升；上升到位后，出；伸出到位后，磁性傳感器X007發(fā)出信號，應用指令RST置位軟元件M203,機械{飾1-圖5.9取料子程序PO圖5.10輸出程序0d4刮去株4II'S044d百第6章自動輸送單元在自動化生產(chǎn)平臺的調(diào)試隨著現(xiàn)在的自動化生產(chǎn)技術的不斷發(fā)展，其生產(chǎn)線設備的操作不再局限于專人員才能操作，加入的人機交互界面使得普通員工也可以完成生產(chǎn)設備的操作。自動輸送裝置的控制系統(tǒng)選用昆侖通態(tài)的人機界面TPC7062KS,它可以在使用TPC7062KS觸摸屏時需要連接有MCGS軟件的電腦，打開軟件，在工具里點擊下載配置，選擇連接運行,單擊工程下載就可以將電腦的上的組態(tài)資料下載到HMI。工程文仲壓綿()幻運行策略組態(tài)資料下載完成后，給設備通電開機，出現(xiàn)如圖6.2所示的界面。該界面有三大板塊，分別為主控菜單、自動運行和手動調(diào)試。輸送單元輸送單元振達軌道調(diào)試抓手角度調(diào)試手動自動設置位置機設置位置度自動運行度度/n度主控菜單測試分為手動測試和自動測試兩部分?？刂葡到y(tǒng)啟動后，首先測試手動模式，在人機交互界面按下輸送裝置的各個動作按鈕，包括機械手的升降、伸縮、手指松緊、旋轉(zhuǎn)和裝置的移動五個動作。觀察輸送裝置的各個動作。其次測試自動模式，在界面上調(diào)至自動模式后，按下啟動按鈕，觀察輸送裝置對物料的搬運狀態(tài)。系統(tǒng)的測試步驟為：(1)連接所有設備并將電腦上的MCGS軟件的組態(tài)資料下載到HMI;(2)使用編程軟件GXWorks2將所設計的控制程序下載到PLC;(3)開機前，檢