【正文】 圖 ...................................................................................... 20 操作面板 .............................................................................................. 21 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................................................................. 21 順序功能圖 .......................................................................................... 22 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 全程序 OB1 ......................................................................................... 23 公用程序 .............................................................................................. 25 手動(dòng)程序 .............................................................................................. 26 自動(dòng)程序 .............................................................................................. 26 回原點(diǎn)程序 .......................................................................................... 32 第 4 章 系統(tǒng)程序調(diào)試 .................................................................................................. 35 控制系統(tǒng)的程序調(diào)試步驟 ............................................................................. 35 42 調(diào)試過程中注意的事項(xiàng) ................................................................................. 35 43 系統(tǒng)中調(diào)試結(jié)果 ............................................................................................. 36 第五章 結(jié)束語(yǔ) .............................................................................................................. 40 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................. 41 致謝 ........................................................................................................................ 412 九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1 章 緒 論 課題的目的和意義 機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。近年來(lái)隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手在搬運(yùn)裝配線上，通過 S7200PLC 控制機(jī)械手完成從 A 傳送帶搬運(yùn)物件至 B 傳送帶中，然后進(jìn)入下一個(gè)工作流程。國(guó)內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。 課題研究的內(nèi)容 本課題主要研究的是基于 PLC 的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。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。 機(jī)械手的應(yīng)用 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。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對(duì)于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。 機(jī)械手的應(yīng)用意義 在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下： 應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。 8090 年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是日本。在應(yīng)用專用機(jī)械九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī) 械手和組合式機(jī)械手等。為此，國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。 現(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 PLC 的組成 PLC 主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（見圖 11）。 CPU 模塊的工作電壓一般是 5V，而 PLC 外部的輸入、輸出電路的電源電壓較高，例如 DC 24V 和 AC 220V。程序被編譯后下載到 PLC，也可以講 PLC 中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。與繼電器接觸裝置和通用計(jì)算機(jī)相比， PLC 更能試用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較為惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。因此， PLC 具有極強(qiáng)的適用性，能夠很好地滿足各類型控制的需要，是目前工廠中應(yīng)用最廣的自動(dòng)化設(shè)備。外接的輸入電路斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入過程映像寄存器為 0 狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。 3）通信處理 在處理通信請(qǐng)求階段， CPU 處理從通 信接口和智能模塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，咋適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑿畔魉徒o通信請(qǐng)求方。用立即 I/O 指令讀輸入點(diǎn)的值時(shí)，相應(yīng)的輸入 過程映像寄存器的值未被更新。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。 （ 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、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。 2） PLC 控制單元。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。 對(duì)于小型自動(dòng)控制設(shè)備，氣管一般選用 8~12mm的工業(yè)膠氣管。 圖 31 二位三通電磁閥 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 圖 32 二位五通電磁閥 7）各種按鈕。上升到位后，傳送帶 B 開始運(yùn)行，同時(shí)機(jī)械手右轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)到位后，傳送帶 B 停止，此時(shí)傳送帶 A 運(yùn)行直到關(guān)電開關(guān) PS 再次檢測(cè)到物 體，才停止 …… ,如此循環(huán)。 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 為了保證機(jī)械手動(dòng)作準(zhǔn)確，機(jī)械手安裝了限位開關(guān) SQ SQ SQ SQ4，分別對(duì)機(jī)械手進(jìn)行下降、上升、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動(dòng)作的限位，并給出動(dòng)作到位的信號(hào)。 本文選擇的是德國(guó)的西門子公司生產(chǎn)的 S7–200PLC。 典型的數(shù)字量輸入 /輸 出擴(kuò)展模塊有： 輸入擴(kuò)展模塊 EM221 有兩種： 8 點(diǎn) DC 輸入、 8 點(diǎn) AC 輸入。 （ 4）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿意為止。 九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 37 圖 42 手動(dòng)程序中下降運(yùn)行 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38 圖 43 自動(dòng)程序中下降運(yùn)行 九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 39 圖 44 自動(dòng)程序中的傳送帶 A 啟動(dòng)工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 40 第五章 結(jié)束語(yǔ) 機(jī)械手的控制對(duì)于很多場(chǎng)合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其基本動(dòng)作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。由于本人能力尚未達(dá)到火候，本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手控制系統(tǒng)跟實(shí)際生產(chǎn)中的機(jī)械手控制系統(tǒng)之間還有很大差距，系統(tǒng)中也還存在很多的缺陷，還需要不斷改進(jìn)和加強(qiáng)。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，更加教會(huì)了我許多待人接物與為人處世的道理。 。 本論文是在石俊 老師悉心指導(dǎo)下完成的。 在此次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)以前的理論知識(shí)有了更加進(jìn)一步的理解與認(rèn)識(shí)，對(duì)自己的對(duì)自己的專業(yè)知識(shí)及應(yīng)用能力有了一定的提升與檢測(cè)，其中也發(fā)現(xiàn)了很多不足。 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 圖 41 plc 硬件的實(shí)物接線圖 43 系統(tǒng)中調(diào)試結(jié)果 整個(gè)系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的功能有兩項(xiàng)：自動(dòng)運(yùn)行與手動(dòng)運(yùn)行。 （ 2）設(shè)計(jì)梯形圖，這是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步，要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先十分熟悉控制要求，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。 I/O擴(kuò)展包括 I/O 點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。 本系統(tǒng)的輸入開關(guān)量為數(shù)字信號(hào)，直接連接 PLC， PLC 通過中間繼電器對(duì)電磁閥加以控制。并且要求只有機(jī)械手處于上限時(shí)才能進(jìn)行左 /右移動(dòng)，因此在左右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)用上限條件聯(lián)鎖保護(hù)。按啟動(dòng)按鈕后，傳送帶 A 運(yùn)行直到光電開關(guān) PS 檢測(cè)到物體，才停止，同時(shí)機(jī)械手下降，下降到位后機(jī)械手夾緊物件， 2S 后開始上升，而機(jī)械手保持夾緊。 兩位五通雙電控電磁閥動(dòng)作原理：給正動(dòng)作線圈通電，則正動(dòng)作氣路接通 (正動(dòng)作出氣孔有氣 )，即使給正動(dòng)作線圈斷電后正動(dòng)作氣路仍然是接通的，將會(huì)一直維持到給反動(dòng)作線圈通電為止。 在氣路 (或液路 )上來(lái)說(shuō)，兩位三通電磁閥 (見圖 31)具有 1 個(gè)進(jìn)氣孔 (接進(jìn)氣氣源 )、 1個(gè)出氣孔 (提供給目標(biāo)設(shè)備氣源 )、 1 個(gè)排氣孔 (一般安裝一個(gè)消聲器，如果不怕噪音的話也可以不裝 )。 5）光電開關(guān)。 1）機(jī)械手本 體單元。 PID 處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。 （ 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。 6）中斷程序的處理 如果在程序中使用了中斷，中斷事件發(fā)生時(shí)， cpu 停止正常的掃描工作方式，立即執(zhí)行中斷程序，中斷功能可以提高 PLC 對(duì)某些事件的響應(yīng)速度。這樣做有以下好處： 在整個(gè)程序執(zhí)行階段，各輸入點(diǎn)的狀態(tài)點(diǎn)是固定不變的，程序執(zhí)行完后再用輸出過程映像寄存器的值更新輸出點(diǎn)，使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。 在讀取輸入階段， PLC 把所有外部數(shù)字量輸入電路的 1/0 狀態(tài)讀入輸入過程影響寄存器。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語(yǔ)言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的電工和工藝知識(shí)就可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。它的主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路， I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信息調(diào)理電路；在機(jī)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震都有精確考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用