【正文】 圖 42 PLC 運(yùn)行框圖 電源 ON 內(nèi)部處 理 輸入處理 (輸入傳送 \遠(yuǎn)程 I/O) 通信服務(wù) (外設(shè)、 CPU、總線服務(wù) ) 更新時(shí)鐘、特殊寄存器 執(zhí)行程序 執(zhí)行自診斷 存放自診斷錯(cuò)誤結(jié)果 CPU 強(qiáng)制為 STOP RUN STOP Y N N Y 輸出處理 致命錯(cuò)誤 PLC 正常否 CPU 運(yùn)行方式 23 本系統(tǒng)的控制方案 為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料機(jī)械手的自動(dòng)控制，本系統(tǒng)采用 PLC 做控制器。本系統(tǒng)的輸入開關(guān)量為數(shù)字信號(hào)，直接連接 PLC， PLC 通過中間繼電器對電磁閥加 以控制。系統(tǒng)框圖如圖下所示 。 圖 43 系統(tǒng)框圖 輸入 /輸出信號(hào) 本控制系統(tǒng)有 11 個(gè)輸入開關(guān)量，分別為： 系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕 1個(gè) 負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)； 系統(tǒng)停止按鈕 1個(gè) 負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的停止； 選擇按鈕 1個(gè) 負(fù)責(zé)機(jī)械手自動(dòng)控制和檢測的切換； 機(jī)械手的啟動(dòng)按鈕 1個(gè) 負(fù)責(zé)檢測時(shí)每個(gè)機(jī)械手的啟動(dòng)； 機(jī)械手的停止按鈕 1個(gè) 負(fù)責(zé)檢測時(shí)每個(gè)機(jī)械手的停 止； 物品檢測開關(guān) 1個(gè) 負(fù)責(zé)檢測工作臺(tái)上是否有物品； 下降限位開關(guān) 1個(gè) 負(fù)責(zé)檢測機(jī)械手到達(dá)最低位置； 夾放檢測開關(guān) 1個(gè) 負(fù)責(zé)機(jī)械手夾放物品的檢測； 上升限位開關(guān) 1個(gè) 負(fù)責(zé)檢測機(jī)械手到達(dá)最高位置； 右旋限位開關(guān) 1個(gè) 負(fù)責(zé)檢測機(jī)械手是否右旋轉(zhuǎn) 180176。； 左旋限位開關(guān) 1個(gè) 負(fù)責(zé)檢測機(jī)械手是否左旋轉(zhuǎn) 180176。； 建立輸入信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表 。 右旋限位開關(guān) 停止按鈕 啟動(dòng)按鈕 物品檢測開關(guān) 下降限位開關(guān) 夾放檢測開關(guān) 上升限位開關(guān) 左旋限位開關(guān) P L C 上升電磁閥 夾放電磁閥 右旋電磁閥 左旋電磁閥 選擇按鈕 下降電磁閥 繼電器 繼電器 繼電器 繼電器 繼電器 24 表 輸入信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表 序號(hào) 名稱 電氣符號(hào) 1 總啟動(dòng)按鈕 SB1 2 總停止按鈕 SB2 3 自動(dòng) /手動(dòng)選擇按鈕 SB3 4 機(jī)械手啟動(dòng)按鈕 SB4 5 機(jī)械手停止按鈕 SB5 6 工作臺(tái)物品檢測開關(guān) SQ1 7 機(jī)械手下降限位開關(guān) SQ2 8 機(jī)械手夾緊檢測開關(guān) SQ3 9 機(jī)械手上升限位開關(guān) SQ4 10 機(jī)械手左旋限位開關(guān) SQ5 11 機(jī)械手右旋限位開關(guān) SQ6 本控制系統(tǒng)由 5個(gè)輸出電磁閥，分別為： 機(jī)械手下降電磁閥 1個(gè) 負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的下降； 機(jī)械手夾放電磁閥 1個(gè) 負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手夾放物品； 機(jī)械手上升電磁閥 1個(gè) 負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的上升； 機(jī)械手右旋電磁閥 1個(gè) 負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的右旋； 機(jī)械手左旋電磁閥 1個(gè) 負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的左旋。 建立輸出信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表 。 表 輸出信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表 序號(hào) 名稱 電氣符號(hào) 1 機(jī)械手下降電磁閥 YV1 2 機(jī)械手夾放電磁閥 YV2 3 機(jī)械手上升電磁閥 YV3 4 機(jī)械手左旋電磁閥 YV4 5 機(jī)械手右旋電磁閥 YV5 25 PLC 的選型 目前，世界上有 200多個(gè)廠家生產(chǎn)可編程控制器產(chǎn)品，比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家主要有美國的 AB、通用（ GE）、日本的三菱（ MITSBISHI）、歐姆龍（ OMRON）、德國的西門子（ SIMENS）、法國的 TE、韓國的三星（ SUMSUNG）、 LG 等。 本文選擇的是德國的西門子公司生產(chǎn)的 S7– 200PLC。 S7– 200 系列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的一種小型 PLC，其許多功能達(dá)到大、中型 PLC 的水平，而價(jià)格卻和小型 PLC的一樣，因此它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。 本次設(shè)計(jì)中共 11 個(gè)輸入量， 共 5 個(gè)輸出量，共計(jì) 16 點(diǎn)，因此選用了 S7– 200 系列CPU224， CPU224 具有 14點(diǎn)輸入 /10 點(diǎn)輸出， I/O 點(diǎn)數(shù)共計(jì) 24 點(diǎn)，它可以有七個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，它有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力，是使用最多的 S7– 200 產(chǎn)品。 I/O 地址分配 根據(jù)機(jī)械手的輸入信號(hào)為 11個(gè)，輸出信號(hào)為 5個(gè)，建立 I/O 地址分配表。 建立輸入信號(hào)地址分配表如表 所示： 表 輸入信號(hào)地址分配表 序號(hào) 名稱 地址 1 SB1 2 SB2 3 SB3 4 SB4 5 SB5 6 SQ1 7 SQ2 8 SQ3 9 SQ4 10 SQ5 11 SQ6 建立輸出信號(hào)地址分配表如表 所示： 26 表 輸出信號(hào)地址分配表 序號(hào) 名稱 地址 1 KA1 2 KA2 3 KA3 4 KA4 5 KA5 建立通用輔助繼電器地址分配表如表 所示： 表 通用輔助繼電器地址分配表 序號(hào) 名稱 地址 1 自動(dòng)方式 2 手動(dòng)方式 3 機(jī)械手動(dòng)作中 4 系統(tǒng)停止 機(jī)械手控制程序 當(dāng) =1（上升限位開關(guān)閉合）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉合）；且 =0（上升電磁閥斷開）：且 =0（左旋電磁閥斷開），則 =1（下降電磁閥閉合）；并且 =1（輔助繼電器）。梯形圖如圖 44所示。 圖 44 梯形圖 當(dāng) =1（下降電磁閥閉合）；且 =1（右旋限位開 關(guān)閉合）；且 =1（下降限位開關(guān)閉合），則 =0（下降電磁閥斷開）并且 =1（夾放電磁閥閉合）。梯形圖如圖 45所示。 27 圖 45 梯形圖 當(dāng) =1（夾放電磁閥閉合）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉合）；且 =1（下降限位開關(guān)閉合）； =0（上升電磁閥斷開），則定時(shí)器 T53 啟動(dòng)定時(shí)。 當(dāng) 53=1（定時(shí)時(shí)間到）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉合）；且 =1（下降限位開關(guān)閉合）； =0（下降電磁閥 斷開），則 =1（上升電磁閥閉合）。梯形圖如圖 46所示。 圖 46 梯形圖 當(dāng) =1（上升電磁閥閉合）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉合）； =1（上升限位開關(guān)閉合），則 =0（上升電磁閥斷開），并且 =0（右旋電磁閥斷開），則 =1（左旋電磁閥閉合）。梯形圖如圖 47所示。 圖 47 梯形圖 當(dāng) =1（左旋電磁閥 閉 合 ）；且 =1（上升限位開關(guān)閉 合 ）；且 =1（左旋限位開關(guān)閉合），則 =0（左旋電磁閥斷開）并且 =0（上升電磁閥斷開）則 =1（下降電磁閥閉合）。梯形圖如圖 48所示。 28 圖 48 梯形圖 當(dāng) =1（下降電磁閥閉合）；且 =1（左旋限位開關(guān)閉合）；且 =1（下降限位開關(guān)閉合），則 =0（下降電磁閥斷開）并且 =0（夾放電磁閥斷開）。梯形圖如圖 49所示。 圖 49 梯形圖 當(dāng) =0（夾放電磁閥斷開）；且 =1（左旋限位開關(guān)閉合）；且 =1（下降限位開關(guān)閉合）； =0（上升電磁閥斷開），則定時(shí)器 T54 啟動(dòng)定時(shí)。 當(dāng) T54=1（定時(shí)時(shí)間到）；且 =1（左旋限位開關(guān)閉合）；且 =1（下降限位開關(guān)閉合）；=0（下降電磁閥斷開），則 =1（上升電磁閥閉合）。梯形圖如圖 410 所示。 圖 410 梯形圖 當(dāng) =1（上升電磁閥閉合）；且 =1（左旋限位開關(guān)閉合）； =1（上升限位開關(guān)閉合），則 =0（上升電磁閥斷開），并且 =0（左旋電磁閥斷開），則 =1（右旋電磁閥閉合）。梯形圖如圖 411所示。 29 圖 411 梯形圖 當(dāng) =1（右旋電磁閥閉合）；且 =1（上升限位開關(guān)閉合）；且 =1（右旋限位開關(guān)閉合），則 =0（右旋電磁閥斷開）并且 =0（輔助繼電器）。梯形圖如圖 412所示。 圖 412 梯形圖 機(jī)械手主程序 當(dāng) =1（總啟動(dòng)按鈕閉合）；且 =1（手動(dòng) /自動(dòng)按鈕閉合）；且 =0（系統(tǒng)停止輔助繼電器）， =1（機(jī)械手自動(dòng)方式輔助繼電器）。 梯形圖如圖 413 所示。 圖 413 梯形圖 30 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)結(jié)合了大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)以及課外實(shí)踐知識(shí)。主要講述了自動(dòng)上下料機(jī)器人的結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)等。分析了液壓驅(qū) 動(dòng)和機(jī)械控制 系統(tǒng) 的 特點(diǎn) ，提出了利用液壓傳動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手部、腕部、臂部的運(yùn)動(dòng)。 介紹了 PLC 的定義、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)展趨勢、基本組成、以及工作原理。用 PLC 作為控制器，優(yōu)化了機(jī)械手的控制系統(tǒng)，通過 PLC 的控制，機(jī)械手能獨(dú)立完成所需動(dòng)作并且還可以選擇自動(dòng)運(yùn)行或手動(dòng)運(yùn)行。 PLC 有較高的靈活性，當(dāng)機(jī)械手工藝流程改變時(shí)，只要對 I/O 點(diǎn)的接線稍作修改，或?qū)?I/O重新分配，在控制程序中作簡單修改，補(bǔ)充擴(kuò)展即可。經(jīng)過重新編制相應(yīng)的控制程序，就能夠比較容易的推廣到其他類似的加工情況。 經(jīng)過對相關(guān)資料的 收集到方案的選擇比較和論證，再到相關(guān)方案的分析計(jì)算 以及工程圖紙的繪制等環(huán)節(jié)的深入研究，我對所學(xué)的知識(shí)有了更深層次 的理解，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。 由于所掌握的知識(shí)有限，本次設(shè)計(jì)中肯定還有很多不足的地方和紕漏之處，懇請專家和老師指正并加以指導(dǎo) 。 31 參考文獻(xiàn) [1]付永領(lǐng) , 王巖 , 裴忠才 . 基于 CAN 總線液壓噴漆機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn) . 機(jī)床與液壓 . 2021, (6): 90~92 [2]劉劍雄 , 韓建華 . 物流自動(dòng)化搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)電系統(tǒng)研究 . 機(jī)床與液壓 . 2021, (1): 126~128 [3]王田苗 , 丑武勝 . 機(jī)電控制基礎(chǔ)理論及應(yīng)用 . 北京 : 清華大學(xué)出版社 , 2021. [4]陳鐵鳴 , 王連明 , 王黎欽 . 機(jī)械設(shè)計(jì) (修訂版 ). 哈爾濱 : 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 , 2021. [5]李建勇 . 機(jī)電一體化技術(shù) . 北京 : 科學(xué) 出版社 , 2021. [6]徐灝 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 5[M].機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021年 . [7]韓建 .工業(yè)機(jī)器人 [M].華中科技大學(xué)出版社 ,2021年 . [8]丁樹模 .液壓傳動(dòng) [M].機(jī)械工業(yè)出版社 ,1998年 [9]李杞儀，趙韓 .機(jī)械原理 [M].武漢理工大學(xué)出版社 ,2021年 . [10]成大先 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 [M].化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021年 [11] 王永華 .現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ,2021： 80102 [12] 殷洪義 . 可編程序控制器選擇設(shè)計(jì)與維護(hù) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021： 181200 [13] 張萬忠 .電器與 PLC 控制技術(shù) .北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021： 3845 [14] 高欽和 .可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例 .北京：人民郵電出版社 ,2021： 172185 [15] 張桂香 .電氣控制與 PLC 應(yīng)用 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021： 19 [16] 蔣少茵 .PLC 控制的機(jī)械手 .微機(jī)算計(jì)信息 . ： 3738