【正文】 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意 !最后我還要感謝培養(yǎng)我長 大含辛茹苦的父母，謝謝你們 ! 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 39 參考文獻 1． plc電器控制技術，漆漢宏，機械工業(yè)出版社 2021 2． PLC技術與應用，程周主，福建科學技術出版社 2021 3． 控制電氣及應用，李中年主，清華大學出版社 2021 4． 通用變頻器應用技術，劉美俊，福建科學技術出版社 2021 5． 機械制造裝備設計，馮辛安，機械工業(yè)出版社 2021 。 經(jīng)過幾個月的努力我終于完成了這篇論文， PLC 課程是我們的主要課程，自從接觸了這門課程我便對她產(chǎn)生了濃厚的興趣，所以在做畢業(yè)設計時我毅然的選擇了PLC 設計。從課題的選擇到項目的最終完成，張華老師和各位專業(yè)老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持 。 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 38 致謝 本論文是在指導老師張華及機電一體化教研室諸位老師的親切關懷和悉心指導下完成的。 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 36 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 37 梯形圖程序經(jīng)過檢驗語法錯誤以及邏輯上的可靠性后 ,編譯成指令表，以便后傳入 PLC 中。為保證系統(tǒng)安全運行，程序之間還進行必要的連鎖。按下不同的按鈕，機械手執(zhí)行相應的動作。按下停止按鈕 X7 后， M1 變?yōu)?OFF，系統(tǒng)不會立即停止，而是完成當前的工作周期后，機械手最終停止在原位。指令 ZRST 是成批復位應用指令，以防止系統(tǒng)從自動方式轉(zhuǎn)換手動方式，再返回自動方式時出現(xiàn)兩種不同的活動步。如果開始執(zhí)行用戶程序（ M8002 為圖 53 程序總的結(jié)構(gòu)圖 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 28 ON）、系統(tǒng)處于手動或回原位狀態(tài) （ X0 或 X1 為 ON），那么初始步對應的 M10 被置位，連續(xù)工作方式做好準備。如果選擇“回原位”工作方式，同樣只執(zhí)行公用程序和回原位程序，如果選擇“連續(xù)”方式，則只執(zhí)行公用程序和自動程序。如果選擇“手動”工作方式，即 X0 為ON， X1 為 OFF 則 PLC 執(zhí)行完公用程序后將跳過自動程序到 P0 處，由于 X0 動斷觸點斷開所以直接執(zhí)行“手動程序”。 CJ（ FNC00）是條件跳轉(zhuǎn)應用指令，指針標號 PX 是其操作數(shù)。 表 51 PLC 輸入 /輸出分配表 輸入信號 輸入信號 手動 SA X0 底盤逆限位 SQ6 X23 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 26 回原位 SA X1 手順限位 SQ7 X24 連續(xù) SA X2 手逆限位 SQ8 X25 回原位 SB1 X3 底旋轉(zhuǎn)脈沖 X26 啟動 SB2 X4 前行 SB12 X30 停止 SB3 X5 后退 SB13 X31 下降 SB4 X6 輸出信號 上升 SB5 X7 上升 /下降步 進電機 YA0 Y0 夾緊 SB6 X10 YA1 Y1 松開 SB7 X11 YA2 Y2 手順轉(zhuǎn) SB8 X12 前進 /后退步進電機 YA3 Y3 手逆轉(zhuǎn) SB9 X13 YA4 Y4 底盤順轉(zhuǎn) SB10 X14 YA5 Y5 底盤逆轉(zhuǎn) SB11 X15 夾緊 YA6 Y6 下限位 SQ1 X16 手順轉(zhuǎn) YA 7 Y7 上限位 SQ2 X17 手逆轉(zhuǎn) YA 8 Y10 前限位 SQ3 X20 底順轉(zhuǎn) YA 9 Y11 后限位 SQ4 X21 底逆轉(zhuǎn) YA10 Y12 底 盤順限位 SQ5 X22 在手動方式時可以通過手動按鈕來實現(xiàn)，其控制面板如下圖 52 圖 52 控制面板示意圖 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 27 程序的總體結(jié)構(gòu) 機械手系統(tǒng)的程序總體結(jié)構(gòu)如圖 53，分為公用程序、自動程序、手動程序和回原位程序等四部分。 5 軟件設計 FX1N PLC 梯形圖中的編程元件 設計選用 FX1N－ 60MR，其輸入繼電器（ X） 36 點，輸出繼電器 (Y)24 點，輔助繼電器 (M)384 點，狀態(tài)繼電器 (S)1000 點，定時器 (T)256 點，計數(shù)器 (C)，數(shù)據(jù)寄存器 (D)等。 至此，機械手的控制程序分段設計完畢?；?PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 25 圖 46 用“禁止狀態(tài)轉(zhuǎn)移”設計的單步操作梯形圖 當完成一步動作后，按下啟動按鈕， X0 接通，其常閉接點將 M8040 斷開，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一步。 在單步操作方式下，利用啟動按鈕 X0 作為單步操 作信號， X4 接通。當自動操作程序采用步進指令設計時，單步操作程序用“禁止狀態(tài)轉(zhuǎn)移”標志器 M8040 來實現(xiàn)，如圖 46 所示。重新啟動時，先用手動來將機械手移回原點，才能基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 24 再次進行自動操作。 在運行中，如按正常停車按鈕，則 X1 接通， M0 復位，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)。當下降到下限位開關時， X10 接通，又接通下一個狀態(tài) S21，接著執(zhí)行下一步動作。 1）連續(xù)及單周期操作。其中在左、右移動的電路中加入 X11 作上限連鎖，這是因為機械手只有處于上限位置時，才允許左、右移動。手動操作的梯形圖，如圖 44 所示，手動按鈕 X20X25 分別控制下 圖 42 輸入 /輸出分配接線圖 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 22 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 23 圖 43 總程序結(jié)構(gòu)框圖 圖 44 手動程序 降、上升、右移、左移、加緊和 放松各個動作。選擇手動方式時， X3接同，跳過自動程序，執(zhí)行手動程序；選擇自動工作方式時， X3 斷開，執(zhí)行自動程序。 分配 PLC的輸入 /輸出端子 PLC 的輸入輸出端子分配接線圖，如圖 42 所示。根據(jù)所需的 I/O 總點數(shù)并留有一定的備用量，可選用 FX2N48RM，其輸入和輸出各 24 點，繼電器輸出型。 由于機械手的控制屬于開關量控制，在功能上未提出特殊要求。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。以上共需要 18 個輸入信號。 手動操作：需要有下降、上升、右移、左移、加緊、放松 6 個按鈕，也需要6 個輸入端子。 “無工件檢測”信號：用光電開關作檢測元件，需要 1 個端子。當故障排除后，需手動回到原點。 緊急停車：在發(fā)生事故或緊急狀態(tài)時停車。 4） 連續(xù)工作方式：按下按鈕，機械手從原點，按步序自動反復連續(xù)工作，在連續(xù)工作方式下設置兩種停車狀態(tài)： 正常停車：在正常工作狀態(tài)下停車。 2） 單步工作方式：從原點開始，按照自動工作循環(huán)的步序，每按一次啟動按鈕，機械手完成一步動作 后自動停止。例如，按下“下降”按鈕，機械手下降；按下“上升”按鈕，機械手上升。 控制方面的要求 為了滿足生產(chǎn)要求，機械手設置了手動工作方式和自動工作方式，而自動工作方式又分為單步、單周期和連續(xù)工作方式。 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，機械手應自動暫停，等待。 分析工藝過程 機械手的初始位置停在原點，按下啟動后按扭后，機械手將下降 —— 加緊工件 —— 上升 —— 右移 —— 再下降 —— 放松工件 —— 在上升 —— 左移八個動作，完成一個工作周期。另外 PLC 的 24VDC 和 24GND 已引出到面板，供外接輸入器件（如傳感器）的工作電源用 4 機械手 PLC 控制系統(tǒng) 設計 4． 1 機械手的工藝過程 了解設備概況 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 19 機械手的結(jié)構(gòu)和各部分動作示意圖，如圖下圖所示。 電源單元 PLC 主機左邊有外接 220V/AV 的電源插座，作為 PLC 的工作電源。 24 個輸出接插件可外接其它需要控制的設備。 輸出單元 輸出單元由 24 個二極管和 24 個接插件組成，它們分別與 PLC 的 24 個輸出點相連。改變這些開關或按扭的通斷狀態(tài)，即可對主機輸入所需要的開關量。 機械手 PLC 選擇及參數(shù) 綜合上述原則機械手控制系統(tǒng) 主機為 三菱的 FX2N48MR。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。考慮經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 17 性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行 比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 3）根據(jù)需要對重要的 I/O 信號，可選用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口單元。 b． I/O 接口單元的冗余 （ 1）控制回路的多點 I/O 卡應冗余配置。 冗余功能的選擇 a．控制單元的冗余 （ 1）重要的過程單元： CPU（包括存儲器）及電源均應 1B1 冗余。 存儲器的選擇 由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求 PLC 的存儲器容量，按 256 個 I/O 點至少選 8K存