觸摸屏與PLC對機(jī)械手的控制

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：觸摸屏與plc對機(jī)械手的控制起止日期：2012年 2月21日至 2012年3月 16日指導(dǎo)教師： 吳卓峰畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求（包括日程安排和進(jìn)度）：一、任務(wù)：機(jī)械原點(diǎn)設(shè)在可動(dòng)部分左上方，即壓下左限開關(guān)和上限開關(guān)，并且工作處于放松狀態(tài)，下降、上升和左、右移動(dòng)由電磁閥驅(qū)動(dòng)汽缸來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)工件處于工作臺(tái)b上方準(zhǔn)備下放時(shí)，為確保安全，用光電開關(guān)檢測工作臺(tái)b有無工件，只在無工件時(shí)才發(fā)出下放信號。機(jī)械手工作循環(huán)為：啟動(dòng) 下降 夾緊 上升 左行 下降 放松 上升 原點(diǎn)二、要求：（1） 電氣原理圖設(shè)計(jì)，工作方式設(shè)置為自動(dòng)循環(huán)和點(diǎn)動(dòng)兩種；（2） plc梯形圖設(shè)計(jì)，工作

2、方式設(shè)置為自動(dòng)循環(huán)、點(diǎn)動(dòng)、單周循環(huán)和步進(jìn)四種；（3） 有必要的電氣保護(hù)和聯(lián)鎖；（4） 自動(dòng)循環(huán)時(shí)應(yīng)按上述順序動(dòng)作。（5） 任務(wù)上的機(jī)械手動(dòng)作圖： 三、日程安排和進(jìn)度 （1）機(jī)械手動(dòng)工作原理1 天講課 （2）氣-電工作原理 1天講課 （3）電氣原理圖設(shè)計(jì) 3 天 （4）plc梯形圖設(shè)計(jì)調(diào)試 4天 （5）寫論文 6 天 （6）論文修改 3天 （7）論文答辯 2天審查意見： 院（站）負(fù)責(zé)人： 年 月 日觸摸屏與對機(jī)械手的控制摘要在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。本課題

3、主要研究的問題是“觸摸屏與plc對機(jī)械手控制氣壓驅(qū)動(dòng)式”。日本三菱plc和觸摸屏為基礎(chǔ)，介紹plc在機(jī)械手搬運(yùn)控制中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一套可行的機(jī)械手控制系統(tǒng)，并給出了詳細(xì)的plc程序、工作流程圖、電氣設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)完成的機(jī)械手可以在空間抓、放、搬運(yùn)物體等，動(dòng)作靈活多樣。 根據(jù)要求，采用氣壓傳動(dòng)，該系統(tǒng)具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、能耗低的特點(diǎn)；電氣控制方式選用plc點(diǎn)位程序控制，該方式可靠性高、故障率低。設(shè)計(jì)中盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件及專業(yè)廠商產(chǎn)品，手臂運(yùn)動(dòng)用電磁閥控制氣缸來實(shí)現(xiàn)。手指夾緊、松開用電磁閥通放電來實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手 觸摸屏 plc 氣缸 電磁閥目 錄前言11、機(jī)械手動(dòng)作過程與要求22

4、、電氣原理22.1、循環(huán)方式32.2、點(diǎn)動(dòng)方式32.3、電氣原理圖43、操作面板設(shè)計(jì)54、plc的性能64.1、用戶i/o設(shè)備的確定64.2、fx1n60mr性能簡介65、i/o分配表76、plc控制系統(tǒng)接線圖87、步進(jìn)流程圖98、程序梯形圖109、plc設(shè)計(jì)說明129.1、點(diǎn)動(dòng)方式129.2、步進(jìn)方式129.3、單周方式139.4、循環(huán)方式1310、指令程序表1411、結(jié)束語1512、參考文獻(xiàn)16前言工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、

5、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。可編程序控制器(plc)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，plc在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工廠自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(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。 機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制

6、論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手，基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來說，我國已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ)。本課題擬開發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用

7、日本三菱公司的fx1n系列plc和觸摸屏，對機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。該裝置機(jī)械部分有滾珠絲杠、滑軌、機(jī)械抓手等；電磁閥、操作臺(tái)等部件組成。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。1、機(jī)械手動(dòng)作過程與要求啟動(dòng)前應(yīng)該注意機(jī)械手是否在原點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)機(jī)械原點(diǎn)設(shè)在最左端與最上端，即壓下左限開關(guān)和上限開關(guān)，并且工作處于放松狀態(tài)，下降、上升和左、右移動(dòng)由電磁閥驅(qū)動(dòng)汽缸來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)工件處于工作臺(tái)b上方準(zhǔn)備下放時(shí)，為確保安全，用光電開關(guān)檢測工作臺(tái)b有無工件，只在無工件時(shí)才發(fā)出下放信號。機(jī)械手工作循環(huán)為：啟動(dòng) 下降 夾緊 上升 左行 下降 放松 上升 原點(diǎn)如下圖所示：動(dòng)作要

8、求分別按圖中的序號連續(xù)下去圖中為一個(gè)將工件由a處傳送到b處的機(jī)械手，上升/下降和左移/右移的執(zhí)行用雙線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成。當(dāng)某個(gè)電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機(jī)械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動(dòng)作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。另外，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動(dòng)作，線圈斷電時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。設(shè)備裝有上、下限位和左、右限位開關(guān)1.1電磁閥氣缸的選擇與氣路原理圖：本次是采用三位五通的電磁閥氣缸來控制手臂的升降與手臂的伸縮、兩位三通的電磁閥氣缸來完成手指的夾緊與放松動(dòng)作要求，如圖所示的氣路原理圖。從圖中可以看出

9、氣路的原理，首先是通過空氣壓縮機(jī)，把空氣壓縮，因?yàn)閴嚎s之后的氣體溫度高達(dá)200攝氏度以上，所以要加有冷卻方式，在儲(chǔ)存到氣罐里，空氣過濾器很明顯就是起過濾的作用，過濾雜質(zhì)，油霧器是用來起到汽缸潤滑作用，也可以防止汽缸的腐蝕。手臂的升降與伸縮都加有氣路節(jié)流閥，節(jié)流閥可以控制通氣的大小來限制手臂動(dòng)作的速度。2、電氣原理電氣原理圖的設(shè)計(jì)包括主電路的設(shè)計(jì)，以及重要的控制部分電路的設(shè)計(jì)。2.1 電氣原理圖輸入輸出與i/o分配表。輸入設(shè)備輸出設(shè)備自動(dòng)sb3 x21回原點(diǎn)sb1x0上升km2y0光電檢測sb0x3下降km1y1左行km4y2點(diǎn)動(dòng)sb4 x20上升sb8x15右行km3y3下降sb7x11夾緊k

10、m5y4左行sb10x13原點(diǎn)信號燈hly5右行sb9x12自動(dòng)ka1夾緊sb6x14點(diǎn)動(dòng)ka2限位回原點(diǎn)ka0上限位sq2x4下限位sq1x5單周x22左限位sq4x1步進(jìn)x16右限位sq3x22.2電氣原理說明：（1） 回原點(diǎn)部分：首先按下sb1回原點(diǎn)按鈕，使ka0中間繼電器得電，ka0所有的輔助常開觸頭閉合，同時(shí)接通km2自鎖上升和km4自鎖左行，當(dāng)上升到上限時(shí)，上限位sq2常閉觸頭斷開，使km2斷電停止上升，當(dāng)左行到最左限時(shí)，左限位sq4常閉觸頭斷開，使km4斷電停止左行。這樣就完成了回原點(diǎn)的復(fù)位運(yùn)行，左限位sq4與上限位sq2常開觸頭就同時(shí)閉合，這樣就接通了原點(diǎn)信號指示燈。（2） 自

11、動(dòng)循環(huán)部分：在原點(diǎn)位置按下sb3按鈕，即中間繼電器ka1得電，其各個(gè)動(dòng)觸頭ka1閉合，使中間繼電器ka1自鎖，機(jī)械手實(shí)行自動(dòng)操作狀態(tài)。因?yàn)樵c(diǎn)位置下，限位開關(guān)sq4和sq2已經(jīng)接通，所以可以驅(qū)動(dòng)接觸器km1下降，也使km1自鎖。當(dāng)機(jī)械手下降碰到下限位開關(guān)sq1時(shí)，機(jī)械手停止下降；同時(shí)sq1常開觸頭閉合，接觸器km5得電閉合，km5動(dòng)觸頭閉合自鎖，機(jī)械手處于夾緊狀態(tài)。同時(shí)kt1通電延時(shí)線圈閉合，5s后延時(shí)閉合觸頭kt1閉合，使km2電磁閥線圈閉合自鎖，機(jī)械手上升。當(dāng)上升到上限位時(shí)，sq2常閉觸頭斷開，切斷km2使機(jī)械手停止上升，同時(shí)sq2常開觸頭閉合，使右移電磁閥km3接通自鎖，機(jī)械手向右移動(dòng)，

12、當(dāng)右移到右限位開關(guān)sq3時(shí)，是右移電磁閥斷電，停止機(jī)械手右移。然后sq3常開觸頭閉合，此時(shí)接通中間繼電器ka接通并自鎖，如果光電檢測開關(guān)sb0沒有物料時(shí)，那么sb0就會(huì)閉合同時(shí)sq3右限位也已經(jīng)閉合，那么滿足這兩個(gè)條件時(shí)機(jī)械手才可以接通km1下降運(yùn)行。km1得電自鎖使機(jī)械手下降，當(dāng)下降到下限位sq1時(shí)，sq1常閉觸頭斷開，機(jī)械手停止下降，同時(shí)km5就斷電使機(jī)械手于松開狀態(tài)，sq1常開觸頭閉合就接通通電延時(shí)線圈kt2閉合，5s后kt2閉合，接通km2自鎖上升，sq1斷開kt2斷電，當(dāng)上升到上限位時(shí)，斷開sq2切斷km2停止上升，同時(shí)上限位sq2常開閉合，接通km4左移電磁閥自鎖，當(dāng)碰到左限位sq

13、4時(shí)，斷開km4左移電磁閥和中間繼電器ka，停止左移。這樣就完成了機(jī)械手后自動(dòng)運(yùn)行過程。（3） 點(diǎn)動(dòng)控制部分：首先按下開關(guān)sb4，接通中間繼電器ka2自鎖，ka2所有常開觸頭閉合，只有ka2線圈閉合才能夠進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制。按主sb7接通km1電磁閥，機(jī)械手向下移動(dòng)，當(dāng)碰到下限位sq1時(shí)或者松開sb7按鈕時(shí)機(jī)械手停止下降。按住sb8接通km2電磁閥，機(jī)械手向上移動(dòng)，當(dāng)碰到上限位sq2或者松開sb8按鈕時(shí)機(jī)械手停止上升。按住sb9接通km3電磁閥，機(jī)械手向右移動(dòng)，當(dāng)碰到右限位sq3或者松開sb9時(shí)機(jī)械手停止右移。按住sb10接通km4電磁閥，機(jī)械手向左移動(dòng)，當(dāng)碰到左限位sq4或者松開sb10時(shí)機(jī)械手停

14、止左移。按住sb6接通km5電磁閥，機(jī)械手處于夾緊狀態(tài)，當(dāng)松開sb6時(shí)，電磁閥km5失電，機(jī)械手處于松開狀態(tài)。按下停止按鈕sb2斷開ka2所有接觸器都停止動(dòng)作。2.3 電氣原理圖：3、操作面板設(shè)計(jì)選用三菱f940g0t-swd型號黑白觸摸屏相對于普通的按鈕面板，觸摸屏有著獨(dú)特的優(yōu)勢。1. 線路簡單，沒有復(fù)雜的按鈕線路。只有輸入輸出線路。2程序簡單，操作簡單。3屏和控制系統(tǒng)都比較便宜，反應(yīng)靈敏度也很好，對外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。它可以用任何物體來觸摸,穩(wěn)定性能較好。進(jìn)入觸摸屏就可以看到畫面0，按翻頁進(jìn)入畫面1自動(dòng)控制，要進(jìn)點(diǎn)動(dòng)控制在按下一頁進(jìn)入畫面2，返回就

15、銨返回。觸摸屏f940 got swd（黑白）控制面板分布圖： 4、plc的性能1、用戶i/o設(shè)備的確定 由工作過程分析可知，本控制需設(shè)工作方式選擇占4個(gè)輸入點(diǎn)；手動(dòng)時(shí)設(shè)運(yùn)動(dòng)選擇占5個(gè)輸入點(diǎn)；行程占4個(gè)輸入點(diǎn)，有無工件檢測占1個(gè)輸入點(diǎn)；啟動(dòng)、停止占2個(gè)輸入點(diǎn)，共需16個(gè)輸入點(diǎn)。輸出設(shè)備有上升/下降、左移/右移電磁閥，占4個(gè)輸出點(diǎn)；夾緊/松開電磁閥，占1個(gè)輸出點(diǎn)；設(shè)原點(diǎn)指示燈1個(gè)，占1個(gè)輸出點(diǎn)，共需6個(gè)輸出點(diǎn)。 綜合上面分析，在i/o口方面，需16個(gè)輸入點(diǎn)；6個(gè)輸出點(diǎn)，現(xiàn)有fx1n-60mr型的plc，這種plc有30個(gè)輸入點(diǎn)，30個(gè)輸出點(diǎn)，考慮工藝流程及控制要求變動(dòng)對輸入點(diǎn)的需要，同時(shí)考慮15

16、%的余量，完全可滿足本例控制要求。可以選用。2、fx1n60mr性能簡介fx1n60mr基本單元輸入繼電器編號為x000x006，x010x17，x020x027，x030x037，x40-x43，共36點(diǎn)，輸出繼電器編號為y000y007，y10y017，y020y027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。5、plc控制系統(tǒng)接線圖6、步進(jìn)流程圖根據(jù)控制要求畫出步進(jìn)流程圖：7、程序梯形圖1、 選擇步進(jìn)操作時(shí),因x16使m8040接通.m8040為禁止轉(zhuǎn)移特殊繼電器,當(dāng)m8040=on時(shí),禁止所有狀態(tài)轉(zhuǎn)移

17、,但是按啟動(dòng),m8041得電可以使?fàn)顟B(tài)順序轉(zhuǎn)移一步.2、 選擇開關(guān)撥到單周操作時(shí),狀態(tài)繼電器s0為on,按下啟動(dòng)按鈕,完成一個(gè)周期后，由狀態(tài)s26轉(zhuǎn)移到s0，只能完成單周運(yùn)行。3、 當(dāng)選擇開關(guān)撥到連續(xù)操作時(shí)，狀態(tài)繼電器s0為on，按下啟動(dòng)按鈕，完成一個(gè)周期后，由狀態(tài)s26轉(zhuǎn)移到s20，一直連續(xù)運(yùn)行。4、 x10為停止復(fù)位按鈕，x0為回原點(diǎn)為啟動(dòng)做準(zhǔn)備。特別說明：19到34步當(dāng)plc運(yùn)行時(shí)特殊繼電器m8002瞬時(shí)接通一次，同時(shí)接通so一步步執(zhí)行下去。如果需要plc停止運(yùn)行那么按下停止按鈕x10就會(huì)復(fù)位所有的輸出，并且也可以接通so無需再次使plc斷電都可以重新執(zhí)行動(dòng)作。在39步處s0每次接通都要

18、復(fù)位s20到s26。34到39步當(dāng)按下x0時(shí)接通m0并且自鎖m0繼電器，同時(shí)接通y0和y3進(jìn)行回原點(diǎn)啟動(dòng)。在51步處當(dāng)機(jī)械手已經(jīng)回到了原點(diǎn)時(shí)，即左限位x1和上限位x4同時(shí)閉合時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕x6才有效。7.1 plc梯形圖的各個(gè)工作方式的說明：（1）點(diǎn)動(dòng)部分：57到77為點(diǎn)動(dòng)控制部分，當(dāng)按下點(diǎn)動(dòng)選擇開關(guān)x20時(shí)同時(shí)在第10步處特殊輔助繼電器m8040接通，這就禁止了s0跳到s20的狀態(tài)，就只能執(zhí)行狀態(tài)s0中的程序。按住x11控制機(jī)械手的下降當(dāng)碰到下限位開關(guān)x15就停止下降；按住x12控制機(jī)械手的右行當(dāng)碰到右限位開關(guān)x2就停止右行；按住x13控制機(jī)械手的左行當(dāng)碰到左限位開關(guān)x1就停止左行，x14

19、控制機(jī)械手的夾緊與松開，按住x15控制機(jī)械手的上升當(dāng)碰到上限位開關(guān)x4就停止上升。（2）單周與循環(huán)部分：首先將選擇開關(guān)打到單周出即x22閉合，切斷了10步處的m8040自鎖按下啟動(dòng)按鈕x0使機(jī)械手回到原點(diǎn)為啟動(dòng)做準(zhǔn)備，當(dāng)回到原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕x6才有效。在s20狀態(tài)處接通t0，2s后接通y1機(jī)械手下降運(yùn)行，當(dāng)碰到下限位x5時(shí)斷開y1接通t1，2s后使機(jī)械手夾緊并且置位，同時(shí)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s21，接通t2，2s后接通y0使機(jī)械手上升，碰到上限位x4斷開y0接通t3，2s后狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s22，接通y2使機(jī)械手向右移動(dòng)，當(dāng)碰到右限位開關(guān)x2時(shí)機(jī)械手停止右移，接通t4，2s后轉(zhuǎn)移帶s23，這時(shí)為了安全起見，

20、當(dāng)光電開關(guān)檢測沒有物料的時(shí)候，x3才能夠接通下降y1，當(dāng)碰到下限位x5時(shí)，停止下降并且復(fù)位y4使機(jī)械手松開，接通t5，2s后轉(zhuǎn)移到s24，接通y0使機(jī)械手上升，上升到上限位x4停止上升，接通t6，2s后轉(zhuǎn)移到s25，接通y3左行，左行到左限位的時(shí)，復(fù)位左行轉(zhuǎn)移到s26，因?yàn)檫x擇的是單周x22那么執(zhí)行到s26時(shí)，x22接通了就跳轉(zhuǎn)到s0，如果是選擇到s21時(shí)狀態(tài)就跳轉(zhuǎn)到s20進(jìn)行如上的循環(huán)運(yùn)行。按下停止按鈕x10全部復(fù)位全部停止運(yùn)行。（3）步進(jìn)部分：首先將選擇開關(guān)打到步進(jìn)出即x16閉合，在第10步出x16接通使m8040禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移自鎖，當(dāng)執(zhí)行s0狀態(tài)時(shí)，就步能執(zhí)行下一個(gè)狀態(tài)s20，必須按下啟動(dòng)按鈕x6接通m8041接觸狀態(tài)轉(zhuǎn)移才能執(zhí)行下一個(gè)狀態(tài)s20，其運(yùn)行的過程與單周