魏超峰 28號 機械手的PLC設(shè)計

1、 畢業(yè)設(shè)計論文題 目機械手的PLC設(shè)計專業(yè)名稱機電一體化學(xué)生姓名魏超峰指導(dǎo)教師鄭建欣畢業(yè)時間2014年7月設(shè)計論文 畢業(yè) 任務(wù)書1、 題目： 機械手的PLC設(shè)計二、指導(dǎo)思想和目的要求三、主要技術(shù)指標(biāo)4、 進度和要求第一、二周：確定題目,查閱資料，根據(jù)要求分析機械手的設(shè)計、工作原理。第三、四周：根據(jù)工作原理畫流程圖并編譯梯形圖，并進行硬件設(shè)計。第五、六周：設(shè)計，進行調(diào)試,找出問題,進行修改,并改進設(shè)計。第七、八周：撰寫論文,畢業(yè)答辯。五、主要參考書及參考資料學(xué)生 魏超峰_ 指導(dǎo)教師 鄭建新 系主任 張季萌 不要該頁目 錄摘 要3第1章 緒論51.1課題背景及意義51.2 PLC的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨

2、勢61.3課題研究內(nèi)容8第2章 機械手機構(gòu)與液壓系統(tǒng)分析92.1機械手的工作環(huán)境92.2機械手機構(gòu)分析92.3機械手液壓系統(tǒng)分析102.4機械手設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題10第3章 機械手控制系統(tǒng)設(shè)計113.1機械手動作分析113.2機械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計153.3 PLC控制電路設(shè)計20第4章 PLC系統(tǒng)程序的設(shè)計244.1 總程序的設(shè)計24 4.2回原點程序的設(shè)計254.3 手動程序的設(shè)計264.4 自動程序的設(shè)計304.5 觸摸屏程序的設(shè)計33第5章 總結(jié)36致 謝37參考文獻38摘 要頁眉要有上劃線本文在了解機械手和PLC控制技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢基礎(chǔ)上，選用四自由度液壓機械手作

3、為控制對象進行研究。由于液壓機械手具有大功率、易控制和快速性等特點，在工業(yè)各領(lǐng)域得到廣泛的運用。四自由度液壓機械手涉及到了機械設(shè)計、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等綜合知識，是典型的機電液一體化系統(tǒng)。本文在分析機械手工作環(huán)境和要完成的任務(wù)后，選定了機械手的機構(gòu);在分析機械手各動作后，對液壓部分進行了分析。液壓部分是控制的關(guān)鍵所在，本系統(tǒng)是通過PLC控制電磁閥的電磁鐵，從而實現(xiàn)對機械手各動作的控制。通過分析系統(tǒng)對輸入輸出數(shù)據(jù)采集的要求，選擇適當(dāng)?shù)腜LC，I/O模塊、A/D模塊和信號采集元件壓力變送器和光柵傳感器、分配PLC輸入輸出地址、設(shè)計控制系統(tǒng)電路和控制柜。最后，課題以四自由度液壓機械手為對象，采用OM

4、RON公司生產(chǎn)的PLC和觸摸屏進行控制，用自帶編程軟件CX-Programmer7.0編程實現(xiàn)機身旋轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手腕轉(zhuǎn)動和手指夾取等自動、半自動和點動動作。關(guān)鍵詞：機械手；PLC；觸摸屏；傳感器；控制；程序 AbstractThis article is based on the understanding of the manipulator and the PLC technology at home and abroad based on the present situation and development trend,selected Four-DOF hydraulic ma

5、nipulator as the control object to study. As the hydraulic manipulator with high-power, easy control and fast, etc.Widely used in various industrial fields Four-DOF hydraulic manipulator Involve Mechanical Design Hydraulic System Control System Is a typical mechanical and electronic integration syst

6、em This article analyzes the manipulator working environment, and mission to complete, then selected the manipulator. while analysisthe manipulator motion，Analysis thehydraulic parts. Hydraulic part is the key to control. this system contor the Electromagnet of Solenoid valve by the PLC，In order to

7、achieve the movement of the manipulator control. Select the appropriate PLC, I/O modules, A/D modules、Pressure Transmitter and Grating sensor by Analysis the hydraulic system on the input and output data collection requirements. Distribution the input and output address and Complete the control syst

8、em wiring In the design of PLC control cabinet. The last, Four-DOF hydraulic manipulator for the article's object. With OMRON PLC and Touch panel to control. Programming body rotation, arm stretching,wrist rotation and finger gripping and so automatic, semi-automatic, and to move the actionKey w

9、ords: manipulator; PLC;Touch panel;Sensor; control Program 第一章 緒論1.1 課題背景及意義隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，機械手在世界范圍內(nèi)得以廣泛應(yīng)用。因而對機械手的控制要求也越來越高，若用傳統(tǒng)的繼電器控制方案進行控制，勢必造成系統(tǒng)元件多，接線繁雜、穩(wěn)定性差、故障率高，給工業(yè)生產(chǎn)帶來很多不便。針對這些問題如果采用性能價格比高的可編程序控制器PLC(基于PLC的優(yōu)點在下一節(jié)有闡述)設(shè)計其控制系統(tǒng)，可使該系統(tǒng)的運行可靠性高、故障率低、維修方便，取得良好的工作效果Programmable Logical Controller簡稱為PLC。但

10、近年來，PLC采用微處理器作為中央處理單元，不僅有邏輯控制功能，還有算術(shù)運算、模擬量處理甚至通信聯(lián)網(wǎng)功能，正確應(yīng)稱為PC，但為了與個人計算機有所區(qū)別，仍稱其為PLC，工作原理如圖1-1所示。開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出 各電磁鐵 CPU及 RAM 按鈕開關(guān) PLC 各顯示燈 行程開關(guān)模擬量輸出模擬量輸入 壓力控制 溫度傳感器 Rd232 計算機 編程器 編程 流量控制 溫度控制 流量傳感器 壓力傳感器 圖1-1 PLC的工作原理PLC有以下幾大優(yōu)點: 一)靈活、通用控制功能改變，只要改變軟件及少量的線路即可實現(xiàn)。 二)可靠性高、抗一干擾能力強硬件方面:采用微電子技術(shù)開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路及大規(guī)模

11、集成電路完成，CPU與輸入輸出之間，采用光電隔離措施，隔離了它們之間電的聯(lián)系。軟件方面：有自身的監(jiān)控程序，對強干擾信號、欠電壓等外界環(huán)境定期檢查，有故障時，存現(xiàn)狀態(tài)到存儲器，并對其封閉以保護信息;監(jiān)視定時器WTD檢查程序循環(huán)狀態(tài)，超出循環(huán)時間時報警;對程序進行校驗，程序有錯誤時輸出報警信息并停止執(zhí)行。三)使用簡單采用自然語言梯形圖語言編程方式，編程容易，更改方便。輸入輸出接口可以與各種開關(guān)、傳感器、繼電器、接觸器、電磁閥連接，接線簡單。四)功能強、體積小縱向PLC不僅可能完成各種條件控制，還能完成模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換并進行數(shù)字運算，可以完成對模擬量的控制;橫向可以控制一臺至幾臺設(shè)備，還可實現(xiàn)遠距

12、離控制；重量輕，體積小，便于安裝。本課題采用可編程控制器PLC和觸摸屏實現(xiàn)機械手液壓系統(tǒng)運行過程的手動、半自動和全自動控制，可使控制過程精確可靠，減少了手動工作量，操作過程更加清晰明確，具有重要意義。1.2 PLC控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1、 PLC的現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller

13、（PLC）。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某

14、些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。 目前，國外具有代表性的先進的PLC生產(chǎn)產(chǎn)家及其主要產(chǎn)品如表1-1所示。2、發(fā)展趨勢 現(xiàn)在，雖然出現(xiàn)了性能更加優(yōu)越的DCS和FCS控制系統(tǒng)，從長遠看PLC控制終將也會被先進的FCS控制所取代，但是，在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，基于以下原因PLC還會與DCS和FCS共存。 1)現(xiàn)在企業(yè)的確正在朝著自動化、信息化、開放化的方向發(fā)展，但這是否

15、就意味著要將現(xiàn)有的控制系統(tǒng)推倒重來呢?答案是否定的。企業(yè)投入大量的人力和財力建立起來的PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)成型，如果要完全推翻再建立新的DCS或FCS控制系統(tǒng)，需要更大的資金投入，將造成很大的浪費。 2)基于以上市場需求，許多軟件廠商(例如:華富惠通軟件公司)正在考慮如何利用企業(yè)已經(jīng)成型的控制系統(tǒng)及新建的廠級網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)控制系統(tǒng)軟件，幫助企業(yè)實現(xiàn)工廠自動化、信息化，為企業(yè)提供控制系統(tǒng)與管理網(wǎng)絡(luò)的集成。 3) PLC的功能增強、結(jié)構(gòu)優(yōu)化，I/O模塊趨向分散化、智能化，編程工具和編程語言更具標(biāo)準(zhǔn)化和高級化。 4) PLC的聯(lián)網(wǎng)通信能力增強，能向高速度、多層次、大信息量、高可靠性及開放式的通信發(fā)展。 5

16、)現(xiàn)在的PLC系統(tǒng)與DCS技術(shù)、現(xiàn)場總線I/O技術(shù)相結(jié)合，使其結(jié)構(gòu)開放、擴展方便、技術(shù)先進、價格低廉。由以上分析可以預(yù)見，未來PLC將朝著多功能化、集成化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、開放化的方向發(fā)展，故PLC雖然面臨其它自動化控制系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，但同時也在吸收它們的優(yōu)點，互相融合，不斷創(chuàng)新，在今后一段時間內(nèi)將與其它先進控制方式并存，共同發(fā)展。1.3 課題主要研究內(nèi)容圖1-2機械手控制系統(tǒng)框圖 本課題主要研究內(nèi)容是針對實際生產(chǎn)中用到的工業(yè)機械手，其整體控制系統(tǒng)框圖如圖1-2所示，使用可編程控制器PLC和觸摸屏進行控制，實現(xiàn)運行過程的手動、半自動和全自動控制。主要研究內(nèi)容如下:1、機械手運動機構(gòu)和液壓系統(tǒng)分析。

17、PLC控制系統(tǒng)各個模塊的選用和電路設(shè)計。如下表1-2所列。表 1-2PLC各模塊1CPU單元5壓力傳感器單元2擴展I/O單元6觸摸屏單元3A/D轉(zhuǎn)換單元7供電電路單元4位移傳感器單元8先關(guān)控制單元3、繪制PLC控制系統(tǒng)整體電路圖。4、編制觸摸屏和PLC控制程序。第二章 機械手機構(gòu)與液壓系統(tǒng)分析2.1 機械手的工作環(huán)境 本機械手運用于鍛造車間流水作業(yè)生產(chǎn)線上如圖，處于高溫、危險的環(huán)境當(dāng)中。機械手把高溫的大型棒料傳送到即將進行鍛造的傳送帶上?；谏鲜龇治?，機械手要求在高溫、承受重載荷的條件下，能實現(xiàn)對棒料的快速，準(zhǔn)確地搬運。這樣就代替了人工的操作，大大地改善工人的勞動條件，顯著提高勞動生產(chǎn)率。 圖

18、2-1 機械手工作流程示意圖2.2 機械手機構(gòu)分析工作環(huán)境也自然影響到一臺機械手的機構(gòu)。此臺機械手(圖2-2為示意圖)手部、手腕、手臂、立柱、支撐機構(gòu)以及驅(qū)動和控制系統(tǒng)組成。 3 4 5 2 1 圖2-2 機械手示意圖 課題以四自由度液壓機械手為對象，采用可編程控制器(PLC)和觸摸屏進行控制，實現(xiàn)機身升降、機身旋轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手腕旋轉(zhuǎn)、和手指夾取，如圖所示，其中1為沿立柱作上下移動；2為手臂作回轉(zhuǎn)運動；3為沿水平方向作伸縮運動柱；4為手腕作回轉(zhuǎn)運動；5為手指的夾緊、放松運動。2.3 機械手液壓系統(tǒng)分析本臺機械手采用液壓驅(qū)動，升降、收縮和夾緊執(zhí)行元件采用液壓缸，手臂、手腕旋轉(zhuǎn)采用液壓馬達。液壓

19、換向回路用三位四通閥控制;手臂伸縮設(shè)置有緩沖功能，用兩位兩通閥進行控制；手指的夾緊和放松用一個兩位三通閥進行控制；液壓系統(tǒng)的卸荷用兩位兩通閥進行控制。如圖2-3所示：1-液壓泵；2-先導(dǎo)式溢流閥；3-兩位兩通閥；4-普通單向閥;5，6，7，8-三位四通換向閥；9-兩位兩通換向閥；10-兩位三通換向閥；11、12、 13、 14、 15、 16-單向順序閥；17、 18-普通順序閥；19-單向節(jié)流閥2.4機械手設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題1、應(yīng)具有足夠的握力(夾緊力) 在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。2、手指間應(yīng)具有一

20、定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。3、應(yīng)保證工件準(zhǔn)確定位為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)形狀的手指。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。4、應(yīng)具有足夠的強度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕，并使手部的重心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。5、

21、應(yīng)考慮被抓取對象的要求1)抓取形狀手指形狀應(yīng)根據(jù)工件形狀而設(shè)計。如工件為圓柱形，則采用V形手指，圓球狀工件用圓弧形三指手指，方料用平面形手指，細絲工件用尖指勾形或細齒鉗爪手指。總之應(yīng)根據(jù)工件形狀來選定手指形狀。 2)抓取部位的尺寸盡可能是不變的，若加工后尺寸有變化，手指應(yīng)能適應(yīng)尺寸變化的要求，否則不允許定為抓取部位。對于工件表面質(zhì)量要求高的，抓取時盡量避開高質(zhì)量表面或在手指上加軟質(zhì)熱片(如橡皮、泡沫塑料、石棉襯墊等)以防夾持時損壞工件。3)抓取數(shù)量若用一對手指抓取多個工件，為了不發(fā)生個別工件的松動或脫落現(xiàn)象，在手指上可增加彈性襯墊，如橡皮、泡沫塑料等，對于較長工件可采用雙指或多指抓取。 第三章

22、 機械手控制系統(tǒng)設(shè)計3.1機械手動作分析 3.1.1機械手運動參數(shù)分析1、抓重：抓取工件為灰鑄鐵，最大重量為30 kg;形狀為圓柱體(R=70 mm)，表面粗糙度Ra =6.3；2、最大工作半徑：1600mm；3、手臂運動參數(shù)：手臂最大中心高:900mm ;伸縮行程:800mm;伸縮速度:小于200mm/s；升降行程:300mm；升降速度：小于60mm/s ；擺動范圍：0 2100；擺動速度：小于700 /s；4、手腕運動參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍:01800;回轉(zhuǎn)速度:小于900/s；5、定位精度：-3mm +3mm；6,驅(qū)動方式：液壓(中、低壓系統(tǒng))；7、 手指夾持范圍：50100mm。 3.1.2機

23、械手控制方式分析1、液壓系統(tǒng)電磁閥動作順序安排 對各電磁閥進行相應(yīng)的控制從而實現(xiàn)對機械手動作的控制 表3-1電磁鐵動作順序表 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 6DT 7DT 8DT 9DT 1 0 DT 1 I DT 上升 + 正擺 + 正轉(zhuǎn) + 伸出 +伸出緩沖 + + 夾緊 + 縮進 + + 縮進緩沖 + + 反轉(zhuǎn) + + 反擺 + + 下降 + + 卸荷 + 2、 動作方式圖如3-1所示: 開始 回原點 全自動 點動 半自動 上升 上升放松正轉(zhuǎn)伸出夾緊卸荷下降反擺上升正擺反轉(zhuǎn)縮回 正擺 正擺 夾緊 夾緊 卸荷 卸荷 下降 反轉(zhuǎn) 縮回 下降 反轉(zhuǎn) 縮回 正轉(zhuǎn) 伸出 伸出 放松 伸出

24、 正轉(zhuǎn) 伸出 放松 圖3-1 機械手動作方式圖機械手的控制方式分為三大部分，1)回原點控制；2)點動控制；3)自動控制，其中自動包括半自動和全自動。1)回原點控制：每次開機要進行原點搜索，若檢測到不是原點，則由選擇開關(guān)選擇點動操作，手動回原點，并有回原點到位顯示。 點動2) 點動(手動)控制：由操作面板上的選擇開關(guān)選擇手動，再由面板上的按鈕分別控制手動控制機械手的十個動作，如圖3-2所示。每個動作都有狀態(tài)顯示，以直觀的顯示出各個動作，在動作過程中有位移和壓力傳感器進行檢測，并在觸摸屏相應(yīng)的畫面中顯示運動數(shù)據(jù)。反轉(zhuǎn)下降卸荷上升反擺正轉(zhuǎn)夾緊縮回正轉(zhuǎn)伸出放松 圖3-2機械手點動方式圖 3)自動控制：

25、 a、半自動控制:由操作面板上的選擇開關(guān)選擇半自動控制，機器在原位時，按起動按鈕，自動的完成一個周期的操作，操作完后機器又停在原位上。若在執(zhí)行過程中，按下停止按鈕，則機器停留該步工序上。再按下啟動按鈕，則又從該步工序繼續(xù)工作，最后仍自動地停在原位上，動作過程中有各個動作的狀態(tài)顯示燈和進行位移、壓力檢測，并在觸摸屏相應(yīng)的畫面中顯示數(shù)據(jù)。 b、全自動控制:由操作面板上的選擇開關(guān)選擇自動控制方式，機器在原位時，按下起動按鈕，機器就連續(xù)周期地重復(fù)進行各步序工作。直到按下停止按鈕，機器執(zhí)行完最后一個工作周期返回原位，然后停機。動作過程中同樣有各動作的狀態(tài)顯示燈和進行位移、壓力檢測，并在觸摸屏相應(yīng)的畫面中

26、顯示數(shù)據(jù)。方式選擇上升正擺夾緊啟動回原點卸荷正轉(zhuǎn)伸出放松縮回反轉(zhuǎn)下降 圖3-3 機械手自動控制方式圖3.2機械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 3.2.1 本系統(tǒng)PLC的選型 在本系統(tǒng)中，輸入開光用觸摸屏代替，輸出控制電磁閥點數(shù)為11點輸出地址分配表如圖且為繼電器輸出。需要對機械手動作的位移、夾緊缸的油壓壓力進行檢測，涉及到數(shù)字量和模擬量的輸入?？紤]預(yù)留一定的v0余量及PLC硬件資源充分利用的要求，根據(jù)輸入輸出控制要求的分析(8l，本設(shè)計選用OMRON公司生產(chǎn)的CPI H-X40DT-D型的可編程控制器。由于其輸出為晶體管輸出，故需要擴展繼電器輸出形式的vo模塊，選用 CPM 1 A-20EDR1型的擴展

27、I/O模塊(兩個)。該型號的可編程控制器不自帶模擬量輸入輸出，所以需要擴展A/D轉(zhuǎn)換模塊，選用CPM 1 A-AD041型的A/D轉(zhuǎn)換模塊。各模塊分析完成后，可以搭建PLC控制系統(tǒng)框架圖，如圖3-4所示。 觸摸屏I/O擴展單元×2A/D轉(zhuǎn)換單元RS-232端口CPU單元 I/O擴展高數(shù)計數(shù)器口壓力變送器 電磁鐵 位移傳感器3-4 PLC控制系統(tǒng)框架圖各模塊簡要介紹:1,、CPU單元CP 1 H-X40DT-D1) CP1H基本參數(shù)見下表。供電電源24VDC消耗功率50W使用環(huán)境溫度055°使用環(huán)境濕度1090PH保存環(huán)境溫度-20+70°重量590g程序容量20K

28、步數(shù)據(jù)容量32K字程序語言梯形圖方式功能塊定義256指令語句長度17步/1指令共同處理時間基本指令0.01s,應(yīng)用指令0.15s最人輸入輸出點數(shù)320點輸入輸出點數(shù)40點輸入點數(shù)24點 OCH位00-11，1CH位00-I輸入規(guī)格24VDC輸入中斷8點OCH位00-03，CH位00-03高速計數(shù)器4點(高速計數(shù)器03)相位差脈沖輸入100kHz脈沖一輸入50kHz加減法脈沖輸入100kHz加法脈沖輸入100kHz頻率測定功能僅限高速計數(shù)器0快速響應(yīng)輸入8點OCH位0003、CH位0003輸出點數(shù)16點100CH位00-07、101CH位00-07輸出規(guī)格品體管輸出2、 擴展I/O單元CPM 1

29、 A-20EDR1 繼電器輸出型的基本參數(shù)見表3-5 表3-5 CPM 1 A-20EDR1基本參數(shù)I/O點數(shù)占用通道消耗電流輸入12點1DC24V輸出8點10.044A3、輸出端口分配由于電磁閥的電磁鐵全部有CPM1A-20EDR1輸出控制，則CPM1A-20EDR1的輸出口用來分配給電磁鐵1DT-11DT，如下表3-6所示。 表 3-6 輸出地址動作元件功能作用輸出地址動作元件功能作用102.001DT卸荷102.67DT縮進102.012DT正擺102.78DT正傳102.023DT反擺103.009DT反轉(zhuǎn)102.034DT上升103.0110DT夾緊102.045DT下降103.02

30、11DT伸出/縮進緩沖102.056DT伸出4. A/D轉(zhuǎn)換單元基本參數(shù)表輸入點數(shù)4點（分配四個通道） 輸入信號范圍 -1010V 05V010V 020mA15V420mA分辨率1/6000（滿量程）A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)16位二進制（4位十六進制）-10to10（滿程量）：F448to1770Hex其他輸入范圍（滿量程）：0000to1770Hex轉(zhuǎn)換時間2ms/點功率3.0W重量200gmax尺寸86(W)×50（H）×（D）mm3.2.2位移傳感器的選用1、線位移傳感器的選用本機械手控制系統(tǒng)需要對機身升降和和手臂伸縮線位移和速度進行檢測，并且要實現(xiàn)較準(zhǔn)確的控制，還能在觸摸屏

31、上把相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示出來，考慮到CP1H-X40DT-D這款CPU單元能進行高數(shù)計數(shù)，本套控制系統(tǒng)選擇光柵傳感器進線位移和速度進行檢測。下面對光柵傳感器進行簡要介紹1)光柵線位移傳感器的原理:如下圖3-7所示，當(dāng)兩塊光柵作相對移動時，光敏元件上的光強隨莫爾條紋而變化，在a處，由于光被遮去一半，光強減??；在b處，光被全部遮去，而成全黑，光亮為零。若光柵繼續(xù)移動，透射到光敏元件上的光強又逐漸增大，形成圖中的輸出波形。（光照、電流） a(組成) b(莫爾條紋) c(光強分布）圖3-7 光柵線位移傳感器的原理圖1、 光源 2、透鏡 3、標(biāo)尺光柵 4、指示光柵 5、光敏元件(四極光電池)與驅(qū)動電路利用這種

32、光柵的相對移動，使透射光的光強度呈周期性變化，而由光元件變?yōu)橹芷谛宰兓碾娦盘柕脑恚ㄟ^檢測莫爾條紋的個數(shù)N,可以獲得光柵的相對移動量Nw，從而得出被測工件的位移量x=Nw 。光柵傳感器精度高(測量直線精度最高可達0.5m3m/3000mm，測量角度角度精度最高一叮達0.150)、分辨率高(可達0.05m和0.1°)、動態(tài)范圍大、)一泛運用于靜態(tài)測量、主動測量及自動化等領(lǐng)域。線位移光柵傳感器主要應(yīng)用于直線移動導(dǎo)軌機構(gòu)或精密位移量的測量。2) 本系統(tǒng)選用SGC-4.2型光柵傳感器如圖3-8所示，基本參數(shù)如表3-9所示。 圖3-8光柵線位移傳感器表3-8光柵傳感器基本參數(shù)供電電壓輸出信

33、號有效量程分辨率響度速度DC24VHTL方波1000mm10um602、角位移傳感器的選用旋轉(zhuǎn)編碼器的選用 本機械手控制系統(tǒng)需要對機身轉(zhuǎn)動和和手腕轉(zhuǎn)動角位移和轉(zhuǎn)動速度進行檢測，并且要實現(xiàn)較準(zhǔn)確的控制，還能在觸摸屏上把相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示出來，考慮到CP 1 H-X40DT-D這款CPU單元能進行兩速計數(shù)，本套控制系統(tǒng)選擇旋轉(zhuǎn)編碼器進行線位移和轉(zhuǎn)動速度檢測。一下面對旋轉(zhuǎn)編碼器進行簡要介紹1) 根據(jù)系統(tǒng)要求選擇E6B2-CWZ5B型旋轉(zhuǎn)編碼器如圖3-10所示。 圖3-10 旋轉(zhuǎn)編碼器2)基本參數(shù)如下表。 表3-11旋轉(zhuǎn)編碼器基本參數(shù) 供電電壓 輸出容量分辨率(脈沖/旋轉(zhuǎn)) 最高響應(yīng)頻率 最高轉(zhuǎn)速 DC2

34、4V DC30V以下 360 50kHz 6000r/min3、位移傳感器與C'PU單元的地址分配 CPU單元具有4個高速計數(shù)器，分別對應(yīng)兩個光柵傳感器和兩個旋轉(zhuǎn)編碼器，每個傳感器有三個輸出接口，即A, B, Z二相輸出，分別接在CPIH 12個高速計數(shù)器I/O口，地址分配表如下。 表3-12高速計數(shù)器I/O口地址分配表A相B相Z相高速計數(shù)器00.080.090.03高速計數(shù)器10.060.070.02高速計數(shù)器20.040.050.01高速計數(shù)器30.100.111.003.2.3壓力傳感器的選用 手指夾緊缸需要對壓力進行檢測，并在觸摸屏顯示數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)壓力和A/D轉(zhuǎn)換單元的要求選

35、用PT210B壓力變送器主要參數(shù)如下： 量程：05MPa 輸出信號：420mA(二線制) 供電電壓：24VDC3.2.4觸摸屏的選用 觸摸屏主要用于顯示設(shè)備和系統(tǒng)狀態(tài)的實時信息，上面的按鈕可產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信息或輸入數(shù)值、字符給PLC進行數(shù)據(jù)交換，從而產(chǎn)生相應(yīng)的動作來控制設(shè)備及系統(tǒng)。觸摸屏作為人機界面，主要實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速和行程的監(jiān)控，用動畫演示切割機的工作過程。 在本系統(tǒng)中，觸摸屏主要完成顯示、輸入功能，對觸摸屏的要求主要是： 1)有足夠的畫面數(shù)據(jù)儲存器，有足夠的分辨率和顯示亮度。 2)有基本的串行通信功能，方便與PLC連接通訊。基于以上的要求，本設(shè)計選用歐姆龍公司生產(chǎn)的NT5Z-ST1

36、21 B-EC型號觸摸屏，主要參數(shù)如表3-11所示。 表3-13觸摸屏土要參數(shù)工作電壓DC24V(-10%20%)額定輸入電流300mA象素320X240面板5.7"FSTNLCD(l6級灰度)3.3 PLC控制電路的設(shè)計3.3.1各模塊電路的設(shè)計1、cpu單元 CP1H的電路連接設(shè)計 圖3-14 CPU單元接線圖2、擴展I/O單元CPM 1A-20EDR 1的電路連接設(shè)計 圖3-15擴展I/O單元接線圖3 、A/D轉(zhuǎn)換單元CPMIA-AD041的電路設(shè)計圖3-16 A/D轉(zhuǎn)換單元4、動力電路的設(shè)計 圖3-17動力電路圖3.3.2 PLC控制總電路圖 如圖3-18所示。 圖3-18

37、PLC控制電路圖第四章 PLC控制系統(tǒng)程序的設(shè)計4.1總程序的設(shè)計在進行程序的設(shè)計之前，先設(shè)計出應(yīng)用程序的總體方案如圖4-1，圖中把翌個程序分成兩大塊，即手動和自動兩部分。當(dāng)方式選擇按鍵輸入點2.01為ON，其常開觸點接通，開始執(zhí)行手動程序;當(dāng)方式選擇按鍵輸入點2.01為OFF時，其常閉觸點閉合，開始執(zhí)行自動程序，至于執(zhí)行自動方式的哪一種，則取決于方式按鈕選擇的是半自動還是全自動。采用OMRON公司提供邵CX-Programmer7.0編程軟件進行編程。 圖4-1程序總體方案4.2回原點程序的設(shè)計 系統(tǒng)啟動后都要進行回原點操作，即按下啟動按鈕后，程序進行自動搜索原點，程序有原點到位顯示，若不顯示原點則進行手動回原點。如下流程圖所示。開始 原點搜索 回原點 原點到位？N方式選擇 Y 圖4-2回原點流程圖原點搜索程序設(shè)計如下梯形圖所示。 復(fù)位 傳送源字目標(biāo) 塊設(shè)置 源字 起始于 結(jié)束于 傳送 字數(shù) 第一個源字 第一個目標(biāo)字多比較 表1的第一個字 表2的第一個字結(jié)果字保持位 原點指示 圖4-3原點搜索程序梯形圖2.00為原點搜索啟動按鍵，啟動后首先對原點標(biāo)志位的保持繼電器進行復(fù)位，采用快傳送指令XFER(070) 對高速計數(shù)器數(shù)據(jù)儲存的保持繼電器進行讀取上一次機械手運行的數(shù)據(jù)，運用多字比較于旨令MCMP(019)