基于FX0N–60MR可編程控制器的顯像管搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)(三菱PLC)

1、XXXX 大 學(xué)機(jī)制機(jī)電專業(yè)課程設(shè)計(jì)論文 專 業(yè)： 姓 名： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo) 教 師： 目錄1、 可編程控制器的顯像管搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介.12、 設(shè)計(jì)方案.3 2.1 控制要求.3 2.2設(shè)計(jì)思路及可編程控制器簡(jiǎn)介.4 2.2.1可編程控制器的定義.4 2.2.2可編程控制器的特點(diǎn).4 2.2.3 可編程控制器的運(yùn)用領(lǐng)域.6 2.2.4可編程控制器的發(fā)展?fàn)顩r.7 2.3 功能流程.9 2.4 I/O端口分配表.10 2.5 PLC接線圖.11 2.6 控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖.12 2.7 控制梯形圖.14 2.8 指令程序.18 2.9 調(diào)試運(yùn)行與問題分析.213、 心得體會(huì).22參考文

2、獻(xiàn).23 一、可編程控制器的顯像管搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1.1 基于FX0N 60MR可編程控制器的顯像管搬運(yùn)機(jī)械手 控制系統(tǒng) 在顯像管生產(chǎn)線上需要對(duì)顯像管進(jìn)行清洗。首先要將裝在來管傳送連的吊籃中的顯像管，通過機(jī)械手搬運(yùn)到圓盤清洗機(jī)。顯像管在來管傳送連的吊籃中的安放位置是隨意的，而清洗機(jī)要求顯像管的安放位置是確定的，這就要求機(jī)械手不但要完成搬運(yùn)操作，還要在搬運(yùn)過程中對(duì)顯像管進(jìn)行方位校正。因清洗機(jī)的工作節(jié)拍較快，上管（將顯像管搬運(yùn)到清洗機(jī)上）和下管（將清洗后的顯像管取下，搬運(yùn)到送管傳送連的吊籃中）同時(shí)進(jìn)行，采用兩個(gè)搬運(yùn)機(jī)械手分別進(jìn)行處理。本課題只考慮上管機(jī)械手的控制，清洗現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖所示。在

3、圓盤型清洗機(jī)停轉(zhuǎn)的21 s內(nèi)，上管機(jī)械手將處于各種方位的顯像管從來管傳送連的吊籃中取出，在搬運(yùn)過程中進(jìn)行水平和垂直方位的校正，然后放到清洗機(jī)的放管工位（1號(hào)工位），清洗結(jié)束后的顯像管在下管工位（12號(hào)工位）由下管機(jī)械手取走。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)主要有：大擺缸（電磁閥）及組件、燕尾缸（電磁閥）及組件、下臂抬臂缸（電磁閥）及組件、吸盤升降缸（電磁閥）及組件、鉗口合攏缸（電磁閥）、校正電機(jī)、回轉(zhuǎn)電機(jī)。上管機(jī)械手的工作過程是：當(dāng)來管傳送連的吊籃中有顯像管時(shí)，位置傳感器發(fā)出信號(hào)，使燕尾伸出，抬臂缸抬起，將顯像管從來管傳送連的吊籃中取出。在搬運(yùn)過程中由校正電機(jī)與鉗口合攏缸配合，完成水平方位和垂直方位的校正。校正后

4、的顯像管放到清洗機(jī)的上管工位。然后機(jī)械手恢復(fù)原位，等待下一個(gè)顯像管的到來。上管機(jī)械手的工作流程圖如圖所示。 圖1.1 顯像管清洗示意圖 圖1.2 上管機(jī)械手工作示意圖 二、設(shè)計(jì)方案2.1控制要求：按照?qǐng)D中的工作流程設(shè)計(jì)PLC控制程序。1) 如果機(jī)械手的大擺擺到清洗機(jī)處，在清洗機(jī)的上管工位有剩管時(shí)，機(jī)械手不能上管，要等到清洗機(jī)的下一個(gè)空管工位到位時(shí)再上管。2) 如果清洗機(jī)在上管工位已經(jīng)停了10s，機(jī)械手才擺到清洗機(jī)處，為防止在上管過程中因清洗機(jī)轉(zhuǎn)位打破顯像管，機(jī)械手不能上管，要等到清洗機(jī)的下一個(gè)空管工位到位時(shí)再上管。3) 當(dāng)燕尾伸入傳送連取管時(shí)，如果由于某種故障，在3s內(nèi)，燕尾沒有縮回，為保護(hù)機(jī)

5、械手和傳送連，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并且自動(dòng)停止傳送連的運(yùn)行。4) 用指示燈指示機(jī)械手的各種位置。2.2設(shè)計(jì)思路及可編程控制器簡(jiǎn)介.設(shè)計(jì)思路：當(dāng)來管傳送連的吊籃中有顯像管時(shí)，位置傳感器發(fā)出信號(hào)，使燕尾伸出，抬臂缸抬起，將顯像管從來管傳送連的吊籃中取出。在搬運(yùn)過程中由校正電機(jī)與鉗口合攏缸配合，完成水平方位和垂直方位的校正。校正后的顯像管放到清洗機(jī)的上管工位。然后機(jī)械手恢復(fù)原位，等待下一個(gè)顯像管的到來。2.2.1 可編程控制器的定義 可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programm

6、able Logic Controller)，簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC “PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體

7、，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。” 2.2.2可編程控制器的特點(diǎn)1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/101/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 2,.硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。3.PLC的安裝接線方便，一般用接線端子連接外部接線。4.PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接

8、觸器 可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 5、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語

9、言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 6、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 7、體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小

10、到原來的1/21/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。2.2.3 可編程控制器的運(yùn)用領(lǐng)域1 用于順序控制 順序控制是根據(jù)有關(guān)輸入開關(guān)量的當(dāng)前與歷史的狀況，產(chǎn)生所要求的開關(guān)量輸出，以使系統(tǒng)能按一定順序工作。這是系統(tǒng)工作最基本的控制。2 用于過程控制 過程控制要用到模擬量。模擬量一般是指連續(xù)變化的量，如電流、電壓、溫度、壓力等物理量。過程控制的目的就是，根據(jù)有關(guān)模擬量的當(dāng)前與歷史的輸入狀況，產(chǎn)生所要求的開關(guān)量、或模擬量輸出，以使系統(tǒng)工作參數(shù)能按一定要求工作。是連續(xù)生產(chǎn)過程最常用的控制。過程控制的類型很多。3 用于運(yùn)動(dòng)控制 運(yùn)動(dòng)控制主

11、要指，對(duì)工作對(duì)象的位置、速度及加速度所作的控制?？梢允菃巫鴺?biāo)，即控制對(duì)象作直線運(yùn)動(dòng)；也可是多坐標(biāo)的，控制對(duì)象的平面、立體，以至于角度變換等運(yùn)動(dòng)PLC也已具備處理脈沖量的能力。4 用于信息控制 信息控制也稱數(shù)據(jù)處理，是指數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、檢索、變換、傳輸及數(shù)表處理等。隨著技術(shù)的發(fā)展，PLC不僅可用作系統(tǒng)的工作控制，還可用作系統(tǒng)的信息控制。5 用于遠(yuǎn)程控制 遠(yuǎn)程控制是指，對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程部分的行為及其效果實(shí)施檢測(cè)與控制。2.2.4可編程控制器的發(fā)展?fàn)顩r 1、 可編程控制器的硬件發(fā)展 可編程控制器的10項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)1968年，美國通用汽車公司（GM）根據(jù)多品種、小批量、不斷翻新汽車品牌的戰(zhàn)略思想，以降低生產(chǎn)

12、成本，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期為設(shè)想，針對(duì)汽當(dāng)時(shí)車生產(chǎn)線的自控系統(tǒng)現(xiàn)狀：工裝基本上由繼電器控制裝置構(gòu)成。當(dāng)時(shí)汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝，因而繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，這不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短。2. 可編程控制器的發(fā)展從控制功能來看，可編程控制器的發(fā)展大致經(jīng)歷了4個(gè)階段：（1）、初級(jí)階段：從第一臺(tái)PLC問世到20世紀(jì)70年代中期由于第一代PLC是為了取代繼電器的，因此，主要功能是邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)功能。CPU由中小規(guī)模數(shù)字集成電路構(gòu)成。主要產(chǎn)品有：MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL，DEC公司的PDP-14，日立公

13、司的SCY-022等。第一階段就采用了梯形圖語言作為編程方式，盡管有些枯燥，但卻形成了工廠的編程標(biāo)準(zhǔn)。（2）、擴(kuò)展階段：從20世紀(jì)70年代中期到70年代末期這一階段PLC產(chǎn)品的控制功能得到很大擴(kuò)展。擴(kuò)展的功能包括數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的比較和運(yùn)算、模擬量的運(yùn)算等功能。這一階段的產(chǎn)品有MODICON的184，284，384，西門子公司的SIMATICS3系列，富士電機(jī)公司的SC系列產(chǎn)品。通信階段：20世紀(jì)70年代末期到80年代中期這一階段產(chǎn)品與計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展有關(guān)，形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)。但是，由于各制造商各自為政，通信系統(tǒng)也是各有各的規(guī)范。由于在很短的時(shí)間內(nèi)，PLC就已經(jīng)從汽車行業(yè)迅速擴(kuò)展到其它行業(yè)，

14、作為繼電器的替代品進(jìn)入了食品、飲料、金屬加工、制造和造紙等多個(gè)行業(yè)。其次，產(chǎn)品功能也得到很大的。（3）開放階段：從20世紀(jì)80年代中期開始由于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了開放系統(tǒng)互連的參考模型OSI，使PLC在開放功能上有較大發(fā)展。主要表現(xiàn)為通信系統(tǒng)的開放，使各制造廠商的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議開始標(biāo)準(zhǔn)化，使用戶得益。此外，PLC開始采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件系統(tǒng)，增加高級(jí)語言編程，并完成了編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化工作。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500，德維森的V80和PPC11，加拿大ONLINECONTROL公司與合控電氣公司所開發(fā)的OPENPLC等。 2.3 功能流程 圖2.1

15、 上管機(jī)械手工作流程圖2.4 I/O端口分配表表2.1 顯像管搬運(yùn)機(jī)械手I/O分配表輸入作用代號(hào)輸出作用X000機(jī)械手原位SQ1Y001燕尾伸出X001顯像管傳送限位SQ2Y002燕尾縮回X002上限位開關(guān)SQ3Y003下臂抬起 X003下限位開關(guān)SQ4Y004下臂下放X004右限位開關(guān)SQ5Y005合攏鉗口合攏X005左限位開關(guān)SQ6Y006合攏鉗口打開X016左回轉(zhuǎn)限位SQ7Y007吸盤上升X007鉗口合攏限位SQ8Y010吸盤下降X010鉗口打開限位SQ9Y011回轉(zhuǎn)跟蹤X011大擺前擺限位SQ10Y012回轉(zhuǎn)電機(jī)X012大擺后擺限位SQ11Y013校正電機(jī)X013真空繼電器動(dòng)作Y015

16、擺動(dòng)復(fù)位X014清洗機(jī)停止SQ12Y017吸盤吸氣X015清洗工位有管SQ13Y020停止顯像管傳送Y021擺動(dòng)到清洗機(jī)Y022報(bào)警 2.5 PLC接線圖圖2.2 顯像管搬運(yùn)機(jī)械手IO接線圖2.6 控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖2.3 顯像管搬運(yùn)機(jī)械手控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖2.7 控制梯形圖圖2.4 顯像管搬運(yùn)機(jī)械手控制梯形圖2.8 指令程序2.9 調(diào)試運(yùn)行與問題分析 (1)對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖進(jìn)行修改時(shí)，會(huì)提示“含有未變換梯形圖。放棄未變換梯形圖嗎？”，經(jīng)過多次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)原來每次修改完后要及時(shí)點(diǎn)擊“變換（編輯中的所有程序）”這一按鈕。 (2)初次調(diào)試時(shí)在第一個(gè)并行分支處卡住。調(diào)試很久還是無法下去，經(jīng)過對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖進(jìn)行修改

17、重畫，再次調(diào)試發(fā)現(xiàn)可以了，主要修改是：1對(duì)S22下面的選擇條件進(jìn)行改進(jìn)，將原先的條件“T0*X005或T0*X005”改為“T0* X005或T0”。2對(duì)報(bào)警處進(jìn)行了修改，原先用Y020作為S0的轉(zhuǎn)移條件后來定時(shí)器T1作為轉(zhuǎn)移條件。3對(duì)并行分支匯合處轉(zhuǎn)移條件進(jìn)行修改，原先條件是用“X010*Y023”，后來改為只用X010,而真空繼電器動(dòng)作X013這一條件與定時(shí)器T2串聯(lián)作為S28的轉(zhuǎn)移條件。（3）因?yàn)閷?shí)驗(yàn)板上無法用Y023(真空繼電器工作)這一開關(guān)故用了X023作為真空繼電器的開關(guān)。（4）S28和S32處狀態(tài)元件沒輸出，會(huì)出現(xiàn)問號(hào)，故用了通用輔助繼電器M0和M1作為它們的輸出。（5）調(diào)試過程

18、中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)板上的X006開關(guān)壞了，故用X016替代X006作為回轉(zhuǎn)復(fù)位的位置開關(guān)。心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)中我們的題目是基于FX0N 60MR可編程控制器的顯像管搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)，在進(jìn)行這次課程設(shè)計(jì)的過程中我們知道了機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置，這種同樣也可以應(yīng)用在顯像管清洗過程中，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。此次課程設(shè)計(jì)我們是以分組的方式進(jìn)行，每組有一個(gè)題目。而我們做的顯像管搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)要求我們查閱、學(xué)習(xí)各方面的資料，并設(shè)計(jì)出PLC控制系統(tǒng)，從而使我們基本學(xué)會(huì)了PLC設(shè)計(jì)的步聚和基本方法。而且這次分組工作的方式給了我與同學(xué)合作的機(jī)會(huì)，在討論的過程中我們互相取長補(bǔ)短，這樣不僅提高了我們這次課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，也增強(qiáng)了我們與人合作的意識(shí)與能力，讓我們更加意識(shí)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性。這次課程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，我們通過將控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、控制梯形圖、控制指令表等理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中，使我們對(duì)可編程控制器的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。讓我們知道有很多