基于西門(mén)子PLC的四站流水線機(jī)械手自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2

1、基于西門(mén)子PLC的四站流水線機(jī)械手自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要機(jī)械手在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。而PLC控制是目前工業(yè)上最常用的自動(dòng)化控制方法，由于其控制方便，能夠承受惡劣的環(huán)境，因此，在工業(yè)上優(yōu)于單片機(jī)的控制。PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體,專門(mén)為工業(yè)控制而設(shè)計(jì),具有功能強(qiáng)、通用靈活、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn),因此在工業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

2、 縱觀了近年來(lái)機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械手方面的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械手技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和PLC控制的設(shè)計(jì)方案。采用整體化的設(shè)計(jì)思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點(diǎn)并進(jìn)行互補(bǔ)優(yōu)化。對(duì)機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。在其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)中選擇PLC的控制單元來(lái)完成系統(tǒng)功能的初始化、機(jī)械手的移動(dòng)等功能。最后提出了一種簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、理論意義明確的控制策略。1.設(shè)計(jì)思路機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)原理，機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及傳感器等組成的。在PLC程序控制條件下，采用氣壓驅(qū)動(dòng)方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的有順序，

3、有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤時(shí)或發(fā)生故障時(shí)立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。檢測(cè)裝置隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使機(jī)構(gòu)，以一定的精確度達(dá)到設(shè)定小車位置。機(jī)械手傳送單元實(shí)際模型1- 機(jī)械手裝置；2-旋轉(zhuǎn)傳輸裝置；3-輸送小車；4-手動(dòng)操作盤(pán)；5-直流電源；6電機(jī)驅(qū)動(dòng)板板；7-信號(hào)轉(zhuǎn)換8-空氣開(kāi)關(guān)2.機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理圖：3.（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)盤(pán)：貨物送到指定位置夾手：即與物體接觸的地方升降臂：連接夾手與推拉臂，將物體進(jìn)行升降推拉臂：將夾手拉回與推出立柱：機(jī)械

4、手的基本部位，負(fù)責(zé)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)小車：用來(lái)對(duì)貨物的存放與運(yùn)送（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。常用的有氣壓傳動(dòng)、升降和機(jī)械傳動(dòng)等四種形式。（3）控制系統(tǒng) 有電氣控制和射流控制兩種，一般常見(jiàn)的為電氣控制。它是機(jī)械手的重要組成部分，它支配著機(jī)械手規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給與機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 （4）位置檢測(cè)裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制

5、系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。4.本機(jī)械手傳送單元的工作原理：機(jī)械手傳送單元的工作原理：當(dāng)將手操盤(pán)上“手動(dòng)/自動(dòng)”切換開(kāi)關(guān)從手動(dòng)切換到自動(dòng)，機(jī)械手傳送單元轉(zhuǎn)盤(pán)、小車、機(jī)械手自動(dòng)復(fù)位，（需說(shuō)明轉(zhuǎn)盤(pán)上有四個(gè)承料塊的托盤(pán)，一開(kāi)始當(dāng)托盤(pán)到達(dá)轉(zhuǎn)盤(pán)定位位置時(shí)定位光電傳感器響應(yīng)，轉(zhuǎn)盤(pán)停止運(yùn)行，機(jī)械手正轉(zhuǎn)到位以后停止，小車返回到初始狀態(tài)停止）.（1）物料偵判傳感器檢測(cè)接收料塊托盤(pán)上的狀態(tài)，若接收料塊托盤(pán)上無(wú)料塊則轉(zhuǎn)盤(pán)停止運(yùn)行直到物料偵判傳感器偵查到物料后轉(zhuǎn)盤(pán)停止一段時(shí)間；接著轉(zhuǎn)盤(pán)反方向轉(zhuǎn)動(dòng)90度，并對(duì)定位光電傳感器計(jì)數(shù)1次，當(dāng)物料偵判傳感器再次偵查到物料時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)再次停止一段時(shí)間，接著轉(zhuǎn)

6、盤(pán)再次反方向轉(zhuǎn)動(dòng)90度，并再次對(duì)定位光電傳感器計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為2次時(shí)，則計(jì)數(shù)滿了，轉(zhuǎn)盤(pán)停止運(yùn)行一段時(shí)間，（2）以計(jì)數(shù)器C1的指令作為推出機(jī)械臂的啟動(dòng)信號(hào)，機(jī)械臂推出到位時(shí)使機(jī)械臂下降，機(jī)械臂下降到位后使手指抓緊料塊手指抓緊料塊后使機(jī)械臂上升、機(jī)械臂收縮、機(jī)械手反轉(zhuǎn)同時(shí)運(yùn)行，由于機(jī)械臂的伸縮汽缸及升降汽缸各使用了一個(gè)磁開(kāi)關(guān)來(lái)定位即機(jī)械臂伸出時(shí)受磁開(kāi)關(guān)來(lái)定位，機(jī)械臂伸縮及下降時(shí)受磁開(kāi)關(guān)來(lái)定位。但機(jī)械臂縮回和上升卻沒(méi)有磁開(kāi)關(guān)來(lái)定位，故需借用編程軟元件來(lái)實(shí)現(xiàn)定位，確保機(jī)械臂上升的同時(shí)使機(jī)械臂縮回，機(jī)械臂縮回的同時(shí)使機(jī)械手反轉(zhuǎn)；（3）機(jī)械手反轉(zhuǎn)到位后，反轉(zhuǎn)傳感器使機(jī)械臂推出， 機(jī)械臂推出到位后使機(jī)械

7、臂下降，機(jī)械臂下降到位后則松開(kāi)手指把料塊放在小車上，手指松開(kāi)后，物體落入小車中，以手指的夾緊松開(kāi)（取下降沿）為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，（計(jì)數(shù)器為C3）計(jì)數(shù)一次（只有C3計(jì)數(shù)4次以后小車才會(huì)送出）（4）機(jī)械臂再次上升、收縮，正轉(zhuǎn)，回復(fù)原來(lái)的位置以后，機(jī)械臂運(yùn)行的計(jì)數(shù)兩次切換為計(jì)數(shù)一次，即轉(zhuǎn)盤(pán)反方向轉(zhuǎn)一次，步驟從（2）循環(huán)到（4）3次.（5） 計(jì)數(shù)器C3計(jì)數(shù)3次，由于這時(shí)物料偵判傳感器上無(wú)料了，為了讓其再次行動(dòng)，添加了一個(gè)計(jì)數(shù)器C4以手指的夾緊松開(kāi)（取上升沿）為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，只有計(jì)數(shù)3次以后才能讓無(wú)料的物料偵判傳感器反方向轉(zhuǎn)動(dòng)90度，然后繼續(xù)（2）到（3）動(dòng)作，小車才會(huì)送出5.程序流程圖：機(jī)械手原理圖（詳細(xì)

8、）機(jī)械手接線圖（詳細(xì)）L30運(yùn)行指示燈CK30切換ACK31切換MK30轉(zhuǎn)盤(pán)正轉(zhuǎn)K31轉(zhuǎn)盤(pán)反轉(zhuǎn)K32機(jī)械手正轉(zhuǎn)K33機(jī)械手反轉(zhuǎn)6. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)本機(jī)械手傳送單元的工作原理及其控制要求設(shè)計(jì)出了以PLC為控制單元的機(jī)械手傳送單元。PLC的I/O分配輸入信號(hào)表接線編號(hào)接線位置線路名稱傳感器名稱DDI131I2.0S30-S轉(zhuǎn)盤(pán)定位傳感器DDI122I2.1S31-S轉(zhuǎn)盤(pán)有料傳感器DDI143II2.2S32-S機(jī)械手順旋傳感器DDI154I2.3S33-S機(jī)械手逆旋傳感器DDI165I2.4S34-S機(jī)械臂推出傳感器DDI176I2.5S35-S機(jī)械臂壓下傳感器DDI1267I2.6S36

9、-S小車返回傳感器DDI278I2.7S37-S小車送出傳感器9A/N啟用PLC的程序信號(hào)輸出信號(hào)表接線編號(hào)接線位置信號(hào)名稱線路名稱驅(qū)動(dòng)設(shè)備名稱2DD0121Q2.1AD30轉(zhuǎn)盤(pán)正轉(zhuǎn)拖動(dòng)電機(jī)2DD0143Q2.3AD32機(jī)械手正轉(zhuǎn)電機(jī) 2DD0154Q2.4AD33機(jī)械手反轉(zhuǎn)電機(jī)1DD005Q2.5AD34機(jī)械臂推拉氣缸1DD016Q2.6AD35機(jī)械臂升降氣缸1DD027Q2.7AD36手指iDD098Q3.0AD37小車（送出）iDD0109Q3.1AD38小車（退回）2DD0132Q2.2AD31轉(zhuǎn)盤(pán)反轉(zhuǎn)拖動(dòng)電機(jī)7.機(jī)械手相關(guān)參數(shù)介紹機(jī)械手的自由度每一個(gè)構(gòu)件（即運(yùn)動(dòng)件）相對(duì)固定坐標(biāo)系所具

10、有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)稱為自由度。本機(jī)械手有六個(gè)自由度(手臂的三個(gè)自由度)即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng), 手指的夾放動(dòng)作不能改變工件的位置和方位，故它不計(jì)為自由度數(shù)。本機(jī)械手傳送單元的傳感器信號(hào)與負(fù)載驅(qū)動(dòng)1.傳感器信號(hào)類型: (1)本設(shè)備所選用各類傳感器的供電源均為24VDC; 輸出驅(qū)動(dòng)電路均為NPN型集電極開(kāi)路形式;結(jié)構(gòu)原理如圖所示; (2)設(shè)備中氣缸定位所使用的磁開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)及使用原理如圖所示注意: 設(shè)備信號(hào)輸出端均為灌電流驅(qū)動(dòng)電路, 嚴(yán)禁直接接入24V+!2. 信號(hào)的傳輸與使用 信號(hào)直接輸出,不敷出與PLC輸入端口相接;電平關(guān)系如圖所示;3. 負(fù)載的驅(qū)動(dòng)模型裝置上共有兩類設(shè)備(負(fù)載);繼電器和電磁

11、閥, 工作時(shí)由PLC輸出口直接驅(qū)動(dòng); 電平關(guān)系如圖所示;機(jī)械手接線圖（詳細(xì)）L30運(yùn)行指示燈CK30切換ACK31切換MK30轉(zhuǎn)盤(pán)正轉(zhuǎn)K31轉(zhuǎn)盤(pán)反轉(zhuǎn)K32機(jī)械手正轉(zhuǎn)K33機(jī)械手反轉(zhuǎn)K34推拉手K35升降手K36手指張合K37小車出K38小車回PLC IO分配點(diǎn)接線圖B-0板4.PLC輸入模塊板1代表轉(zhuǎn)盤(pán)定位傳感器S30-S 2代表物料傳感器S31-S3代表機(jī)械手正轉(zhuǎn)限位S32-S4代表機(jī)械手反轉(zhuǎn)限位S33-S 5代表機(jī)械手推出限位S34-S6代表機(jī)械手下降限位S35-S 7小車返回限位S36-S 8小車送出限位S37-S 9代表自動(dòng)手動(dòng)換擋開(kāi)關(guān)電源PLC24V電源開(kāi)關(guān)電源 PLC24V電源開(kāi)關(guān)

12、電源 PLC24V電源 開(kāi)關(guān)電源 PLC24V電源 開(kāi)關(guān)電源PLC24V電源BN板PLC手動(dòng)輸入模塊1代表機(jī)械手推出開(kāi)關(guān)2代表機(jī)械手下降開(kāi)關(guān)3代表機(jī)械手夾緊開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)電源PLC24V電源PLC繼電器模塊板DB-0板24V+為開(kāi)關(guān)電源24-為PLC電源DB-1板DB-2板PLC輸出模塊板1代表轉(zhuǎn)盤(pán)正轉(zhuǎn)AD30 2代表轉(zhuǎn)盤(pán)反轉(zhuǎn)AD313代表機(jī)械手正轉(zhuǎn)AD324代表機(jī)械手反轉(zhuǎn)AD33 5代表機(jī)械手推出AD34 6代表機(jī)械手下降A(chǔ)D35 7代表機(jī)械手夾緊AD36 8代表小車返回AD37 9代表小車送出AD38BI板 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源7.硬件調(diào)試調(diào)整好轉(zhuǎn)盤(pán)、傳感器、機(jī)械手、小車等

13、高度與位置。使其機(jī)械手推出與降下夾手時(shí)正好能在轉(zhuǎn)盤(pán)中夾取到貨物與能將貨物放入小車中。8.軟件調(diào)試 將所編寫(xiě)的梯形圖程序進(jìn)行編譯，通過(guò)上下位機(jī)的連接電纜把程序下載到PLC中。剛編好的程序難免有這樣那樣的缺陷或錯(cuò)誤。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除程序中的錯(cuò)誤，減少系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，確保系統(tǒng)在各種正常和異常情況時(shí)都能做正確的響應(yīng)，需要進(jìn)行離線測(cè)試，既不將PLC的輸出接到設(shè)備上。按照控制要求在指定輸入端輸入信號(hào)，觀察輸出指示燈的狀態(tài)，若輸出不符合要求，則查找原因，并排除之。9.整體調(diào)試將設(shè)備接入PLC，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，看是否滿足要求，如果不滿足要求，可通過(guò)綜合調(diào)整軟件和硬件系統(tǒng)，直到滿足要求為止。結(jié)論：縱觀了近年來(lái)機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械手方面的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械手技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和PLC控制的設(shè)計(jì)方案。采用整體化的設(shè)計(jì)思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點(diǎn)并進(jìn)行互補(bǔ)優(yōu)化。對(duì)機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。在其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)中選擇PLC的控制單元來(lái)完成系統(tǒng)功能的初始化、機(jī)械手的移動(dòng)等功能。最后提出了一種簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、理論