機械手三菱PLC控制系統(tǒng)的設計

1、論文題目：四自由度機械手PLC控制系統(tǒng)的設計 四自由度機械手PLC控制系統(tǒng)的設計 摘要 隨著工業(yè)機械手的進一步發(fā)展，其發(fā)展將更趨向于人性化、智能化并將在更加廣泛的領域得到應用。本文將以四自由度工業(yè)機械手為例，采用可編程序控制器（PLC）設計其控制系統(tǒng),以提高其工作的穩(wěn)定性能。關鍵詞 步進控制、自動控制、單周控制、狀態(tài)初始化、狀態(tài)轉(zhuǎn)換 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，工業(yè)搬運機械手得以廣泛應用，它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。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，

2、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）設計其控制系統(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。本文以四自由度工業(yè)機械手為例，采用可編程序控制器（PLC）設計其控制系統(tǒng)。效率分析 一、機械手動作過程與要求1、機械手的運動機構(gòu)四自由度工業(yè)機械手動作過程如圖所示，其中，1為立柱作180°的回轉(zhuǎn)運動，2為沿立柱作上下移動，3為沿水平方向作 3 4 5伸縮運動柱，4為手腕作180°的回轉(zhuǎn)運動， 5為手指的夾緊、放松運動。對應每個動作 2均裝有行程到位檢測開關、機械手減速作緩， 1沖運動的檢測開關用來作為PLC控制機

3、械手動作的輸入信號，使其在運動過程中定位準確、平穩(wěn)?？刂频臍鈩踊芈穲D及電磁閥動作表如圖所示。Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17上升上升緩沖+正擺+夾緊+伸出伸出緩沖正轉(zhuǎn)+放松縮進縮進緩沖+反轉(zhuǎn)反擺下降下降緩沖+2、機械手的控制方式（1）回原點控制：由操作面板上的選擇開關選擇回原點，再由回原點按鈕進行控制，整個過程自動完成，并有回原點到位顯示。開始（2）手動控制：由操作面板上的選擇開關選擇手動，再由面板上的按鈕分別控制手動控制機械手的十個動作。（3）自動控制方式，其動作流程圖如圖所示。上升a、步進控制：由操作面板上的選擇 正擺開關選擇步進控制，每按一次起動按鈕，

4、 夾緊機械手按動作順序，向前執(zhí)行一步動作。 正轉(zhuǎn)b、單周控制：由操作面板上的選擇開關選擇單周控制，機器在原位時,按下伸出起動按鈕，自動的完成一個執(zhí)行周期的放松操作,操作完后機器又停在原位上。若在 縮進執(zhí)行過程中，按下停止按鈕，則機器停留反轉(zhuǎn)該步工序上。再按下起動按鈕，則又從該 步工序繼續(xù)工作，最后仍自動地停在原位反擺上。 下降 c、自動控制：由操作面板上的選擇開關選擇自動控制方式，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。二、機械手控制的PLC造型及IO分配根據(jù)機械手的控制要求，所有的輸入量均為開關量，且輸入

5、點為30點、輸出點為23點，共計53點。為此，考慮預留一定的IO余量及PLC硬件資源充分利用的要求，選用性能價格比較高的FXON60MR可編程序控制器。（一）、FXON60MR性能簡介FXON60MR基本單元輸入繼電器編號為X0X7，X10X17，X20X27，X30X37，X40X43，共36點，輸出繼電器編號為Y0Y7，Y10Y17，Y20Y27，共24點，內(nèi)部有輔助繼電器384點、保持繼電器128點（電池支持），256個專用輔助繼電器，及一些常用的定時器、計數(shù)器、狀態(tài)器。（二）、機械手PLC控制的PLCIO表輸入地址對應開關名稱作用輸入地址對應開關名稱作用X0SA11單一操作X21SB1

6、3下降按鈕X1SA12返回原點X22SQ1上升行程開關X2SA13步進控制X23SQ2上升緩沖檢測開關X3SA14單周控制X24SQ3下降緩沖檢測開關X4SA15連續(xù)控制X25SQ4下降行程開關X5SB1返回原點按鈕X26SQ5正擺行程開關X6SB2起動按鈕X27SQ6反擺行程開關X7SB3停止按鈕X30SQ7伸出行程開關X10SB4正轉(zhuǎn)按鈕X31SQ8伸出緩沖檢測開關X11SB5反轉(zhuǎn)按鈕X32SQ9縮進緩沖檢測開關X12SB6伸出按鈕X33SQ10縮進行程開關X13SB7縮進按鈕X34SQ11正轉(zhuǎn)行程開關X14SB8正擺按鈕X35SQ12反轉(zhuǎn)行程開關X15SB9反擺按鈕X16SB10夾緊按鈕

7、X17SB11放松按鈕X20SB12上升按鈕輸出地址動作元件功能作用輸出地址動作元件功能作用Y3YA1上升Y12YA8伸出Y4YA2下降Y13YA9縮進Y5YA3上升緩沖Y14YA10縮進緩沖Y6YA4下降緩沖Y15YA11伸出緩沖Y7YA5正擺Y16YA12正轉(zhuǎn)Y10YA6反擺Y17YA13反轉(zhuǎn)Y11YA7夾緊Y1HL2原點顯示三、電氣控制系統(tǒng)設計（一） PLC控制系統(tǒng)端口分配及接線圖四、PLC的程序設計（一）根據(jù)機械手的工藝要求及其控制方式，設計出控制系統(tǒng)軟件的流程圖。開始初始化狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序初始化手動Y手動程序 N 回原點程序 回原點 Y N 自動 Y 自動程序N結(jié)束（二）根據(jù)上述系統(tǒng)軟件

8、流程圖，設計系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)圖。通用程序 通用程序 CJP0 X0 手動程序 CJ P1 P0 X1返回原點程序 CJP2 P1 X2 X3 X4 自動程序 END P2（三）程序模塊及程序梯形圖1、狀態(tài)初始化在程序設計過程中，手動程序的工作順序不需要從原位開始，故選擇單一手動操作時，對S0復位，而回原點的目的是保證自動程序能從原點開始，故對S0置位，同時為了保證在回原點和手動操作誤按起動按鈕，造成機械手出現(xiàn)誤動作，因此在這個操作時，將中間狀態(tài)的狀態(tài)器進行成批復位。SETS0X1X5RSTS0X0ZRSTS20S30X0X1M80022、狀態(tài)轉(zhuǎn)換起動在自動程序中，包括步進、單周和連續(xù)操作三種方式

9、，為能確認選擇三種不同的操作，設置了狀態(tài)轉(zhuǎn)換起動電路。X4M0X7X2 （M0）X6X3X4X25X27Y11X33X35（Y25）M0為開始轉(zhuǎn)換狀態(tài)輔助繼電器，Y25為原點的條件，而M0的控制正是根據(jù)自動程序中三種不同的操作方式設計的，如：步進、 單周控制時，只需一個起動的信號，就可以實現(xiàn)從原點起動，并按流程圖的順序轉(zhuǎn)換，直至停止，對連續(xù)控制，則要求保證有一個連續(xù)的M0的信號，故采用X4與M0相串聯(lián)的自保持電路。3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止當用步進梯形指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時，特殊輔助繼電器M8040動作，則狀態(tài)器的自動轉(zhuǎn)換就被禁止，這樣設計的目的，是為了（1）在單周操作時，保證在按下停止按鈕時，操作停止在

10、現(xiàn)行工序，而當按起動按鈕時，又可以繼續(xù)工作。（2）在步進方式時，M8040始終得電，狀態(tài)器自動轉(zhuǎn)換被禁止，按一下起動按鈕，在當前狀態(tài)的工作完成的前提下，才能進行下一狀態(tài)轉(zhuǎn)移，完成下一步工序處理。X6PLSM2X7X3M2（M8040）X2X0X1M8002M80404、回原點程序在選擇回原點的工作方式，只要按下回原點按鈕，則整個過程自動完成。當返回原點后設置顯示裝置，其動作的順序為：松開縮進反轉(zhuǎn)反擺下降結(jié)束并顯示原點位置。X1X5X25 （M3）M3M3 RST Y11 X33 (Y13) X32 (Y14) Y14 X33 X35 (Y17) X35 X27 (Y10) X27 (Y4) X

11、24 (Y6) Y6 5、手動程序在有初始化程序的前提下，只要按相應的按鈕，就可以完成相應動作的要求，故電路中只要設置必要的聯(lián)鎖及限位控制。X20X21 X22Y4 (Y3)X23 (Y5) Y5 X21 X20 X25 Y3 (Y4) X24 (Y6) Y6 X14 X15 X26 Y10 (Y7) X15 X14 X27 Y7 (Y10) X16 X17 SET Y11 X17 X16 RST Y11 X10 X11 X34 Y17 (Y16) X11 X10 X35 Y16 (Y17) X12 X13 X30 Y13 (Y12) X31 (Y15) Y15 X13 X12 X33 Y12

12、 (Y13) X32 (Y14) Y146、自動程序根據(jù)動作流程圖，采用順控步進指令很方便就可實現(xiàn)要求，結(jié)合相應的轉(zhuǎn)移條件，設計出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和梯形圖。 S0 M0 Y25 SET S20 STL S20 (Y3) X23 (Y5) Y5 X22 SET S21 STL S21 (Y7) X26 SET S22 STL S22 SET Y11 (T0 K50) T0 SET S23 STL S23 (Y12) X31 (Y15) Y15 X30 SET S24 STL S24 (Y16) X34 SET S25 STL S25 RST Y11 (T1 K50) T1 SET S26 STL S26 (Y13) X32 (Y14) Y14 X33 SET S27 STL S27 (Y17) X35 SET S28 STL S28 (Y10) X27 SET S29 STL S29 (Y4) X24 (Y6) Y6 X25 SET S0 RST7、將上述通用程序塊、手動程序塊、自動程序塊、回原點程序塊，按跳轉(zhuǎn)條件程序有機地連接起來，即得到四自由度機械手實現(xiàn)控制的總程