基于PLC的物料分揀操縱器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

VII1.2物料分揀機(jī)械手國內(nèi)外研究現(xiàn)狀無論是在國內(nèi)還是國外，機(jī)械手都得到了重視和很多公司的青睞，機(jī)械手之所以炙手可熱的原因是其能夠達(dá)到很高程度的自動(dòng)化，并且也真正的得到了大量的采用?？梢钥闯觯芏喟l(fā)達(dá)國家掌握的物料分揀系統(tǒng)技術(shù)日趨成熟，并且在應(yīng)用的過程中也變得越來越精密。物料分揀系統(tǒng)最普遍的應(yīng)用在化妝品制造業(yè)，醫(yī)療業(yè)等行業(yè)。目前，世界很多發(fā)達(dá)的國家在機(jī)械手的應(yīng)用方面達(dá)到了成熟的程度，并且運(yùn)用到了物流方面即自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)化。德國西門子公司在物流設(shè)備系統(tǒng)的研發(fā)，自動(dòng)分揀設(shè)備的推陳出新過程中顯示出了重要的地位。雖然物料分揀系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)用戶的技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)條件都有著一定程度的要求和限制。因此，在世界上的很多國家的某些行業(yè)不運(yùn)用自動(dòng)分揀系統(tǒng)是常見的現(xiàn)象。主要原因如下：一是整個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備復(fù)雜，需要有大量資本投入，要有可靠的保證。此外，有必要一次投入大量資金，早期資本投資回收相對(duì)較慢。很多因素讓小型企業(yè)沒有辦法使用整套的物料分揀系統(tǒng)，有能力對(duì)物料分揀系統(tǒng)進(jìn)行投資的只有一些大型制造公司和物流公司。此外，該系統(tǒng)對(duì)商品包裝也有較高的要求。標(biāo)準(zhǔn)化包裝和定制分揀機(jī)等二次措施的采用可以使大多數(shù)物料可以根據(jù)分揀貨物的統(tǒng)一包裝特點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)分揀，難點(diǎn)就在于國家允許的包裝標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一很難和分揀機(jī)的定制會(huì)是硬件的成本增加，特定產(chǎn)品的分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能會(huì)受到多功能性的影響。但在這個(gè)需要高效率和快速技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，物料分揀系統(tǒng)的發(fā)展與創(chuàng)新受到了高度重視。本課題以PLC為基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)械手的物料分揀系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了在實(shí)際生產(chǎn)中的效率。汽車制造業(yè)是最早的機(jī)器人領(lǐng)域，可以達(dá)到焊接，涂裝，裝卸，搬運(yùn)的目的。在擴(kuò)展和擴(kuò)展人類手足腦功能的同時(shí)，它還可以替代大量極端環(huán)境中的人，例如在，有毒有害，低溫高溫等惡劣環(huán)境中工作;使生產(chǎn)效率得到了很大提高，同時(shí)確保產(chǎn)品質(zhì)量而不是人們單調(diào)地重復(fù)無聊的工作和勞動(dòng)。如今，機(jī)器人在人們的生活，工業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)方面都有應(yīng)用，隨著技術(shù)的提高，功能和性能都有長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前，外國的公司占據(jù)了國內(nèi)市場(chǎng)的很大一部分。在全球眾多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中，國內(nèi)機(jī)器人公司面臨巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。從“制造強(qiáng)國”轉(zhuǎn)向“制造強(qiáng)國”是中國目前正在經(jīng)歷的重要發(fā)展階段。追趕國際發(fā)展水平，在國際市場(chǎng)有發(fā)言權(quán)是中國制造業(yè)面臨的艱巨挑戰(zhàn)。當(dāng)務(wù)之急是改善中國的工業(yè)自動(dòng)化。政府在機(jī)器人領(lǐng)域的資本投入和支持將為機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展注入新鮮血液。如今，機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展到更深層次和更廣泛的范圍。機(jī)器人技術(shù)的日趨成熟使機(jī)器人能夠在很多方便得到應(yīng)用。從傳統(tǒng)的汽車制造領(lǐng)域擴(kuò)展到非制造領(lǐng)域。為了滿足機(jī)械手產(chǎn)品應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí)的需要，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于中國物流業(yè)起步較晚，物料分揀系統(tǒng)在人工操作中占有很高的比例。中國最早使用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的領(lǐng)域是物流方面。物料分揀系統(tǒng)的使用改變了人工對(duì)物料進(jìn)行分揀的方式，降低了成本，大大減少了繁重的手工勞動(dòng)，更重要的是提高了分揀操作的準(zhǔn)確性。最近幾年，我國將物料分揀系統(tǒng)的性能和結(jié)構(gòu)，控制方式不斷加以完善和改進(jìn)，并且把這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到了工業(yè)實(shí)際中。設(shè)備的主腦和運(yùn)行通道能夠達(dá)到相應(yīng)的控制效果。對(duì)于很多同類型產(chǎn)品來說PLC有著很大優(yōu)勢(shì)。例如直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器或者翻轉(zhuǎn)電磁鐵和電磁離合器。簡(jiǎn)化了編程的同時(shí)，也省去了驅(qū)動(dòng)電路，給制造方帶來了很多便利。因?yàn)槌绦蛞子谛薷?，使得控制系統(tǒng)更加可靠和穩(wěn)定，對(duì)于系統(tǒng)的維護(hù)也更加容易。機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)：目前在很大范圍范圍內(nèi)，機(jī)械手領(lǐng)域正在朝向重復(fù)高精度，模塊化，無給油化，機(jī)電一體化的趨勢(shì)發(fā)展，重復(fù)高精度能夠使機(jī)器人的到達(dá)位置更加準(zhǔn)確，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，并且減少錯(cuò)誤，使得實(shí)際操作過程中的誤差大大減少，模塊化能夠使機(jī)器人更加靈活，無給油化即達(dá)到了無油潤滑，改善了環(huán)境的同時(shí)也能使成本減少，因此在很多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，機(jī)電一體化仍然是典型控制系統(tǒng)的重要組成，提高了控制精度，使得簡(jiǎn)化了操作流程。1.3機(jī)械手概念及基本特點(diǎn)機(jī)械手分類：專用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很簡(jiǎn)易，作用的對(duì)象也很簡(jiǎn)單，程序固定并且可以實(shí)時(shí)進(jìn)行修改，通常用于大批量的生產(chǎn)，自動(dòng)化程度也很高。通用機(jī)械手在中小批量生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，它的控制系統(tǒng)是獨(dú)立的、可以對(duì)程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖?、?dòng)作也是各式各樣的，并且適用于可變換生產(chǎn)品種。大量應(yīng)用于柔性自動(dòng)線是由于其觸及的范圍很廣，定位準(zhǔn)確，通用于很多領(lǐng)域。機(jī)械手作為機(jī)器人的主要組成部分，在近幾十年得到了很好的發(fā)展，機(jī)高新興自動(dòng)化設(shè)備。人們的目的和期望可以借由編寫程序來達(dá)成，這也是機(jī)械手受到廣泛采用的主要原因，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和能力體現(xiàn)了人的優(yōu)點(diǎn)和機(jī)器的特點(diǎn)，并且將二者很好地結(jié)合，人類的適應(yīng)能力和智慧在其中得到了很好地體現(xiàn)。并且，機(jī)械手之所以發(fā)展前景廣闊，主要是因?yàn)闄C(jī)械手在不同的環(huán)境中都能夠很好地完成相應(yīng)的工作。手部對(duì)機(jī)械手來說非常重要，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也是機(jī)械手的一部分。機(jī)械手的手部有夾持型、托持型和吸附型等，機(jī)械手的多種形式是根據(jù)作用對(duì)象的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而產(chǎn)生的，機(jī)械手的第一個(gè)重要作用是對(duì)物料進(jìn)行作用。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以改變被作用對(duì)象的位置，造型，達(dá)到手部完成各種規(guī)定工作的目的，如轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)。自由度關(guān)系到機(jī)械手的設(shè)計(jì)過程，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式被人們命名為自由度。自由度是判斷機(jī)械手作用的一個(gè)重要指標(biāo)，是能實(shí)現(xiàn)眾多功能的機(jī)械，當(dāng)編寫程序發(fā)生改變時(shí)，相應(yīng)動(dòng)作也會(huì)發(fā)生改變，也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化定位控制，在不同環(huán)境中工作時(shí)可以用來搬運(yùn)相應(yīng)環(huán)境中的作用對(duì)象。當(dāng)機(jī)械手擁有6個(gè)自由度時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)抓取工作區(qū)域里各個(gè)角度和任意方向的目標(biāo)。越復(fù)雜和靈活的機(jī)械手則擁有越多的自由度，能實(shí)現(xiàn)的功能越多，能有應(yīng)用的領(lǐng)域也就越多。一般機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。有時(shí)機(jī)械手會(huì)對(duì)一些機(jī)器起到輔助作用，并且也能夠?qū)ιa(chǎn)線上的貨物進(jìn)行傳送或者對(duì)某些工作區(qū)的道具進(jìn)行更換，這種情況下，我們一般不采用單獨(dú)的控制裝置對(duì)其作用。有一種機(jī)械手被人們稱為主從式機(jī)械手，用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品時(shí)有些操作裝置需要由人直接操縱。機(jī)械手是很多實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)經(jīng)常遇到的一種作用對(duì)象。機(jī)械手在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，可以完成如搬運(yùn)、配置、切割、噴染等等許多重要的工作。而使用PLC對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，并且達(dá)到人們想達(dá)到的目的時(shí)，機(jī)械手既提高勞動(dòng)效率，電路回路也得到簡(jiǎn)化，得到成本的節(jié)約目的。模塊化技術(shù)的應(yīng)用，我們大多數(shù)采用PLC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)物料分揀的目的。并且以PLC為核心控制的系統(tǒng)要求動(dòng)作精準(zhǔn)定位以達(dá)到物料分揀的目的，能夠減少工作時(shí)長(zhǎng)，勞動(dòng)效率也能大大提升。具有堅(jiān)固、高速和良好的可操作性。可進(jìn)行大批量產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、造型美觀、重量輕是其主要特點(diǎn)，不同生產(chǎn)流程的生產(chǎn)線可以根據(jù)不同功能機(jī)床與不同功能設(shè)備的組合與搭配來實(shí)現(xiàn)。1.4PLC的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)PLC技術(shù)是自動(dòng)控制技術(shù)和其他很多先進(jìn)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，以中央處理器為核心，它的性能非?？煽?、也有著完備的功能、有著不同的搭配方式、容易編程、消耗率也低等優(yōu)點(diǎn)，PLC在物料分揀機(jī)械手系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，是一種占據(jù)空間較小，有著穩(wěn)定的性能，出現(xiàn)的故障很少，動(dòng)作準(zhǔn)確的控制方式。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于眾多行業(yè)，鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等。使用情況大致可歸納為6類：開關(guān)量的邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通訊及聯(lián)網(wǎng)。PLC的發(fā)展趨勢(shì)：（1）產(chǎn)品規(guī)模有兩個(gè)主要的發(fā)展方向：大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲(chǔ)器、掃描速度高速化；?。河烧w向小型模塊化靠近，把裝配產(chǎn)品的靈活性提高，投入的成本得到降低；（2）PLC實(shí)現(xiàn)性能良好的閉環(huán)控制；（3）使通訊功能得到改善和加強(qiáng)；（4）新器件和模塊不斷推出高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還帶有處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計(jì)時(shí)模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊等專用化模塊；（5）令更多的工具和方法能夠?qū)ζ渚幊?，使其設(shè)計(jì)功能多樣化，編程語言更加標(biāo)準(zhǔn)化，開發(fā)出更多種類的編程器及編程軟件，或簡(jiǎn)單或復(fù)雜，完善現(xiàn)有的梯形圖、功能圖、語言表等編程語言，使PLC的指令系統(tǒng)更加高級(jí)；（6）一種多設(shè)備共同工作的工作方式被我們稱作發(fā)展容錯(cuò)技術(shù)；（7）追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。第二章機(jī)械手的工作原理2.1設(shè)計(jì)介紹物料分揀機(jī)械是自動(dòng)化程度很高的機(jī)械設(shè)施，為了達(dá)到貨物的精準(zhǔn)作用這一功能，電氣系統(tǒng)要事先把動(dòng)作設(shè)定好。此次涉及的物料分揀機(jī)械手預(yù)期能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)如下：控制系統(tǒng)能夠根據(jù)PLC輸入的指令，準(zhǔn)確靈活的控制搬運(yùn)機(jī)械手，完成搬運(yùn)任務(wù)；控制系統(tǒng)能夠?qū)⑾到y(tǒng)狀態(tài)顯示出來，綠色指示燈能夠顯示系統(tǒng)的各個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài)，即正在運(yùn)行的狀態(tài)；紅色指示燈則展現(xiàn)了規(guī)定部件處于的停止?fàn)顟B(tài)，停止按鈕對(duì)應(yīng)紅色指示燈，啟動(dòng)按鈕對(duì)應(yīng)綠色指示燈?？刂葡到y(tǒng)針對(duì)不同生產(chǎn)任務(wù)的要求能夠保證搬運(yùn)機(jī)械手完成相應(yīng)的搬運(yùn)指令，能夠準(zhǔn)確完成貨物的搬運(yùn)，保證快速性和準(zhǔn)確性兼顧；按下急停按鈕，能夠立即停止工作，保證了生產(chǎn)的安全性。不同的設(shè)計(jì)程序，能夠使物料分揀機(jī)械手實(shí)現(xiàn)不同的功能，通過改變程序的控制方法，達(dá)到靈活的生產(chǎn)和控制。2.2機(jī)械手的工藝過程機(jī)械手由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺紋絲桿旋轉(zhuǎn)則完成了的它的上升、下降、左移、右移。在示意圖2-1中展示了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和各部分動(dòng)作。原點(diǎn)為機(jī)械手停止的初始位置，當(dāng)啟動(dòng)按鈕被按下，機(jī)械手將下降——加緊工件——上升——右移——順時(shí)針旋轉(zhuǎn)——再下降——放松工件——再上升——逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)——左移十個(gè)動(dòng)作，這樣就將一個(gè)工作周期運(yùn)行完畢。如圖2-2所示展示了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過生。相應(yīng)的限位開關(guān)控制了機(jī)械手的下降、上升、右移、左移、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作轉(zhuǎn)換，而時(shí)間控制了機(jī)械手的加緊、放松動(dòng)作。圖2-1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和各部分動(dòng)作示意圖圖2-2機(jī)械手簡(jiǎn)單工作過程示意圖2.3本章小結(jié)在工作原理方面，本章進(jìn)行了介紹，同時(shí)闡釋了設(shè)計(jì)介紹和機(jī)械手的工作原理方面，在設(shè)計(jì)介紹中說明了控制系統(tǒng)達(dá)到的功能，圖2-1展示了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和各部分動(dòng)作示意圖，圖2-2展示了機(jī)械手的簡(jiǎn)單工作過程。第三章機(jī)械手各部分設(shè)計(jì)方案3.1控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要是在現(xiàn)有硬件設(shè)備條件下，通過軟件編程，對(duì)于機(jī)械手進(jìn)行有序的控制，提高搬運(yùn)工作的準(zhǔn)確性、安全性。主要由S7-200PLC來進(jìn)行控制，通過步進(jìn)電機(jī)，直流減速電機(jī)，電磁閥來控制搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3－1所示。圖3-1機(jī)械手控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖通過對(duì)機(jī)械控制，機(jī)械手能夠完成以上的工藝，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠由PLC得控制電機(jī)來控制，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)電磁閥的開通，關(guān)閉，機(jī)械手臂的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手的上升、下降、左移和右移能夠由步進(jìn)電機(jī)的功能來實(shí)現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，電磁閥驅(qū)機(jī)械手爪的夾緊和放松也是由此驅(qū)動(dòng)。3.2電氣控制系統(tǒng)及原理圖設(shè)計(jì)3.2.1機(jī)械手電源回路如下圖，本電源回路能夠?qū)⒔涣?20V的電源轉(zhuǎn)換成24V的直流電，整體系統(tǒng)得電的前提是低壓斷路器QR1的關(guān)閉，能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行保護(hù)是熔斷器的主要作用，防止過大電流沖擊。圖中電源G1G2G3分別為PLC電源，步進(jìn)電機(jī)電源和直流減速電動(dòng)機(jī)電源。圖3-2機(jī)械手電源回路3.2.2機(jī)械手輸入信號(hào)回路機(jī)械手系統(tǒng)PLC輸入信號(hào)回路（一）如下圖。SB1是伸出限位開關(guān)，接至PLC的I0.0輸入。SB2是縮回限位開關(guān)，接至PLC的I0.1輸入。SB3是上升限位開關(guān)，接至PLC的I0.2輸入。SB4是夾緊限位開關(guān)，接至PLC的I0.3輸入。SB5是左旋限位開關(guān)，接至PLC的I0.4輸入。SB6是右旋限位開關(guān)，接至PLC的I0.5輸入。圖3-3PLC輸入信號(hào)回路（一）機(jī)械手系統(tǒng)PLC輸入信號(hào)回路（二）如圖3-4所示。SB7是移動(dòng)到位限位開關(guān)，接至PLC的I0.7輸入。SB8是復(fù)位到位限位開關(guān)，接至PLC的I1.0輸入。SB9是手動(dòng)左旋開關(guān)，接至PLC的I1.1輸入。SB10是手動(dòng)右旋開關(guān)，接至PLC的I1.2輸入。SB11是手動(dòng)提升開關(guān)，接至PLC的I1.3輸入。SB12是手動(dòng)下降開關(guān)，接至PLC的I1.4輸入。SB13是手動(dòng)伸出開關(guān)，接至PLC的I1.5輸入。圖3-4PLC輸入信號(hào)回路（二）機(jī)械手系統(tǒng)PLC輸入信號(hào)回路（三）如下圖。SB14是讓機(jī)械手縮回的開關(guān)，與PLC的I1.6相連接。SB15讓手動(dòng)狀態(tài)和自動(dòng)狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換的裝置，接至PLC的I1.7輸入。SB16是緊急停止開關(guān)，接至PLC的I1.8輸入。圖3-5PLC輸入信號(hào)回路（三）3.2.3機(jī)械手輸出信號(hào)回路PLC輸出信號(hào)原理圖（一），如圖3-6所示。S7-200PLC的Q0.0是高速脈沖輸出口，加到橫向行走步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的PLS+，經(jīng)過PLS-流回S7-200PLC的公共端，構(gòu)成橫向行走步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的行走脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)。S7-200PLC的Q0.1也是高速脈沖輸出口，高速脈沖信號(hào)經(jīng)過2千歐的電阻限流，加到縱向升降步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的PLS+，經(jīng)過PLS-流回S7-200PLC的公共端，構(gòu)成縱向升降步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的升降脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)。S7-200PLC的Q0.2是機(jī)械手橫向行走正反轉(zhuǎn)控制端，通過2千歐的電阻限流，加到橫向行走步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的DIR+，經(jīng)過DIR-流回S7-200PLC的公共端，構(gòu)成行走步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的正驅(qū)動(dòng)和反驅(qū)動(dòng)，將系統(tǒng)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)進(jìn)行相互的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的左移和右移的控制。S7-200PLC的Q0.3是機(jī)械手縱向上升、下降的控制端，通過2千歐的電阻限流，加到上升、下降步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的DIR+，經(jīng)過DIR-流回S7-200PLC的公共端。構(gòu)成上升、下降進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的正驅(qū)動(dòng)和反驅(qū)動(dòng)。來實(shí)現(xiàn)對(duì)上升、下降步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升、下降的控制。S7-200PLCQ0.4、Q0.5是機(jī)械手轉(zhuǎn)臺(tái)左旋，右旋的控制端。圖3-6PLC輸出信號(hào)回路（一）PLC輸出信號(hào)原理圖（二），如圖3-7所示。S7-200PLCQ0.6、Q0.7是機(jī)械手手抓抓緊放松控制端。圖3-7PLC輸出信號(hào)回路（二）3.2.4機(jī)械手轉(zhuǎn)臺(tái)控制回路機(jī)械手轉(zhuǎn)臺(tái)控制回路,如下圖。當(dāng)Q0.4為“1”即繼電器KM1得電時(shí)直流減速電動(dòng)機(jī)左旋。當(dāng)Q0.5為“1”即繼電器KM2得電時(shí)直流減速電動(dòng)機(jī)右旋。圖3-8機(jī)械手轉(zhuǎn)臺(tái)控制回路3.2.5機(jī)械手橫向運(yùn)動(dòng)控制電路橫向步進(jìn)驅(qū)動(dòng)回路如圖3-8所示。主要控制機(jī)械手橫向行走步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)機(jī)械手沒有發(fā)生行走越位時(shí)，繼電器KS1線圈得電，繼電器KS1常開觸點(diǎn)閉合，橫向行走步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器就接到直流24V電源上。PLS+接到來自S7-200PLCQ0.0發(fā)出的左右行走脈沖和DIR+接到S7-200PLCQ0.2的方向信號(hào)時(shí)，Q0.2為“1”時(shí)，行走步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械手右移。Q0.2為“0”時(shí)，行走步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械手左移。圖3-9機(jī)械手橫向運(yùn)動(dòng)控制電路3.2.6機(jī)械手縱向運(yùn)動(dòng)控制電路縱向步進(jìn)驅(qū)動(dòng)回路如圖3-10所示。主要控制機(jī)械手縱向行走步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)機(jī)械手沒有發(fā)生上下越位時(shí)，繼電器KS2線圈得電，繼電器KS2常開觸點(diǎn)閉合，上下步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器就接到直流24V電源上。PLS+接到來自S7-200PLCQ0.1發(fā)出的上升、下降脈沖和DIR+接到S7-200PLCQ0.3的方向信號(hào)時(shí)，Q0.3為“1”時(shí)，上升、下降步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械手上升。Q0.3為“0”時(shí)，升降步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械手下降。圖3-10機(jī)械手縱向運(yùn)動(dòng)控制電路3.3電器元器件的選型及參數(shù)表3-1電器元件明細(xì)表序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2M41222步進(jìn)電機(jī)2S42Q-29402控制X、Y軸3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2M86014步進(jìn)電機(jī)2S86Q-30801控制D軸5M系列永磁直流電動(dòng)機(jī)M28-83116制動(dòng)電阻1Ω17可編程控制器S7-200系列CPU226CN1續(xù)表3－18可編程控制器S7-200系列CPU222CN1擴(kuò)展I/O口9繼電器JZ-11510按鈕LA10-19啟動(dòng)用綠色停止用紅色11旋鈕LA18-22X212行程開關(guān)KW-76限位開關(guān)13槽型光電開關(guān)EE-SX670A214限流電阻2kΩ6步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器中15熔斷器RL1-15616熔斷器RL1-15417低壓斷路器DZ15-40/1118開關(guān)電源YL-00324V6A23.3.1步進(jìn)電機(jī)的選型步進(jìn)電機(jī)能夠接收由數(shù)字控制的信號(hào)，或者說電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)⒊杀具M(jìn)行降低，相比于傳統(tǒng)的直流伺服系統(tǒng)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)不需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行很大變化。隨著控制系統(tǒng)數(shù)字化程度的加深，步進(jìn)電機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中能夠發(fā)揮有很多效用。改變角位移量的方法主要是改變脈沖個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位；同時(shí)為了控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，可以把脈沖頻率改變，這樣便可達(dá)到對(duì)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。步進(jìn)電機(jī)在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中有著很多的方便之處，所以步進(jìn)電機(jī)作為系統(tǒng)之中很重要的一部分，得到了很多公司的青睞并且加以采用，步進(jìn)電機(jī)也是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要組成部分。下面我們將對(duì)步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)、細(xì)分驅(qū)動(dòng)以及本課題用到的步進(jìn)電機(jī)精確定位進(jìn)行詳細(xì)的討論。3.3.2步進(jìn)電機(jī)（2S42Q-02940）的參數(shù)表3-2步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)2S86Q-3080步距角1.8°±5%相電流（A）4.0保持扭矩（Nm）1.5阻尼扭矩（Nm）0.07相電阻（Ω）0.95±10%相電感（mH）3.4±20%電機(jī)慣量0.46電機(jī)長(zhǎng)度L（mm）76引線數(shù)量4絕緣等級(jí)B耐壓等級(jí)300VAC1秒最大軸向負(fù)載（N）24最大徑向負(fù)載（N）84工作環(huán)境溫度-10℃～45℃表面溫升最高80℃（兩相接通額定電流）絕緣阻抗最小100MΩ，500VDC重量（kg）1.0引出線長(zhǎng)度（mm）300±5本文采用兩相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器來完成的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，由于PLC無法直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，所以采用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制或者細(xì)分后的信號(hào)能夠使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。如圖3-10展示了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主要構(gòu)成,主要組成部分一般是環(huán)形分配器、信號(hào)放大與處理、推動(dòng)級(jí)、功率放大器等，為了使電機(jī)和運(yùn)動(dòng)過程更加穩(wěn)定，我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)置了保護(hù)電路，設(shè)置保護(hù)電路是達(dá)到相應(yīng)控制目的的重要一步?？刂破骱陀?jì)算機(jī)軟件的組合使用實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)想達(dá)到的功能。軟件控制環(huán)形分配器，電機(jī)的速度也是由軟件調(diào)節(jié)的。計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)能夠看到軟件對(duì)脈沖進(jìn)行配置。脈沖分配器能夠接收脈沖信號(hào),并按照系統(tǒng)要求變換成相應(yīng)的狀態(tài)的信號(hào)，或者開通或者關(guān)斷。信號(hào)放大與處理器能夠?qū)⑾到y(tǒng)導(dǎo)入的信號(hào)加以處理，變成符合狀態(tài)的信號(hào)并且送入相應(yīng)裝置。而有些較小的信號(hào)則會(huì)被放大，并且送入到功率放大器中，這一過程是推動(dòng)級(jí)發(fā)揮了作用。推動(dòng)級(jí)能夠使電平發(fā)生變化，功率放大器直接與電機(jī)的各相繞組連接，這樣便可以收到來自推動(dòng)級(jí)的信號(hào)。同時(shí)也對(duì)繞組承受的電壓和電流進(jìn)行控制。在系統(tǒng)中設(shè)置具有保護(hù)作用的電路，能夠?qū)崿F(xiàn)功率放大器的穩(wěn)定作用，使系統(tǒng)能夠達(dá)到安全穩(wěn)定的運(yùn)行裝態(tài)，防止電流過大，電壓過大對(duì)系統(tǒng)和電路的運(yùn)行產(chǎn)生影響和安全隱患。環(huán)形分配器環(huán)形分配器信號(hào)處理與放大環(huán)形分配器功率放大器保護(hù)圖3-11步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器主要構(gòu)成3.3.3直流減速電機(jī)表3-3永磁直流電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電壓（V）額定轉(zhuǎn)速(r/min)額定轉(zhuǎn)矩(mN·m)額定電流≤(A)額定功率(W)M28-83124300050.171.543.3.4繼電器繼電器是作為能夠達(dá)到控制目的的器件，根據(jù)外界電流，電壓，時(shí)間等一系列的信號(hào)來控制具有較小電流即5V以下的電器。繼電器觸點(diǎn)與控制電路相接觸，并且能夠顯示各式各樣的控制信號(hào)。具體的技術(shù)參數(shù)如下表所示。表3-4JZ-11技術(shù)參數(shù)型號(hào)吸引線圈額定電壓（V）吸引線圈消耗功率（W）觸點(diǎn)額定電流（A）觸點(diǎn)數(shù)量JZ-11直流12、24、48、110、220直流7.55動(dòng)合動(dòng)斷6244263.3.5無觸點(diǎn)行程開關(guān)光電開關(guān)具有體型不大，功能穩(wěn)定，檢測(cè)值精密和反應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn),因?yàn)槲矬w能夠是利用物體對(duì)光線產(chǎn)生影響，即遮擋，吸收，反射，同時(shí)也能根據(jù)物體的外部特征不通過接觸物料進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)行程，速度，大小，寬度進(jìn)行控制和辨別，在人們的日常生活中或者其他的很多領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，例如自動(dòng)門，成為自動(dòng)控制系統(tǒng)和生產(chǎn)線中不可缺少的重要部分。光電器件是光電開關(guān)中最重要的組成部分，并且作為新型產(chǎn)品為人們所熟知，它能夠?qū)⒐饩€的強(qiáng)弱進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并且其傳感系統(tǒng)由發(fā)光二信號(hào)極管，光敏電阻，光電晶體管，光電耦合器等構(gòu)成。3.3.6行程開關(guān)行程開關(guān)用來檢測(cè)分揀工件的位置，也能夠進(jìn)行發(fā)出指令來使其方向發(fā)生改變，也能將其稱為位置開關(guān)。行程開關(guān)能夠分為機(jī)械結(jié)構(gòu)的接觸式行程開關(guān)和電氣結(jié)構(gòu)的非接觸式接近開關(guān)，這是按照按結(jié)構(gòu)分。在達(dá)到對(duì)回路的相應(yīng)控制目的的同時(shí)，接觸式行程開關(guān)將物體移動(dòng)進(jìn)而接觸行程開關(guān)的操作頭使行程開關(guān)的常開觸電導(dǎo)通和常閉觸電關(guān)閉。在本課題中選用KW-7型行程開關(guān)。3.3.7低壓熔斷器由于課題的要求，對(duì)配電電路，電動(dòng)機(jī)或其他用電設(shè)備進(jìn)行不持續(xù)給電作用，線路轉(zhuǎn)換。并且低壓熔斷器又稱自動(dòng)開關(guān)，低壓熔斷器能夠很好地進(jìn)行滅弧，因此在系統(tǒng)中占據(jù)必不可少的地位，自動(dòng)開關(guān)也能起到刀開關(guān)的目的，熔斷器，熱繼電器和欠電壓繼電器的組合能夠起到欠電壓及短路保護(hù)用。表3-5低壓斷路器的技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電壓殼架電流脫扣器額定電流DZ15-40/1220/380406、10、16、20、25、32、403.3.8控制按鈕控制按鈕是控制繼電器，電氣連鎖電路或者接觸器的重要元件，能夠達(dá)到對(duì)各種運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的目的，是一種短時(shí)接通或斷開小電流電路的手動(dòng)主流電器。按鈕有很多形式，是為了達(dá)到不同的控制或操作要求，目前有較多應(yīng)用的有旋轉(zhuǎn)式，指示燈式，緊急式，撳鈕式，帶鎖式等。不同的按鈕有不同的作用，為了便于區(qū)分這些按，人們將按鈕賦予了不同的顏色用以區(qū)分，防止在應(yīng)用中的混淆而產(chǎn)生操作錯(cuò)誤的結(jié)果。本課題中選用8個(gè)LA10-1控制按鈕。3.3.9熔斷器熔斷器在電路中處于串聯(lián)位置，當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時(shí)，因?yàn)榱鬟^熔體的電流過大會(huì)產(chǎn)生較大熱量，此時(shí)熱量會(huì)使熔體熔斷進(jìn)而自動(dòng)分?jǐn)嚯娐?，是低壓電路及電?dòng)機(jī)控制電路中一種最簡(jiǎn)單而有效地短路保護(hù)電器，應(yīng)用十分廣泛。表3-6RL1-15型熔斷器技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電壓UN/V熔斷器額定電流IN/A熔體額定電流INR/ARL1-15直流440152,4,6,103.3.10擴(kuò)展模塊為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于物料更加準(zhǔn)確的分類，我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)置了光電檢測(cè)裝置即光電傳感器，利對(duì)物體的位置，形狀和標(biāo)志符號(hào)等進(jìn)行無接觸檢測(cè)。并且設(shè)置了壓力傳感器，以達(dá)到將物料進(jìn)行完好無損的分揀的目的。由于CPU的輸入輸出口有限，我們采用了EM221擴(kuò)展模塊，以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)裝置與主電路的良好連接。3.3.11觸摸屏本設(shè)計(jì)中我們采用了西門子人機(jī)界面觸摸屏面板TP177A，此面板操作簡(jiǎn)便容易，減少成本，在很多領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。3.4本章小結(jié)第三章所介紹的是機(jī)械手各部分設(shè)計(jì)方案，包括機(jī)械手控制方案的設(shè)計(jì)，電氣控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)中包含電源回路，輸入信號(hào)回路，輸出信號(hào)回路，轉(zhuǎn)臺(tái)控制回路，橫向運(yùn)動(dòng)控制電路，縱向運(yùn)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)電器元器件的選型及參數(shù)，步進(jìn)電機(jī)的選型，步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)，直流減速機(jī)，繼電器，無觸點(diǎn)行程開關(guān)，低壓熔斷器，控制按鈕，熔斷器也進(jìn)行了介紹。第四章機(jī)械手控制系統(tǒng)用戶程序設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求通過機(jī)器人搬運(yùn)將材料從生產(chǎn)線運(yùn)輸?shù)窖b配單元，以便于裝配。機(jī)器人處理的材料重量為：200g-2000g。該機(jī)器人具有180度旋轉(zhuǎn)和伸縮功能，其速度范圍為5cm-10cm/s。整個(gè)控制系統(tǒng)可以自動(dòng)或手動(dòng)循環(huán)。手動(dòng)操作調(diào)試：當(dāng)手動(dòng)//自動(dòng)開關(guān)I1.7為“0”時(shí)，進(jìn)入手動(dòng)操作模式，分別按下左鍵，右旋，升降，下降，伸出和縮回6個(gè)按鈕，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試：當(dāng)手動(dòng)//自動(dòng)開關(guān)I1.7為“1”時(shí)，進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式，下降-延伸-夾緊-上升-右轉(zhuǎn)-下降-放松-縮回-上升-左-處理行動(dòng)是順序?qū)嵤┑?。如果在自?dòng)操作期間按下緊急停止按鈕I2.0，則機(jī)器人立即停止。4.2PLC工作原理及I/O點(diǎn)數(shù)分配PLC工作原理：繼電器控制裝置使用硬邏輯并聯(lián)運(yùn)行模式。換句話說，如果繼電器線圈打開或關(guān)閉，繼電器的常開觸點(diǎn)或常閉觸點(diǎn)將同時(shí)響應(yīng)繼電器的控制下。但是，PLC中的CPU使用在順序邏輯控制下掃描用戶程序的方法。如果輸出繞組或邏輯繞組打開或關(guān)閉，將不會(huì)立即響應(yīng)，觸點(diǎn)僅在掃描時(shí)響應(yīng)。為了減小他們之間的距離，并考慮到繼電器控制各種觸點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間一般在100ms以上，且PLC的驅(qū)動(dòng)時(shí)間一直低于100ms，PLC通常使用掃描技術(shù)。因此，對(duì)于I/O響應(yīng)要求不是很高的那些位置，結(jié)果之間沒有很大差別。兩種操作模式，RUN和TOP。表4-1I/O點(diǎn)數(shù)分配表控制信號(hào)信號(hào)名稱地址編碼輸入信號(hào)伸限I0.0縮限I0.1上限I0.2計(jì)數(shù)I0.3夾緊I0.4旋轉(zhuǎn)左限I0.5旋轉(zhuǎn)右限I0.6移動(dòng)到位I0.7移動(dòng)復(fù)位I1.0左旋I1.1右旋I1.2提升I1.3下降I1.4伸出I1.5縮回I1.6手動(dòng)/自動(dòng)I1.7急停I2.0輸出信號(hào)橫向脈沖Q0.0縱向脈沖Q0.1橫向方向（1為左移/0為右移）Q0.2縱向方向（1為上升/0為下降）Q0.3右旋KM5Q0.4左旋KM6Q0.5放松HV1Q0.6夾緊HV2Q0.74.3設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作流程根據(jù)機(jī)械手設(shè)計(jì)要求和想要實(shí)現(xiàn)的功能，如圖4-1所示為機(jī)械手控制系統(tǒng)流程圖。圖4-1機(jī)械手控制系統(tǒng)流程圖4.4編程設(shè)計(jì)思路根據(jù)以上的控制系統(tǒng)流程圖，我們采用了順序控制的方法來進(jìn)行編程。在設(shè)計(jì)過程中我們遇到的困難是如何用PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并且能夠?qū)⒚}沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移或者直線位移。因此，想要控制步進(jìn)電機(jī)，我們可以采用PLC的PLUS命令。西門子S7-200系列PLC的PLUS命令可以通過三種方法生成，即由軟件向?qū)ё詣?dòng)生成的PTO程序。西門子提供的技術(shù)支持MAP庫程序并使用EM253模塊。這三種方法都提供的絕對(duì)位置和相對(duì)位置都比較精準(zhǔn)。脈沖串（PTO）提供方波輸出（50%占空比），用戶控制周期和脈沖數(shù)。脈沖寬度可調(diào)制（PWM）能提供連續(xù)、變占空比輸出，用戶控制周期和脈沖寬度。4.4.1（PTO）功能在完成向?qū)渲煤螅黾尤鐖D4-2所示子程序?？捎眠@些子程序來編寫程序完成定位應(yīng)用。圖4-2PTO庫函數(shù)列表4.4.2“MAPSERV”指令庫的功能塊打開STEP7Micro/WIN，新建項(xiàng)目，在項(xiàng)目樹下可看到如圖4-3所示的庫函數(shù)列表。圖4-3“MAPSERV”指令庫函數(shù)列表然后，插入Q0_x_CTRL子程序并使用SM0.0作為EN輸入的輸入，以確保在每個(gè)掃描周期執(zhí)行子程序。調(diào)用Q0_x_MoveVelocity子程序使軸以恒定的速度和方向運(yùn)行。您可以調(diào)用Q0_x_Stop子例程來停止。如果要實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)或絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，則調(diào)用Q0_x_MoveRelative子程序和Q0_x_MoveAbsolute子程序。在絕對(duì)運(yùn)動(dòng)之前，必須調(diào)用Q0_x_Home子程序來找到參考點(diǎn)，這樣每個(gè)點(diǎn)都可以對(duì)應(yīng)一個(gè)絕對(duì)位置值，絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是可行的。此外，Q0_x_LoadPos子程序可以改變脈沖計(jì)數(shù)器的當(dāng)前位置值。Scale_EU_Pulse子程序和Scale_Pulse_EU子程序可以將工程單位值和脈沖值相互轉(zhuǎn)換，便于編程。4.4.3使用EM253定位模塊在向?qū)е敢峦瓿蒃M253位控模塊配置后向STEP7Micro/WIN中添加如圖4-4所示子程序。圖4-4EM253定位模塊庫函數(shù)列表調(diào)用EM253定位子程序?qū)崿F(xiàn)定位時(shí)，首先調(diào)用子程序POSx_DIS啟用伺服驅(qū)動(dòng)器，POSx_CTRL啟用位置控制功能。然后，調(diào)用POSx_MAN子程序手動(dòng)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，調(diào)用POSx_RSEEK查找參數(shù)，并調(diào)用POSx_GOTO移動(dòng)到指定位置。PTO模式和EM253是向?qū)лo助的，因此使用相對(duì)簡(jiǎn)單。MAP_SERV庫函數(shù)使用較低的硬件成本來實(shí)現(xiàn)更多功能，但需要編寫更多程序。PTO模式硬件成本低，功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但功能很少。EM253的硬件成本相對(duì)較高，功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，功能最多。根據(jù)系統(tǒng)的需要，硬件設(shè)備和編程難度，我們使用MAP庫指令實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的PLUS控制。在解決了步進(jìn)電機(jī)的PLC控制問題后，我們需要考慮具體的脈沖數(shù)計(jì)算問題。4.5模擬調(diào)試4.5.1程序說明我們可以通過很多方式對(duì)PLC。的控制程序進(jìn)行編寫，通常使用的方法有：圖形編程，經(jīng)驗(yàn)編程和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程。圖形方法就是通過畫圖來表達(dá)PLC程序。常用的有梯形圖法，邏輯流程圖法，時(shí)間序列流程圖法和步序控制法。在自動(dòng)操作過程中，由于機(jī)器人的控制可以分為一個(gè)步驟，因此更容易實(shí)現(xiàn)逐步方法。在手動(dòng)操作過程中，程序簡(jiǎn)潔明了，輸入和輸出之間的因果關(guān)系鏈清晰，因此采用邏輯流程圖方法實(shí)現(xiàn)。最后，在S7-200PLC編程軟件“STEP7-Micro/WIN32”3.2版編程軟件上執(zhí)行輸入編程和調(diào)試。接下來，簡(jiǎn)要介紹該程序的功能。手動(dòng)運(yùn)行該過程：手動(dòng)執(zhí)行機(jī)器人刀塔的左手和右手旋轉(zhuǎn)，并且聯(lián)鎖確保刀塔不執(zhí)行左手和右手動(dòng)作。該程序如圖4-5所示。圖4-5左右旋轉(zhuǎn)控制程序地址位VD200表示最小運(yùn)動(dòng)速度，VD204表示最大運(yùn)動(dòng)速度，VD208表示步進(jìn)電機(jī)從啟動(dòng)到勻速所需的加速度，程序如圖4－6所示圖4-6賦值程序Q0.0CTRL模塊為MAP庫指令中對(duì)橫向脈沖的控制模塊。該塊用于傳遞全局參數(shù)，每個(gè)掃描周期都需要被調(diào)用。程序如圖4-7所示圖4-7Q0.0CTRL模塊程序Q0.0STOP模塊為MAP庫指令中的停止模塊，用來保護(hù)電機(jī)安全不會(huì)出現(xiàn)過沖或者飛車的問題。當(dāng)伸出限位開關(guān)或者縮回限位開關(guān)得到信號(hào)后立即停止機(jī)械手的橫向移動(dòng)。程序如圖4－8所示。圖4-8Q0.0STOP模塊圖Q0.0MoveVelocity模塊是MAP庫指令中的速度模塊。它只能根據(jù)給定的速度和方向以恒定速度運(yùn)行。按伸展或縮進(jìn)按鈕以恒定速度水平移動(dòng)機(jī)器人。速度結(jié)束是移動(dòng)速度。當(dāng)擴(kuò)展按鈕設(shè)置為“1”時(shí)，步進(jìn)電機(jī)向前旋轉(zhuǎn)，即機(jī)器人伸出。圖4-9Q0.0MoveVelocity模塊程序自動(dòng)運(yùn)行：以上電后的第一個(gè)動(dòng)作為例，說明如何在自動(dòng)操作期間實(shí)現(xiàn)下降。機(jī)器人的自動(dòng)下降過程在狀態(tài)S0.0中實(shí)現(xiàn)。地址位V140.1確定機(jī)器人縱向移動(dòng)的方向。S0.0上電后，Q0.1MoveRelative模塊開始工作100ms。NUMPLUSE結(jié)束是與移動(dòng)距離對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)。速度結(jié)束是移動(dòng)速度。當(dāng)方向端將地址位V140.1設(shè)置為“1”時(shí)，步進(jìn)電機(jī)向前旋轉(zhuǎn)，即機(jī)器人降低。該程序如圖4-10所示。圖4-10自動(dòng)運(yùn)行下降程序當(dāng)走完給定脈沖數(shù)以后完成為V145.1置“1”,之后跳入狀態(tài)S0.1，即伸出功能。同時(shí)復(fù)位地址位和計(jì)數(shù)器。程序如圖4－11所示圖4-11自動(dòng)運(yùn)行下降跳轉(zhuǎn)程序狀態(tài)S0.1（伸出）：將方向地址位V140.2置“1”，等電100ms后，步進(jìn)電機(jī)按照給定距離，給定速度橫向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)伸出功能。走完給定距離以后完成為V145.2置“1”之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S0.2，即夾緊功能，同時(shí)將方向地址位和完成位復(fù)位。狀態(tài)S0.2（夾緊）：實(shí)現(xiàn)夾緊功能，在完成夾緊動(dòng)作之后跳轉(zhuǎn)到S0.3，即上升功能。狀態(tài)S0.3（上升）：將方向地址位V140.1置“0”，等電100ms后，步進(jìn)電機(jī)按照給定距離，給定速度縱向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)上升功能。走完給定距離以后完成為V145.1置“1”之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S0.4，即右旋功能，同時(shí)將方向地址位和完成位復(fù)位。狀態(tài)S0.4（右旋）：實(shí)現(xiàn)右旋功能。由于每計(jì)一個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)6度，因此轉(zhuǎn)180度需要計(jì)數(shù)30次。在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到30后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S0.5，即下降功能，同時(shí)停止旋轉(zhuǎn)復(fù)位中間繼電器。狀態(tài)S0.5(下降)：將方向地址位V140.1置“1”，等電100ms后，步進(jìn)電機(jī)按照給定距離，給定速度縱向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)下降功能。走完給定距離以后完成為V145.1置“1”之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S0.6，即放松功能，同時(shí)將方向地址位和完成位復(fù)位。狀態(tài)S0.6（放松）：實(shí)現(xiàn)放松功能，在完成放松動(dòng)作之后跳轉(zhuǎn)到S0.7，即縮回功能。狀態(tài)S0.7（縮回）：將方向地址位V140.2置“0”，等電100ms后，步進(jìn)電機(jī)按照給定距離，給定速度橫向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)縮回功能。走完給定距離以后完成為V145.2置“1”之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S1.0，即上升功能，同時(shí)將方向地址位和完成位復(fù)位。狀態(tài)S1.0(上升)：將方向地址位V140.1置“0”，等電100ms后，步進(jìn)電機(jī)按照給定距離，給定速度縱向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)上升功能。走完給定距離以后完成為V145.1置“1”之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S1.1，即左旋功能，同時(shí)將方向地址位和完成位復(fù)位。狀態(tài)S1.1（左旋）：實(shí)現(xiàn)右旋功能。由于每計(jì)一個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)6度，因此轉(zhuǎn)180度需要計(jì)數(shù)30次。在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到30后停止旋轉(zhuǎn)功能。在自動(dòng)運(yùn)行過程中若按下急停按鈕I2.0，機(jī)械手立即停止工作。若沒有按下急停按鈕在完成左旋功能后自動(dòng)回到初始狀態(tài)，進(jìn)行第二個(gè)周期的自動(dòng)運(yùn)行。4.5.2故障及其解決方案首先，將之前編寫完成的梯形圖放置到STEP-7-Micro/WIN編程軟件的軟件中，然后單擊運(yùn)行并修改其指示的錯(cuò)誤。最終運(yùn)行正確后，將其下載到可編程控制儀表。在第二;按照設(shè)計(jì)要求連接線路，確定誤差后的過程。在開始調(diào)試后，發(fā)現(xiàn)手動(dòng)控制基本滿足設(shè)計(jì)要求。但是，在自動(dòng)操作期間無法實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作流程，需要進(jìn)行糾正。在這種情況下，我采取了以下場(chǎng)景：方案一：在沒有確定設(shè)備是否曾在問題的情況下，首先我們對(duì)設(shè)備進(jìn)行了檢測(cè)，沒有發(fā)現(xiàn)問題，因此我對(duì)之前的步驟重新操作，以判斷之前的接線過程是否存在問題，結(jié)果出現(xiàn)的問題與之前如出一轍。因此我否定了此方案。方案二：仔細(xì)檢查自動(dòng)控制所在的子程序是否存在語法錯(cuò)誤或邏輯錯(cuò)誤。在確認(rèn)沒有語法錯(cuò)誤后，我使用實(shí)時(shí)監(jiān)控方法逐步檢查子程序。最后，我發(fā)現(xiàn)在上升和下降兩個(gè)動(dòng)作的編程中，我沒有使用互鎖，這導(dǎo)致上升和下降的兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)通過，因此整個(gè)動(dòng)作過程無法完成。在發(fā)現(xiàn)問題后，我及時(shí)重新編程了上下動(dòng)作，添加了互鎖功能。這樣，通過使用第二方案實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程。設(shè)計(jì)總結(jié)現(xiàn)如今自動(dòng)化程度