基于PLC的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1摘要隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運(yùn)，可以更好的節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。本機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要是曲軸在兩條生產(chǎn)線之間搬運(yùn)任務(wù)的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用了電氣一體化的設(shè)計(jì)方案，使用帶自鎖功能的氣缸實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手對(duì)工件的抓放和保證了在斷氣狀態(tài)下機(jī)械手狀態(tài)的保持，通過伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在水平、豎直方向快速精確的移動(dòng)。采用SIEMENS公司的SIMATICS7-200系列PLC作為核心控制器，外擴(kuò)定位模塊EM253模塊對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行精確的定位控制，從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成了PLC在搬運(yùn)機(jī)械手中硬件連接，I/O點(diǎn)分配和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的上電初始化、零點(diǎn)復(fù)位、故障報(bào)警、手動(dòng)運(yùn)行、半自動(dòng)運(yùn)行和在無人看守時(shí)的自動(dòng)運(yùn)行。最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求，完成搬運(yùn)目的。關(guān)鍵詞搬運(yùn)機(jī)械手定位模塊EM2253控制系統(tǒng)可編程PLCSIMATICS7-200系列PLC1目錄 2 11.1搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況 11.2機(jī)械手的應(yīng)用意義 2 22.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及流程 22.2系統(tǒng)主要部件選擇 42.2.1氣缸的選擇 52.2.2閥門的選擇 6 62.2.4接近開關(guān)的選擇 62.2.5驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 63控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 73.1控制系統(tǒng)功能 73.2控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 8 8 9 93.4PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.4.2PLC的I/O接線圖 3.5運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 4系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14.2.1主程序設(shè)計(jì) 4.2.2初始化子程序設(shè)計(jì) 4.2.3復(fù)位子程序設(shè)計(jì) 4.2.4報(bào)警子程序設(shè)計(jì) 4.2.5手動(dòng)運(yùn)行子程序設(shè)計(jì) 4.2.6半自動(dòng)運(yùn)行子程序 22 5結(jié)束語 26 11引言在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里可看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。國(guó)內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門中搬運(yùn)機(jī)械手主要應(yīng)用于以下幾方面：(1)熱加工方面的應(yīng)用熱加工是高溫、危險(xiǎn)的笨重體力勞動(dòng)，很久以來就要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對(duì)于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要(2)冷加工方面的應(yīng)用冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機(jī)加工時(shí)的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動(dòng)線上應(yīng)用，成為機(jī)床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。(3)拆修裝方面拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動(dòng)較多的部門之一，促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門，已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動(dòng)缸、裝卸軸箱、組裝輪對(duì)、清除石棉等，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機(jī)械手，可用以對(duì)客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆，以改善勞動(dòng)條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來越多的應(yīng)用，工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。2由于工業(yè)自動(dòng)化的全面發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，對(duì)工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業(yè)自動(dòng)化的要求，因此，必須利用先進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)自動(dòng)化機(jī)械以取代人的勞動(dòng)，滿足工業(yè)自動(dòng)化的需求。其中機(jī)械手是其發(fā)展過程中的重要產(chǎn)物之一，它不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)的效率，還能代替人類完成高強(qiáng)度、危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，可以說是一舉兩得。在機(jī)械行業(yè)中，機(jī)械手越來越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更為普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)fms和柔性制造單元fmc中一個(gè)重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。但目前我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國(guó)機(jī)械行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)具有重要意義。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)本課題的研究主要是將摩托車發(fā)電機(jī)的曲軸從一個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)線搬運(yùn)到另一個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)。兩生產(chǎn)線的布置和具體位置參數(shù)如圖2-1所示：3機(jī)械手主要由手部、腕部、升降部、滑動(dòng)部、機(jī)座和控制箱，以及其它附件組成。其中手部為四指結(jié)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)由具有自鎖功能的夾緊氣缸完成；升降部以導(dǎo)軌為導(dǎo)向裝置，其運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠來完成；滑動(dòng)部也是以導(dǎo)軌為導(dǎo)向裝置，其運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪在齒條上滾動(dòng)來完成。PLC和相關(guān)控制器件安裝于控制箱內(nèi)，通過電纜和信號(hào)線與機(jī)械手進(jìn)行聯(lián)接。機(jī)械手的定位采用脈沖數(shù)來控制，升降運(yùn)動(dòng)和滑動(dòng)都有快慢速調(diào)整，調(diào)整位置也由脈沖數(shù)來控制，而速度由脈沖頻率調(diào)整。在料架1和料架2上分別安裝接近開關(guān)，進(jìn)行生產(chǎn)線上有無工件的檢測(cè)，滿足在料架1有工件時(shí)機(jī)械手才進(jìn)行下降和抓取，料架2上無工件時(shí)機(jī)械手才下降放下工件。機(jī)械手還滿足在斷氣和掉電時(shí)能夠自鎖，保持當(dāng)前的狀態(tài)。系統(tǒng)上電后機(jī)械手開始初始化，初始化完畢后選擇工作方式，分別為手動(dòng)模式，半自動(dòng)手動(dòng)模式工作下，操作員可以通過控制面板控制機(jī)械手的單步運(yùn)動(dòng)和零點(diǎn)復(fù)位，能夠在機(jī)械手故障時(shí)進(jìn)行檢修。半自動(dòng)工作方式下，只要操作員選擇半自動(dòng)工作方式，然后按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手首先4會(huì)零點(diǎn)復(fù)位，然后檢查料架1有工件，機(jī)械手下降抓取工件，上升前進(jìn)，檢測(cè)料架2上無工件時(shí)，電機(jī)1反轉(zhuǎn)，升降臺(tái)快速下降，達(dá)到一定脈沖數(shù)后減速，到達(dá)下工位2時(shí)，電機(jī)1停轉(zhuǎn)；氣缸伸出夾緊工件，當(dāng)氣缸壓力到達(dá)一定程度時(shí)壓力傳感器得電表明工件夾緊；電機(jī)1正轉(zhuǎn)，升降臺(tái)先快速上升，達(dá)到一定脈沖數(shù)后時(shí)減速，當(dāng)?shù)竭_(dá)上原點(diǎn)時(shí)，電機(jī)1停轉(zhuǎn)，升降臺(tái)停止；電機(jī)2反轉(zhuǎn)，滑臺(tái)快速前進(jìn)，達(dá)到一定脈沖數(shù)后滑臺(tái)減速，到達(dá)右工位時(shí)電機(jī)2停止；當(dāng)檢測(cè)到生產(chǎn)線2無工件時(shí)，電機(jī)1反轉(zhuǎn)，升降臺(tái)快速下降，達(dá)到一定脈沖數(shù)后減速，到達(dá)下工位1時(shí)電機(jī)1停轉(zhuǎn)；氣缸縮回放開工件，壓力傳感器失電表明工件已松開；電機(jī)1正轉(zhuǎn)，升降臺(tái)上升，先快速后慢速，當(dāng)?shù)竭_(dá)上原點(diǎn)時(shí)電機(jī)1停轉(zhuǎn)，升降臺(tái)停止；電機(jī)2正轉(zhuǎn)，滑臺(tái)返回到初始位置，電機(jī)2停止。一個(gè)工作流程結(jié)束。機(jī)械手的工藝流程如圖2-2所示。工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往要受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時(shí)還要考慮成本因素的影響以及所能達(dá)到的技術(shù)水平。驅(qū)動(dòng)元件是伺服系件，它的作用是把驅(qū)動(dòng)控制線路的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。特性、運(yùn)動(dòng)精度等均與驅(qū)動(dòng)元件有密切關(guān)系。常用的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、電氣壓驅(qū)結(jié)合各種驅(qū)動(dòng)類型的特點(diǎn)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳動(dòng)類型的選擇。本機(jī)械手采用電氣結(jié)合的驅(qū)動(dòng)方式。其中，機(jī)械手的升降和平移都采用5圖2-2機(jī)械手工藝流程圖啟動(dòng)啟動(dòng)原點(diǎn)復(fù)位杏料架1有工件是機(jī)械臂快速下降到達(dá)升降原點(diǎn)機(jī)械臂慢速下降機(jī)械臂慢速上升到達(dá)下降2工位是否工件夾緊否是機(jī)械臂快速上升是機(jī)械臂慢速上升否到達(dá)升降原點(diǎn)是是料架2無工件否到達(dá)前進(jìn)工位是機(jī)械臂快速上升是到達(dá)下降1工位夾緊裝置是使手爪開、閉動(dòng)作的動(dòng)力裝置。根據(jù)機(jī)械手部的夾緊力和手部張開后指尖距離，選用FESTO公司生產(chǎn)的兩端帶有終端可調(diào)緩沖裝置的SNU-50-100-PPV-A型雙作用氣缸。并配有夾緊裝置和行程開關(guān)。如圖2-3所示為氣缸?；钊睆紻=06門的選擇閥門是為氣缸提供的，氣缸配備兩個(gè)一位單通閥門，為了保證在斷氣的狀態(tài)下不影響氣缸內(nèi)部的氣壓，所以選用氣開閥，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用SMC開關(guān)的選擇行程開關(guān)選用施耐德公司XCRA15型號(hào)的行程開關(guān)2.2.4接近開關(guān)的選擇為了提高系統(tǒng)的可靠性和動(dòng)作執(zhí)行的準(zhǔn)確性，選擇OMRON公司的E2E-X5ME2型接近開關(guān)。它的具體參數(shù)如下：接近開關(guān)接線圖如圖2-4所示。棕棕黑藍(lán)E2E-X5ME2型接近開關(guān)為三線的NPN輸出型開關(guān)，輸出三線分別為棕線、黑線、藍(lán)線，其中在棕線和黑線之間接負(fù)載，本系統(tǒng)中棕線接在PLC的24V電源正極，藍(lán)線接在輸入端點(diǎn)上。2.2.5驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇直流伺服電機(jī)由于存在機(jī)械換向器和電刷，降低了電機(jī)運(yùn)行的可靠性，加重了維護(hù)和保養(yǎng)負(fù)擔(dān)。而交流異步電機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、無電刷磨損、維修方便，但調(diào)速問題一直沒有得到經(jīng)濟(jì)合理的解決。近十年來，由于調(diào)頻等調(diào)速方法發(fā)展很快，使其調(diào)速范圍和成本與寬調(diào)速直流伺服電機(jī)接近，因此，交流伺服電機(jī)以其優(yōu)良的控7為了方便設(shè)計(jì)和維修，升降電機(jī)與水平移動(dòng)電機(jī)選用同一型號(hào)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用松MDMA152P1U(其中慣量，1.5KW,200V,增量式編碼器，標(biāo)準(zhǔn)型，鍵軸，有制動(dòng)器)。3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，它的機(jī)能就像搬運(yùn)過程中安全可靠實(shí)用的關(guān)鍵，也是提高搬運(yùn)效率、重要環(huán)節(jié)。作為指導(dǎo)機(jī)械手按要求合理動(dòng)作的指揮機(jī)基礎(chǔ)，決定了機(jī)械手的控制性能的好壞?？刂剖菣C(jī)器人技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵問題，而控制系統(tǒng)的性標(biāo)志。本課題研究的機(jī)械手的控制特點(diǎn)。(1)自由度少，本機(jī)械手只有三個(gè)自由度，分別由兩個(gè)伺服系統(tǒng)和一個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。(2)任務(wù)簡(jiǎn)單，本機(jī)械手的工作任務(wù)是抓緊工件，并按要求進(jìn)行平面點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)，無需進(jìn)行復(fù)雜的軌跡運(yùn)算、坐標(biāo)變換以及矩陣函數(shù)的逆運(yùn)算等。(3)變量少，數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單。只需要簡(jiǎn)單的機(jī)械自適應(yīng)，無需使用前饋、補(bǔ)償、解耦等復(fù)雜控制技術(shù)。本課題控制系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)控制功能：(1)伺服控制功能。該功能主要是指機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的位置、速度和加速度控制等。(2)氣動(dòng)控制功能。該功能主要是指手部抓放的運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)手部的開合和自鎖等。(3)手動(dòng)控制功能。該功能主要是操作員可以對(duì)機(jī)械手進(jìn)行單步的操作控制，實(shí)現(xiàn)8(4)信息交換功能。該功能主要是指在生產(chǎn)線中機(jī)械手要與兩個(gè)生產(chǎn)線或其它自動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)要圍繞著如何更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)器機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制器(PLC)。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，也出現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)3.2.1位控模塊現(xiàn)代可編程控制器一般都有位置控制功能，因位單元。EM253位控模塊是S7-200的特殊功能模塊，能夠產(chǎn)生脈沖串，用于步進(jìn)電機(jī)和伺(1)提供高速控制從每秒12個(gè)脈沖至每秒200000個(gè)脈沖；(2)支持急停S曲線或線性的加速減速功能；(3)提供可組態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)，既可以使用工程單位(如英寸或厘米)也可以使用脈(4)提供可組態(tài)的backlash補(bǔ)償；(6)提供連續(xù)操作；(7)提供多達(dá)25組的移動(dòng)包絡(luò)Profile,每組最多可有4種速度；(8)提供4種不同的參考點(diǎn)尋找模式，每種模式都可對(duì)起始的尋找方向和最終的接9本文所研究的機(jī)器人為兩軸運(yùn)動(dòng)機(jī)械手，核心控制器由PLC及I/O模塊和位控模塊EM253組成，升降及水平移動(dòng)由兩臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，手部的抓放由氣缸來驅(qū)動(dòng)，各類信號(hào)由控制面板和生產(chǎn)線輸入。伺服電機(jī)配有驅(qū)動(dòng)器，通過位控模塊來完成脈沖輸入，氣缸的伸縮由一組繼電器進(jìn)行控制。各部件的運(yùn)動(dòng)極限由脈沖進(jìn)行限位，并配有極限行程開控制面板控制面板關(guān)作為極限保護(hù)裝置。機(jī)械手的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。本系統(tǒng)主要由PLC主控單元、伺服驅(qū)動(dòng)器、繼電器、各類傳感器和控制面板等組成。主控制單元采用模塊式結(jié)構(gòu)，各功能模塊獨(dú)立封裝，安裝在機(jī)架和導(dǎo)軌上，它由PLC模塊、I/O模塊、兩個(gè)位控模塊和觸摸終端組成，各模塊之間通過PLC專用電纜聯(lián)接，控制面板與PLC之間采用專用信號(hào)電纜聯(lián)接。3.3操作面板的設(shè)計(jì)根據(jù)工件生產(chǎn)和搬運(yùn)的特點(diǎn)和控制要求，機(jī)械手的控制按鈕和指示燈分布如圖3-2所示。圖中的按鈕與選擇器的功能大部分由數(shù)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。(1)急停按鈕在機(jī)械手工作過程中，當(dāng)出現(xiàn)抓取不牢、搬運(yùn)不穩(wěn)、下放不到位、沖擊過大或運(yùn)動(dòng)時(shí)超過極限位置以及其它異?，F(xiàn)象而不得不停止工作時(shí)，按下急停按鈕，使所有運(yùn)動(dòng)停止，并保持原來狀態(tài)，直至重新啟動(dòng)系統(tǒng)。可以減少和避免事故，減少因故障引起的損失。在機(jī)械手工作前，首先要打開電源開關(guān)，給PLC、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及照明設(shè)施供電，觸摸終端由PLC進(jìn)行供電，為系統(tǒng)啟動(dòng)做準(zhǔn)備。在機(jī)械手工作完成后，將電源開關(guān)打到“關(guān)”的狀態(tài)，將PLC、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及照明設(shè)施與電源切斷，保護(hù)機(jī)械手系統(tǒng)的安全。(3)工作模式選擇開關(guān)1當(dāng)正常生產(chǎn)時(shí)將機(jī)械手調(diào)到自動(dòng)模式，機(jī)械手會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)機(jī)械手出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)報(bào)警時(shí)可以將機(jī)械手調(diào)到手動(dòng)模式，機(jī)械手可通過點(diǎn)動(dòng)調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)上電且機(jī)械手處于自動(dòng)模式下，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手開始按照指令進(jìn)行搬運(yùn)(5)試燈/報(bào)警清除按鈕當(dāng)系統(tǒng)安裝完成后，未與生產(chǎn)線連接前，要對(duì)系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行試驗(yàn)。此時(shí)，要按動(dòng)此按鈕對(duì)所有指示燈進(jìn)行檢測(cè)，保證與生產(chǎn)線連接后的工作安全。系統(tǒng)在工作過程中由于某種原因出現(xiàn)報(bào)警，當(dāng)故障排除后，需按此按鈕對(duì)報(bào)警進(jìn)行清除，保證系統(tǒng)繼續(xù)正常工作。(6)上升、下降、前進(jìn)、后退、夾緊、松開按鈕主要是在調(diào)試或排除故障以及其它需要進(jìn)行單步操作時(shí)，對(duì)機(jī)械手進(jìn)行手動(dòng)操作。當(dāng)系統(tǒng)安裝完成或故障排除后，需要將機(jī)械手返回到工作原點(diǎn)時(shí)，按動(dòng)此按鈕。1操作面板開關(guān)◎◎000◎上升指示燈下降指示燈夾緊松開◎圖3-2操作面板示意圖3.4PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)量加以確定。1Q0.0~Q0.6為各種燈信號(hào)的輸出，Q0.7~Q1.4輸出給外部的信號(hào)，來確定機(jī)械手當(dāng)前的3.5運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)西門子S7-226繼電器輸出型PLC數(shù)字信號(hào)通過光電耦合器隔離輸入、輸出，大大運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由伺服控制系統(tǒng)和PLC及EM253運(yùn)動(dòng)模塊構(gòu)成。伺服驅(qū)動(dòng)器有電源輸入接口(X1),電機(jī)接口(X2),RS485接口(X3),RS232接口(X4),I/O接口(X5),旋轉(zhuǎn)編碼器接口(X6),外置光柵接口(X7)等7個(gè)接口。本系統(tǒng)中只垂直運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)器與EM253接線圖如圖3-6所示，機(jī)械手的升降/平移正負(fù)極原點(diǎn)開關(guān)接到相應(yīng)EM253的RPS(參考點(diǎn)開關(guān))處。伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入口一伺服使能(SRV-ON)、報(bào)警清除(A-CLR)和輸出口一伺服報(bào)警(ALM)、定位完成分電路專用的脈沖串接口，一種為普通的脈沖串指令接口，為提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃裕?功能說明功能說明升降原點(diǎn)進(jìn)退原點(diǎn)1半白動(dòng)F50.5下降SF6前進(jìn)SF7下降SF6前進(jìn)SF7上升極限升降原點(diǎn)BG2料架2有工件BG11輸出至操作面板輸出至外部接口夾緊完成松開完成伺服1電源接通伺服2電源接通■何服1報(bào)警KF1何服2報(bào)警伺服1定位完成KF3伺服2定位完成十輸出輸出至KF15-伺服1運(yùn)行伺服2運(yùn)行伺服1停止伺服2停止操作面操作面板輸入行程開關(guān)輸入75配rSi勺駙3雪遍牌忠病容人電再車督蠱津電數(shù)：母取式跟人卷時(shí)A店iRM淤*牛日b即沁世290-0^0-----------------卜伍爐K常31問貓準(zhǔn)備好35斗23zZ崩肚沖定位完成39皿阿排網(wǎng)11ZII盼?F訴修■曲輸認(rèn)矩限制40常EGV冥靴屯劃加10-+10V主情片臨札牌事通性測(cè)12 M4南OTOzP FT七吉古田0空K召3~圖3-5定位模塊EM253與標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器接線圖ALM+ALM-GND全全數(shù)口OB+OZ+345MMM圖3-6伺服驅(qū)動(dòng)器與定位模塊EM253接線圖Lo編碼器RS232通電機(jī)接圖3-7控制系統(tǒng)電源電路圖口接口伺服驅(qū)動(dòng)器伺服驅(qū)動(dòng)器柵接口EP4系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)該機(jī)械手的工作方式有四種，分別為找原點(diǎn)、自動(dòng)、手動(dòng)和半自動(dòng)。復(fù)位操作主要用于在工作開始前或故障排除后，要將機(jī)械手的各個(gè)部位移動(dòng)至原位，同時(shí)也是各部件運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。自動(dòng)工作方式是機(jī)械手接收生產(chǎn)線指令，通過總控制臺(tái)的控制進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。控制面板上工作方式選擇開關(guān)處于“自動(dòng)”位時(shí)，系統(tǒng)處于聯(lián)線狀態(tài)，只接受來自自動(dòng)生產(chǎn)線上的指令信號(hào)。手動(dòng)工作方式主要是用于總控制臺(tái)出現(xiàn)故障、調(diào)試或其它需要手動(dòng)操作。處于“手動(dòng)”位時(shí)，系統(tǒng)處于離線狀態(tài)，不接受自動(dòng)生產(chǎn)線上的信號(hào)，只接收控制面板上的指令信號(hào)。處于手動(dòng)狀態(tài)，且各部位處于原位，各電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，按下控制面板上的上升、下降、前進(jìn)、后退、夾緊、松開按鈕時(shí)進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，再次按下相應(yīng)按鈕則停止動(dòng)作。此時(shí)，除急停信號(hào)外，其他輸入信號(hào)無效。半自動(dòng)工作方式應(yīng)用較少，主要用于故障整修時(shí)為了與主控制臺(tái)分離，而還要通過自動(dòng)來完成試操作的場(chǎng)合，所以半自動(dòng)方式也是不可缺少的。處于“半自動(dòng)”位時(shí)，不接受自動(dòng)生產(chǎn)線上的控制信號(hào)，只接收兩生產(chǎn)線上有無工件的檢測(cè)信號(hào)。處于此方式，且各部位處于原位，各電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，按下控制面板上的啟動(dòng)按鈕，可進(jìn)入單循環(huán)操作，此時(shí)，除急停信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)外，其他輸入信號(hào)無效，一個(gè)工作循環(huán)完成后，機(jī)械手的控制程序分為主程序和6個(gè)子程序。出于可靠性考慮對(duì)于有安全要求的地方使用外接繼電器和開關(guān)，其余用PLC內(nèi)部繼電器。采用STEP7MicroWIN編程軟件進(jìn)行程序梯形圖的編制。根據(jù)要求設(shè)計(jì)出搬運(yùn)機(jī)械手的主程序框圖，如圖4-1所本系統(tǒng)的控制程序由主程序構(gòu)成整體架構(gòu)，主程序中主要設(shè)定工作狀態(tài)，如找原點(diǎn)、自動(dòng)狀態(tài)、半自動(dòng)狀態(tài)、手動(dòng)狀態(tài)等。初次上電時(shí)，調(diào)用初始化子程序，完成初始化工作。初始化完成后，如果是初次上電或處于自動(dòng)狀態(tài)則機(jī)械手復(fù)位。系統(tǒng)上電系統(tǒng)上電定位模塊使能手動(dòng)新報(bào)警子程序圖4-1主程序框圖半自動(dòng)子程序手動(dòng)子程序半自動(dòng)422初始化子程序設(shè)計(jì)在系統(tǒng)首次上電后等待30秒開始將系統(tǒng)的各狀態(tài)位置位，清零步進(jìn)脈沖，并給定位模塊賦初始值。初始化子程序框圖如圖4-2所示。r延時(shí)30秒1圖4-2初始化子程序框圖回到機(jī)械手原點(diǎn)。復(fù)位子程序框圖如圖4-3所示。伺服1止方向找零點(diǎn)伺服1止方向找零點(diǎn)伺服2止方向找零點(diǎn)機(jī).機(jī)械手在尋找原點(diǎn)是調(diào)用S7-200PLC定位模塊EM253的回零子程序，定義機(jī)械手圖4-4伺服電機(jī)運(yùn)行回零子程序梯形圖4.2.4報(bào)警子程序設(shè)計(jì)報(bào)警子程序則用來完成故障顯示和初步診斷功能，當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)超出上下左右極報(bào)警消除。4.2.5手動(dòng)運(yùn)行子程序設(shè)計(jì)擇開關(guān)進(jìn)行機(jī)械手工作方式選擇，通過控制面板上的按鈕進(jìn)行手動(dòng)操作。鈕則停止動(dòng)作。此時(shí)，除急停信號(hào)外，其他輸入信號(hào)無效。系統(tǒng)手動(dòng)子程序框圖如圖4-5』松開』松開夾緊后退前進(jìn)[上升j伺服i正轉(zhuǎn)復(fù)位r復(fù)位復(fù)位r復(fù)位子程序閥閥2通閥1通圖4-5手動(dòng)運(yùn)行子程序框圖制，在實(shí)現(xiàn)機(jī)械手升降進(jìn)退時(shí)調(diào)用定位模塊EM253的運(yùn)行子程序，實(shí)現(xiàn)伺服已固定的速度行駛固定的距離。EM253運(yùn)行子程序如圖4-6所示：11_伺般1卡降半自動(dòng)子程序用來控制與生產(chǎn)線斷開通信時(shí)的單循環(huán)連續(xù)動(dòng)作，通過控制面板上的選擇開關(guān)選擇狀態(tài)，通過啟動(dòng)按鈕進(jìn)行操作，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后機(jī)械手首先沿正方向圖4-6伺服電機(jī)運(yùn)行子程序梯形圖尋找原點(diǎn)，到達(dá)原點(diǎn)后按照在自動(dòng)工作方式下的動(dòng)作順序進(jìn)行工作。半自動(dòng)操作在一般使用中比較少用，主要是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)才會(huì)使用，系統(tǒng)半自動(dòng)程序框圖如圖4-7機(jī)械手啟動(dòng)機(jī)械手復(fù)位機(jī)械手啟動(dòng)機(jī)械手復(fù)位否檢測(cè)料架1有工件 427自動(dòng)子程序設(shè)計(jì)疋二伺服1定位完成[二機(jī)械手上升到升降原點(diǎn)T否是是自動(dòng)子程序(見附錄)用于控制與生產(chǎn)線連接通信時(shí)，接收生產(chǎn)線上信號(hào)的連續(xù)循環(huán)動(dòng)作，自動(dòng)子程序是機(jī)械手控制系統(tǒng)最為重要的子程序，在正常生產(chǎn)中主要使用自動(dòng)工作方式。當(dāng)系統(tǒng)上電后，選擇自動(dòng)工作方式，按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)會(huì)按照自動(dòng)方式工作，機(jī)械手首先沿正方向?qū)ふ以c(diǎn)，并檢測(cè)料架1上是否有工件，當(dāng)料架1上有工件后伺服1反轉(zhuǎn)機(jī)械手下降到工位2,抓取工件并等待2秒，伺服1正轉(zhuǎn)回升降原點(diǎn)，伺服2再反轉(zhuǎn)到達(dá)前進(jìn)工位后伺服1在反轉(zhuǎn)下降到工位1,放下工件等待24-8所示：U一檢測(cè)料架1有工件.A是伺服1定位完成二A否否一是「是5結(jié)束語入、詳細(xì)、系統(tǒng)地研究。通過研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)線上在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，首先對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)分析；然后對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了方案研究和細(xì)致的分析，完成了主要驅(qū)動(dòng)部件的選型。在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面。首先對(duì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，深入研究了控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，繪制了硬件結(jié)構(gòu)圖；然后根據(jù)操作需要，設(shè)計(jì)了控制面板，確定了接線方式并研究了運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)方法；最后對(duì)PLC及其功能模塊進(jìn)行了選型，并對(duì)I/O接口進(jìn)行了配置和對(duì)PLC程序、位控模塊程序等進(jìn)行了編制。本論文是在錢偉紅老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。在此謹(jǐn)向錢偉紅老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)論文小組的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們!最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助2.王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009附錄1系統(tǒng)配件清單名稱型號(hào)數(shù)量按鈕變壓器1電磁閥SMC公司VZ1102電源1定位模塊2斷路器施耐德NSX100NMic2.240A4P4D3行程開關(guān)施耐德XCRA156急停按鈕1繼電器歐姆龍G5V-19接近開關(guān)OMRON公司E2E-X5ME22西門子6ES7216--2AD23--0XBO1氣缸丁11伺服電機(jī)2伺服驅(qū)動(dòng)器2選擇開關(guān)2指示燈7附錄2程序清單=//試燈===1Q0.3//伺服電源接通后伺服報(bào)警清零輸出點(diǎn)Q1.7產(chǎn)生一個(gè)300ms的清零脈沖信號(hào)ASAAR//伺服1位控模塊0啟動(dòng)//伺服2位控模塊0啟動(dòng)AAA//半自動(dòng)程序剛開始調(diào)用時(shí)，步進(jìn)脈沖數(shù)清零As初始化子程序：AAS1//伺服1復(fù)位CALLSBR5,L63.7,//伺服2復(fù)位CALLSBR16,L63.7,//伺服1報(bào)警//伺服2報(bào)警OOOA=0=//網(wǎng)絡(luò)注釋//伺服1復(fù)位3//伺服2復(fù)位"參數(shù)復(fù)位//伺服1下降CALLSBR3,L63.7,VD500,VD504,1,11.4,M4.7,VB70,VD76,VD80//下降指示燈//伺服1下降完成=//夾緊工件，等待2秒SROQ2.5//伺服1上升CALLSBR5,L63.7,M5.0二CALLSBR14,L63.7,VD508,VD512,1,11.4,M5.1,VB72,VD84,V//前進(jìn)指示燈=M5.1//前進(jìn)完成//下降指示燈=Q1.0//放下工件，等待2秒二尺尺尺//伺服1復(fù)位