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1、摘要 机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工 业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重 要组成部分。因此，研究机械手具有现实意义。 基于 PLC 机械手臂搬运控制系统的设计工作主要包括：在充分理解任务书 的要求之后，进行系统硬件配置，PLC 选型，绘制主电路图以及控制接线图；再 进行控制系统的软件继续设计；为了便于仿真也对系统的上位机组态监控系统 进行设计；最后进行仿真联合调试。仿真结果基本符合要求。 系统可以实现机械手臂搬运过程的各个工况，对加工完成的工件进行计数， 还能手动进行调试。由于 PLC 具有可靠性、易操作性、灵活性等优点，因此
2、， 控制系统与传统人力搬运相比，大大提高了工作效率，系统调试方便、成本低、 易操作、可靠性高，有很强的实用价值。 关键词：机械手臂；电气控制技术；PLC,1,目录 1引言. 1 1.1机械手臂搬运控制系统设计的目的. 1 1.2机械手臂搬运控制系统的设计内容和要求. 1 2机械手臂搬运控制系统硬件设计. 2 2.1机械手臂搬运控制系统硬件配置及组成原理. 2 2.2机械手臂搬运控制系统输入输出点分析. 2 2.3PLC 选型 . 3 2.4机械手臂搬运控制系统变量定义及 I/O 地址分配. 4 2.5机械手臂搬运控制系统硬件接线图设计. 4 3机械手臂搬运控制系统软件设计. 5 3.1编程语言
3、的选择. 5 3.2机械手臂搬运控制系统程序流程图设计. 5 3.3PLC 控制程序设计及分析 . 6 3.3.1手动模式. 6 3.3.2自动模式. 7 4机械手臂搬运控制系统调试及结果分析. 11 4.1机械手臂搬运控制系统仿真调试. 11 4.1.1静态调试. 11 4.1.2动态调试. 11 4.2结果分析. 11 5设计总结. 14 参考文献. 15 致谢. 16 附录. 17 附录 A系统接线图 . 17 附录 B程序梯形图 . 18,2,1,引言 机械手臂搬运控制系统设计的目的 通过对机械手臂搬运控制系统的设计，可以使同学们了解机械手在我国的 应用邻域、发展历史和应用前景，通过同
4、学们自己动手设计，可以更深刻的了 解一般机械手的工作方式、工艺过程以及操作步骤。更重要的是让同学们运用 已学到的知识，来设计一个基于 PLC 的机械手臂搬运控制系统，引导同学们将 理论知识和生产实际知识紧密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、 加深和扩展；同时掌握一般生产电气控制系统的设计方法以及生产电气控制系 统的施工设计、安装与调试方法；培养同学们查阅图书资料、工具书的能力； 通过这样的实际训练，为后续专业课的学习、毕业设计及解决工程问题打下良 好的基础。 机械手臂搬运控制系统的设计内容和要求 设计内容有如下几点： （1）设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等； （2）系统有启动、
5、停止功能； （3）运用功能指令进行 PLC 程序设计，并有主程序、子程序和中断程序； （4）程序结构与控制功能自行创新设计； （5）进行系统调试，实现机械手臂搬运加工流程的控制要求。 系统的控制要求如下： （1）有两部机械对工作物进行加工，对象由输送带 A 送到加工位置，然后 由机械手臂将加工物送至工作台 1 的位置进行第一步骤加工。当第一步骤加工 完成后，机械手臂将工作物夹起再送至工作台 2 进行第二步骤加工；当第二步 骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带 B 送走，然后由 7 段数码管显示 加工完成的数量。 （2）假设使用气压机械手臂，一开始手臂先下降，碰到下限开关开始做夹 起动作，然
6、后开始上升碰到上限开关后，手臂开始往右，当碰到第一工作站的 极限开关时，机械手臂下降将工作物放置工作台 l 然后上升等待机械对工作物 加工；当工作物第一加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一 往右一下降一释放等流程，将工件放置工作台 2 上进行第二加工步骤。 （3）当第二加工步骤完成时，机械手再依进行下降、夹住、上升、往右、 下降、释放等流程，由传送带 B 送出，并由 7 段数码管显示加工完成的数次。,机械手臂搬运控制系统硬件设计 机械手臂搬运控制系统硬件配置及组成原理 机械手臂搬运控制系统的组成原理图如图 1 所示，机械手的升降和左右移 动分别使用双线圈的电磁阀，在某方向的驱动线
7、圈失电时保持原位，必须驱动 反方向的线圈才能反向运动。机械手的夹具使用单线圈电磁阀，线圈得电时夹 紧工件，断电时松开工件。有关到位信号分别是：下限位开关 SQ1，上限位开关 SQ2，A 位置限位开关 SQ3，工作台 1 限位开关 SQ4，工作台 2 限位开关 SQ5，B 位置限位开关 SQ6。七段数码管用来显示加工的工件数。,图 1组成原理图 2.2机械手臂搬运控制系统输入输出点分析 对机械手臂搬运控制系统的工况分析如下： （1）系统必须要有启动和停止的功能，故需要一个启动按钮 SB0（X000）， 一个停止按钮 SB1(X001)；系统能自动工作和手动调试，故需要一个手动/自动 切换开关 S
8、B2（X002）； （2）在自动模式中，先由传送带 A 将工件送到加工位置，因此需要一个输 出点（Y000）启动传送带 A，一个传感应元件 SQ7（X003）感应工件到达加工位 置；接通下降线圈 KM2（Y001）机械手下降，碰到下限位开关 SQ1（X004），停 止下降；接通夹紧线圈 KM3（Y002）机械手夹紧；接着接通上升线圈 KM4（Y003） 机械手上升，碰到上限位开关 SQ2（X005）停止上升；接通右行线圈 KM5（Y004） 机械手右行，碰到工作台 1 限位开关 SQ4（X007）停止右行；接通下降线圈 KM2 （Y001）机械手下降，碰到下限位开关 SQ1（X004），停止下
9、降；断开夹紧线圈 KM3（Y002）；接通上升线圈 KM4（Y003）机械手上升，碰到上限位开关 SQ2 停止 上升；等待工作台 1 加工完，假定加工完成需要时间 2 分钟，2 分钟之后；接通,工作台1,传送带A,工作台2,传送带B,SQ1,SQ3 SQ4SQ5 SQ6,SQ2,上行,左行 右行,下行,2,3,下降线圈 KM2（Y001）机械手下降，碰到下限位开关 SQ1（X004），停止下降； 接通夹紧线圈 KM3（Y002）机械手夹紧；接着接通上升线圈 KM4（Y003）机械手 上升，碰到上限位开关 SQ2（X005）停止上升；接通右行线圈 KM5（Y004）机械 手右行，碰到工作台 2
10、限位开关 SQ5（X010）停止右行；接通下降线圈 KM2（Y001） 机械手下降，碰到下限位开关 SQ1（X004），停止下降；断开夹紧线圈 KM3（Y002）； 接通上升线圈 KM4（Y003）机械手上升，碰到上限位开关 SQ2 停止上升；等待工 作台 2 加工完，假定加工完成需要时间 2 分钟，2 分钟之后；接通下降线圈 KM2 （Y001）机械手下降，碰到下限位开关 SQ1（X004），停止下降；接通夹紧线圈 KM3（Y002）机械手夹紧；接着接通上升线圈 KM4（Y003）机械手上升，碰到上 限位开关 SQ2（X005）停止上升；接通右行线圈 KM5（Y004）机械手右行，碰到 传送
11、带 B 限位开关 SQ6（X011）停止右行；接通下降线圈 KM2（Y001）机械手下 降，碰到下限位开关 SQ1（X004），停止下降；断开夹紧线圈 KM3（Y002）；接通 传送带启动线圈 KM6（Y005）将加工完的工件送走，同时接着接通上升线圈 KM4 （Y003）机械手上升，碰到上限位开关 SQ2（X005）停止上升；接通左行线圈 KM7（Y006）机械手左行，碰到传送带 A 限位开关 SQ3（X006）停止左行一个工 作周期完成。七段数码管用来统计加工的工件数，需要七个输出点即 （Y010Y016）。 （3）手动模式中需要控制下降按钮 SB3（X012）、上升按钮 SB4（X013
12、）、 右行按钮 SB5（X014）、左行按钮 SB6（X015）、松紧按钮 SB7（X016）。 通过以上分析可知，需要 PLC 输入点 14 个（X000X016），PLC 输出点 14 个（Y000Y006，Y010Y016）。 PLC 选型 PLC 是 PLC 控制系统的核心部件，正确选择 PLC 对于保证整个控制系统 的技术经济性能指标起着重要作用。国内外生产的 PLC 种类很多，在选用时应 考虑以下几个方面： 规模要适当：首先要确保有足够的输入、输出点数，并留有一定的 余地，还应确定用户程序存储器的容量。 功能要相当，结构要合理。 输入、输出功能及负载能力的选择：选择何种功能的输入、
13、输出形 式或模块，取决于控制系统中输入和输出信号的种类、参数要求和技术要求， 选用具有相应功能的模块。 使用环境条件：在选择 PLC 时，要考虑使用环境条件是否符合规定。 本控制系统的输入信号有 15 个，输出信号有 14 个，结合以上的考虑因素 决定选用三菱的 FX2n-32MR，I/O 点数各位 16 点，可以满足控制要求，且留有,一定的裕量。 2.4机械手臂搬运控制系统变量定义及 I/O 地址分配 系统变量定义及 I/O 地址分配如表 1 所示。 表 1系统变量定义及 I/O 地址分配,2.5机械手臂搬运控制系统硬件接线图设计 由工况分析可设计出如图 2 所示的硬件接线图。,图 2硬件接线图,
