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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局部。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，进展系统硬件配置，PLC选型，绘制主电路图以及控制接线图；再进展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展设计；最后进展仿真联合调试。仿真结果根本符合要求。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展计数，还能手动进展调试。由于PLC具有可靠性、易操作性、灵活性等优点，因此，控制系统与传统人力搬运
2、相比，大大提高了工作效率，系统调试方便、本钱低、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目 录1 引言11.1 机械手臂搬运控制系统设计的目的11.2 机械手臂搬运控制系统的设计内容和要求12 机械手臂搬运控制系统硬件设计22.1 机械手臂搬运控制系统硬件配置及组成原理22.2 机械手臂搬运控制系统输入输出点分析22.3 PLC选型32.4 机械手臂搬运控制系统变量定义及I/O地址分配42.5 机械手臂搬运控制系统硬件接线图设计43 机械手臂搬运控制系统软件设计53.1 编程语言的选择53.2 机械手臂搬运控制系统程序流程图设计53.3 PLC控制程序设计及
3、分析63.3.1 手动模式63.3.2 自动模式74 机械手臂搬运控制系统调试及结果分析114.1 机械手臂搬运控制系统仿真调试114.1.1 静态调试114.1.2 动态调试114.2 结果分析115 设计总结14参考文献15致 16附 录17附录A 系统接线图17附录B 程序梯形图18. v.1 引言1.1 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、开展历史和应用前景，通过同学们自己动手设计，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
4、统，引导同学们将理论知识和生产实际知识严密结合起来，从而使这些知识得到进一步的稳固、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根底。1.2 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设计出硬件系统的构造图、接线图、时序图等； 2系统有启动、停顿功能； 3运用功能指令进展PLC程序设计，并有主程序、子程序和中断程序； 4程序构造与控制功能自行创新设计； 5进展系统调试，实现机械手臂搬运加工流程的控制要求。 系统的
5、控制要求如下： 1有两部机械对工作物进展加工，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的位置进展第一步骤加工。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进展第二步骤加工；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，一开场手臂先下降，碰到下限开关开场做夹起动作，然后开场上升碰到上限开关后，手臂开场往右，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，机械手臂再依进展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
6、工作台2上进展第二加工步骤。 3当第二加工步骤完成时，机械手再依进展下降、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。2 机械手臂搬运控制系统硬件设计2.1 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
7、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顿的功能，故需要一个启动按钮SB0X000，一个停顿按钮SB1(X001)；系统能自开工作和手动调试，故需要一个手动/自动切换开关SB2X002；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SQ7X003感应工件到达加工位置；接通下降线圈KM2Y001机械手下降，碰到下限位开关SQ1X004，停顿下降；接通夹紧线圈KM3Y002机械手夹紧；接着接通上升线圈KM4Y003机械
8、手上升，碰到上限位开关SQ2X005停顿上升；接通右行线圈KM5Y004机械手右行，碰到工作台1限位开关SQ4X007停顿右行；接通下降线圈KM2Y001机械手下降，碰到下限位开关SQ1X004，停顿下降；断开夹紧线圈KM3Y002；接通上升线圈KM4Y003机械手上升，碰到上限位开关SQ2停顿上升；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；接通下降线圈KM2Y001机械手下降，碰到下限位开关SQ1X004，停顿下降；接通夹紧线圈KM3Y002机械手夹紧；接着接通上升线圈KM4Y003机械手上升，碰到上限位开关SQ2X005停顿上升；接通右行线圈KM5Y004机械手右行，碰到
9、工作台2限位开关SQ5X010停顿右行；接通下降线圈KM2Y001机械手下降，碰到下限位开关SQ1X004，停顿下降；断开夹紧线圈KM3Y002；接通上升线圈KM4Y003机械手上升，碰到上限位开关SQ2停顿上升；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KM2Y001机械手下降，碰到下限位开关SQ1X004，停顿下降；接通夹紧线圈KM3Y002机械手夹紧；接着接通上升线圈KM4Y003机械手上升，碰到上限位开关SQ2X005停顿上升；接通右行线圈KM5Y004机械手右行，碰到传送带B限位开关SQ6X011停顿右行；接通下降线圈KM2Y001机械手下降，碰到下限位
10、开关SQ1X004，停顿下降；断开夹紧线圈KM3Y002；接通传送带启动线圈KM6Y005将加工完的工件送走，同时接着接通上升线圈KM4Y003机械手上升，碰到上限位开关SQ2X005停顿上升；接通左行线圈KM7Y006机械手左行，碰到传送带A限位开关SQ3X006停顿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SB3X012、上升按钮SB4X013、右行按钮SB5X014、左行按钮SB6X015、松紧按钮SB7X016。通过以上分析可知，需要PLC输入点14个X000X016，PLC输出点14个Y000Y006，Y010
11、Y016。2.3 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：1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。2功能要相当，构造要合理。3输入、输出功能及负载能力的选择：选择何种功能的输入、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。4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
12、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PLC输入点所接输入端口PLC输出端口所接输出端口X000启动按钮Y000传送带AX001停顿按钮Y001下降线圈X002手动/自动切换开关Y002夹紧线圈X003到达加工位置Y003上升线圈X004下限位开关Y004右行线圈X005上限位开关Y005传送带BX006传送带A限位开关Y006左行线圈X007工作台1限位开关Y010数码管a段X010工作台2限位开关Y011数码管b段X011传
13、送带B限位开关Y012数码管c段X012下降按钮Y013数码管d段X013上升按钮Y014数码管e段X014右行按钮Y015数码管f段X015左行按钮Y016数码管g段X016松、紧按钮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3 机械手臂搬运控制系统软件设计3.1 编程语言的选择 常见的PLC编程语言有以下几种： 1梯形图：梯形图语言具有形象、直观、实用的优点，它是在继电接触器逻辑控制的根底上演变而来，易学易懂。 2指令表：它和单片机程序中的汇编语言有点类似，由语句指令一定的顺序排列而成。 3顺序功能图：常用来编制顺序控制类程序。包
14、含步、动作、转换三个要素。可以将一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态，对这些小的工作状态的功能处理后再依一定的顺序控制要求连接组合成整体的控制程序。 4功能块图：一种类似数字逻辑电路的编程语言。 5构造文体：用一些高级编程语言来编程的方式称为构造文体。 对于机械手臂搬运控制系统，其控制过程是按顺序一步一步来完成，只有在上一个步骤完成了，才能进入下一个工步。因此决定采用顺序功能图来编写机械手臂搬运控制系统。3.2 机械手臂搬运控制系统程序流程图设计 由工况分析可得自动模式的程序流程图如图3所示。当传送带A将工件送到加工位置时，机械手下降，碰到下限位开关时，夹紧工件开场上升，碰到上限位开关时，开场右移，到达工作台1时，机械手下降，碰到下限位开关时，松开工件，上升到上限位等待工作台1加工完成。工作台1加工完成之后，机械手下降，碰到下限位开关时，夹紧工件又开场上升，碰到上限位开关时，开场右移，到达工作台2时，机械手下降，碰到下限位开关时，松开工件，上升到上限位等待工作台
