PLC對搬運(yùn)機(jī)械手的控制

三菱PLC控制的機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)所 在 學(xué) 院 專 業(yè) 名 稱 申請學(xué)士學(xué)位所屬學(xué)科 年 級 學(xué)生姓名、學(xué)號 指導(dǎo)教師姓名、職稱 完 成 日 期 摘要隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動化技術(shù)越來越高，生產(chǎn)工況也有趨于惡劣的態(tài)勢，這對一線工人的操作技能也提出了更高的要求，同時(shí)操作工人的工作安全也受到了相應(yīng)的威脅。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。本課題擬開發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，對機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動進(jìn)行控制。該裝置機(jī)械部分有滾珠絲杠、滑軌、機(jī)械抓手等；電氣方面由交流電機(jī)、變頻器、操作臺等部件組成。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動作。關(guān)鍵詞:可編程序控制器PLC、機(jī)械手、步進(jìn)電機(jī)目 錄一、機(jī)械手簡介（一）概述工業(yè)機(jī)械手由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。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。機(jī)械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。 （二）機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖2-1所示。圖1-1機(jī)械手的組成方框圖(一)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部 、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。1、手部即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多，常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。吸附式手部主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力(如吸盤內(nèi)形成負(fù)壓或產(chǎn)生電磁力)吸附物件，相應(yīng)的吸附式手部有負(fù)壓吸盤和電磁盤兩類。對于輕小片狀零件、光滑薄板材料等，通常用負(fù)壓吸盤吸料。造成負(fù)壓的方式有氣流負(fù)壓式和真空泵式。2、手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢)。3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置.工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運(yùn)動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動。手臂可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動如下:手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動時(shí)，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動，都需要有導(dǎo)向裝置，以保證手指按正確方向運(yùn)動。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所受的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)在啟動、制動瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運(yùn)動部件受力狀態(tài)簡單。導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)形式，常用的有:單圓柱、雙圓柱、四圓柱和V形槽、燕尾槽等導(dǎo)向型式。4、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和升降(或俯仰)運(yùn)動均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立往通常為固定不動的，但因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。5、行走機(jī)構(gòu)當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動。滾滾輪輪式式布行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運(yùn)動則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動裝置。6、機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。(二)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的動力裝置，通常由動力源、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機(jī)械傳動。(三)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動作順序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對機(jī)械手的動作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號。(四)位置檢測裝置控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。 二、機(jī)械手的控制方案與選擇（一）控制要求如下圖所示為某生產(chǎn)車間中自動化搬運(yùn)機(jī)械手，用于將左工作臺上的工件搬運(yùn)到右工作臺上。機(jī)械手的全部動作由液壓驅(qū)動。液壓泵由電磁閥控制，其上升/下降、左移/右移運(yùn)動由雙線圈兩位電磁閥控制，即上升電磁閥得電時(shí)機(jī)械手上升，下降電磁閥得電時(shí)機(jī)械手下降。夾緊/放松運(yùn)動由單線圈兩位電磁閥控制，線圈得電時(shí)機(jī)械手夾緊，斷電時(shí)機(jī)械手放松。圖2-1機(jī)械手的動作示意圖 為便于控制系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)，本控制系統(tǒng)應(yīng)有手動功能和顯示功能。當(dāng)手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“手動”位置時(shí)，按下相應(yīng)的手動按鈕，就可實(shí)現(xiàn)上升、下降、左移、右移、夾緊、放松的手動控制。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，將手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“自動”位置時(shí)，進(jìn)入自動工作狀態(tài)，手動按鈕無效。（二）機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較在工業(yè)自動化生產(chǎn)中常用的控制系統(tǒng)有：傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)這三種。但從使用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性出發(fā)，本設(shè)計(jì)選用了PLC。因?yàn)閺纳鲜鲈摍C(jī)械手所需完成的控制動作分析來看，本機(jī)械手是用于各種傳感器在復(fù)雜的條件下工件的傳輸，主要動作是上升、下降、左移、右移、夾緊、放松和工序延時(shí)控制等，控制動作基本上是以簡單的順序邏輯動作為主。是屬典型的繼電邏輯順序動作控制系統(tǒng)，這是PLC最擅長的功能，而且PLC具有體積小、重量輕、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、易于維護(hù)等特點(diǎn)，特別是替代繼電器控制系統(tǒng)，這更是它的優(yōu)勢。三、機(jī)械手系統(tǒng)的工作過程機(jī)械手是一種模仿人手動作，并按設(shè)定程序、軌跡和要求代替人手抓、吸、搬運(yùn)工件或工具進(jìn)行操作的自動化裝置。本系統(tǒng)的機(jī)械手部分由底盤、立桿、手臂、手組成。機(jī)械手移動到傳送帶B工件處夾緊工件，然后將工件移動到指定位置傳送帶A，接著放下工件，最后機(jī)械手回到初始位置（機(jī)械手的立桿最高，手臂最短，手最松）。其中底盤由一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動，該電機(jī)的順時(shí)針/逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)控制底盤的左/右旋轉(zhuǎn)；立桿由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，通過改變CP脈沖的頻率來改變步進(jìn)電機(jī)的速度，從而改變立桿的上升/下降的速度；手臂由另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，通過改變CP脈沖的頻率來改變步進(jìn)電機(jī)的速度，從而改變手臂的伸/縮速度；手由一個(gè)直流電機(jī)控制，該電機(jī)的順時(shí)針/逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)控制手的抓緊/放松。在機(jī)械手的各個(gè)相應(yīng)位置都有行程開關(guān)用于定位。傳 手 傳送 手臂 送帶 立桿 帶 A B 工件 底盤圖3-1 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)圖SB1SB3SB5SB7SB9SB1SB8SB6SB4SB2 手動 單周期自動 松X21 伸X17 上升X16 啟動X0 電源 10 順時(shí)針X14 縮X20 下降X15 停止X1 急停X2 圖3-2 機(jī)械手操作面板四、機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想(一) 機(jī)械手的單個(gè)工作流程機(jī)械手移動到傳送帶B工件處夾緊工件將工件移動到指定位置傳送帶A放下工件機(jī)械手回到初始位置五個(gè)過程完成，機(jī)械手通過PLC來控制，可實(shí)現(xiàn)這五個(gè)過程全自動依次運(yùn)行：1. 械手移動到工件B處：機(jī)械手分別通過步進(jìn)電機(jī)及直流電機(jī)來控制，使得機(jī)械手移到工件（傳送帶B）處，移動的最大位置通過相應(yīng)的限位開關(guān)來控制；2. 工件移動到指定位置：機(jī)械手分別通過步進(jìn)電機(jī)及直流電機(jī)來控制，使得機(jī)械手移到工件（傳送帶A）處，移動的最大位置通過相應(yīng)的限位開關(guān)來控制；3. 夾放工件：通過夾緊/放下直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)來控制，夾緊工件通過定時(shí)器來控制，即憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)定一個(gè)時(shí)間（本系統(tǒng)設(shè)為5S），在這個(gè)時(shí)間內(nèi)機(jī)械手能完全夾緊工件；4. 放下工件：通過夾緊/放下直流電機(jī)的反轉(zhuǎn)來控制，通過松限開關(guān)來控制5. 機(jī)械手回到初始位置：機(jī)械手分別通過步進(jìn)電機(jī)及直流電機(jī)來控制，使得機(jī)械手移到初始位置處，移動的最大位置通過相應(yīng)的限位開關(guān)來控制；(二) 機(jī)械手的操作方式機(jī)械手的操作方式可分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。1. 手動：用按鈕操作對機(jī)械手的每一步運(yùn)動單獨(dú)進(jìn)行控制，如：當(dāng)選擇上/下運(yùn)動時(shí)，按下起動按鈕，機(jī)械手上升，按下停止按鈕，機(jī)械手下降；當(dāng)選擇左/右運(yùn)動時(shí)，按下起動按鈕，機(jī)械手左移，按下停止按鈕，機(jī)械手右移；當(dāng)選擇夾緊/放松按鈕時(shí)，按下起動按鈕，機(jī)械手夾緊，按下停止按鈕，機(jī)械手放松，該方式用于機(jī)械手系統(tǒng)的“回原位”操作本系統(tǒng)中，可用手動方式用于機(jī)械手的初始狀態(tài)定位，用操作面板按鈕的（SB5，SB6，SB7，SB8，SB9，SB10）來點(diǎn)動執(zhí)行相應(yīng)的各動作；2. 單步：每按一次起動按鈕SB3，機(jī)械手完成一步動作后，自動停止；3. 單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下起動按鈕SB3，機(jī)械手自動完成一個(gè)周期的動作后，返回原位（如果在動作過程中，按下停止按鈕SB4，機(jī)械手停在該工序上，再按下起動按鈕SB3，則又從該工序繼續(xù)工作，最后停在原位），本系統(tǒng)采用單周期方式進(jìn)行機(jī)械手的工藝過程（機(jī)械手移動到傳送帶B工件處夾緊工件將工件移動到指定位置傳送帶A放下工件機(jī)械手回到初始位置）；4. 連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下起動按鈕SB3，機(jī)械手的動作將自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)，在工作中，若按一下停止按鈕SB4，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動作后，回到原點(diǎn)自動停止五、機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析被控對象工藝過程提出系統(tǒng)控制要求確定外部輸入/輸出設(shè)備選擇PLC分配I/O點(diǎn)軟件滿足要求設(shè)計(jì)梯形圖編制程序清單輸入程序并檢查模擬調(diào)試滿足要求聯(lián)機(jī)調(diào)試硬件滿足要求設(shè)計(jì)控制臺（柜）及安裝接線圖現(xiàn)場施工接線編制技術(shù)文件圖5-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)(一) 硬件設(shè)計(jì) PLC系統(tǒng)一般由PLC、輸入輸出設(shè)備、控制柜等設(shè)備組成。在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮如下原則。 可靠性?？煽啃允强刂葡到y(tǒng)的生命，系統(tǒng)不可*，即使功能再完善，經(jīng)濟(jì)性再好也沒有用，可*性不好的設(shè)備是沒有市場的。在設(shè)計(jì)中，盡可能選擇可*的元件和產(chǎn)品，雖然，初始投資可能多一點(diǎn)，但是，考慮到因?yàn)榭?性不好造成的生產(chǎn)和維修費(fèi)用，還是值得的。 b、功能完善。在保證控制功能的基礎(chǔ)上，盡可能地將自檢、報(bào)警等功能納入設(shè)計(jì)方案。 c、經(jīng)濟(jì)性。在保證控制功能和可*性的基礎(chǔ)上，盡可能地降低成本。 d、在保證前三條的基礎(chǔ)之上，考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性和可擴(kuò)展性。(二) 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)就是編寫滿足生產(chǎn)要求的梯形圖或助記符程序，設(shè)計(jì)時(shí)的原則和要求如下： a、建立PLC輸入和輸出量的接線表和接線圖； b、建立PLC存儲器的分配表； c、推導(dǎo)每一個(gè)輸出、中間量和指令的動作和停止條件； d、盡量減少掃描時(shí)間，方法是減少指令和內(nèi)存的使用； e、對每一個(gè)梯形圖梯級給予注釋； f、要求邏輯關(guān)系明確，輸出、中間量和指令的名字易懂好記。 修改程序開始制定運(yùn)行方案畫控制流程圖制定抗干擾措施編制I/O口分配表程序元件編號編寫程序程序輸入PLC測試正常試運(yùn)行正常固化程序結(jié)束流程正常方案正確圖5-2 軟件設(shè)計(jì)六、機(jī)械手系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(一) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖 (二) I/O地址分配 由于該CPU模塊有24點(diǎn)數(shù)字量輸入，24點(diǎn)數(shù)字量輸出，所以不再需要輸入模塊，采用自動分配方式，模塊上的輸入端子對應(yīng)的輸入地址是X000-X027，輸出端子對應(yīng)的輸出地址是Y000-Y027。下圖（圖5-5）為PLC的I/O接線圖，選用FX2N-48MT的PLC，系統(tǒng)共有15個(gè)輸入設(shè)備和6個(gè)輸出設(shè)備，分別占用PLC的15個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，為了保證系統(tǒng)在緊急情況下(包括PLC發(fā)生故障時(shí))能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，設(shè)置了交流繼電器KM。在PLC開始運(yùn)行時(shí)，按下“電源”按鈕SB1，S使KM線圈得電后并自鎖，KM的主觸點(diǎn)接通，給輸出設(shè)備提供電源，出現(xiàn)緊急情況，按下“急停”按鈕SB2，KM觸點(diǎn)斷開。 圖6-2七 編程軟件(一) 正常運(yùn)行流程圖圖7-1 正常運(yùn)行流程圖(二) 緊急停止流程圖開始正常運(yùn)行按動緊急停止按鈕結(jié)束圖7-2 緊急停止流程圖八、機(jī)械手系統(tǒng)資源分配(一) 數(shù)字量輸入部分該控制系統(tǒng)的輸入有啟動按鈕、停止按鈕、緊急停止按鈕、上、下、伸、縮、松、底盤右、底盤左、初始限開關(guān)共11個(gè)輸入點(diǎn)，具體的輸入分配如表8-1所示表8-1輸入地址分配輸入地址對應(yīng)的外部設(shè)備X000啟動按鈕X001停止按鈕X002緊急停止按鈕X003初始位置限位開關(guān)X004目標(biāo)限位開關(guān)X005桿下限位開關(guān)X006桿上限位開關(guān)X007手臂伸限位開關(guān)X0010手臂縮限位開關(guān)X0011手松限位開關(guān)X0012手動開關(guān)X0013單周期自動X0014順時(shí)針轉(zhuǎn)X0015逆時(shí)針轉(zhuǎn)X0016桿下降X0017桿上升X0020手臂伸X0021手臂縮X0022手松(二) 數(shù)字量輸出部分該系統(tǒng)需要控制的外部設(shè)備有前進(jìn)/后退步進(jìn)電機(jī)，上升/下降步進(jìn)電機(jī)，夾緊/放下直流電機(jī)，底盤旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)，其中步進(jìn)電機(jī)可調(diào)速，直流電機(jī)有正/反轉(zhuǎn)狀態(tài)。具體的輸出分配如表二表 8-2輸出地址分配 輸出地址 對應(yīng)的外部狀態(tài)Y000上升/下降步進(jìn)電機(jī)Y001伸/縮步進(jìn)電機(jī)Y002底盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)Y003底盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)Y004夾緊/放松直流電機(jī)（放松）Y005夾緊/放下直流電機(jī)（夾緊）Y006立桿步進(jìn)電機(jī)方向控制Y007手臂步進(jìn)電機(jī)方向控制(三) 定時(shí)器部分該系統(tǒng)夾緊工件時(shí)，需要定時(shí)器來控制夾緊程度，假設(shè)5S機(jī)械手可以夾緊工件，具體的定時(shí)器分配如表8-3表8-3 定時(shí)器分配定時(shí)器功能T0夾緊工件時(shí)定時(shí)5S(四) 繼電器部分該控制系統(tǒng)的初始位置在程序中用一個(gè)內(nèi)部繼電器來表示，具體的內(nèi)部繼電器分配如表8-4所示表8-4 內(nèi)部繼電器分配內(nèi)部繼電器功能 M0 機(jī)械手的初始位置九、機(jī)械手系統(tǒng)程序(一) 初始化(1) 使系統(tǒng)達(dá)到初始位置運(yùn)動控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，可能會遇到斷電，急停等狀況，從而使系統(tǒng)處于某一種不可知狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，對系統(tǒng)進(jìn)行控制是很困難的，所以用手動方式，使系統(tǒng)進(jìn)行一系列調(diào)整，從而達(dá)到初始位置，以便于系統(tǒng)的正?？刂?。(2) 復(fù)位、清除某些繼電器、數(shù)據(jù)寄存器在PLC由運(yùn)行狀態(tài)切換到編程狀態(tài)，再切換到運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，某些繼電器、數(shù)據(jù)寄存器會記憶上次運(yùn)行時(shí)得到的狀態(tài)或結(jié)果，從而對本次程序運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。(3) 賦予系統(tǒng)運(yùn)行的一些基本參數(shù)在初始化程序段中，經(jīng)常使用的信號是系統(tǒng)初始化特殊內(nèi)部繼電器R9013，它在PLC的模式下處于“RUN”的狀態(tài)下，從斷電狀態(tài)到通電狀態(tài)，或者是在通電狀態(tài)下，PLC的模式開關(guān)從“PROGRAMM”模式轉(zhuǎn)換為“RUN”模式（不論是通過硬件開關(guān)切換還是通過軟件切換）的時(shí)候閉合一個(gè)掃描周期，然后一直保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。(二) 直流電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)控制直流電機(jī)的控制電路較為簡單，一般只要考慮PLC的輸入、輸出的接線就可以了。這樣的電路單獨(dú)沒有什么意義，但是卻是生產(chǎn)線上不可缺少的部分，一般應(yīng)用電路如下圖 D P LC SB0 X0 Y0 KM SB1 X1COM COM 24V 12VM + - KM 圖9-1 直流電機(jī)基本應(yīng)用電路直流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制也是生產(chǎn)線上常見的控制要求，實(shí)現(xiàn)起來也是比較簡單的，只是在應(yīng)用中要注意以下一些方面：A.在某些應(yīng)用電路中，是不允許正、反轉(zhuǎn)控制繼電器同時(shí)得電閉合的，在這種控制方式中，單純的依靠軟件戶所來保證正、反轉(zhuǎn)控制繼電器不要同時(shí)得電是不可靠的，這是因?yàn)镻LC執(zhí)行指令的速度很快，而外部的實(shí)際繼電器由線圈得電到觸電閉合，以及由線圈失電到觸點(diǎn)斷開均需要延遲一段時(shí)間。在這種情況下，電路中不僅要有軟件互鎖，而且要由硬件互鎖。具體的如圖所示圖9-2 直流電機(jī)正/反轉(zhuǎn)硬件互鎖控制電路B. 在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用H橋驅(qū)動直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)控制。常用的H橋驅(qū)動電路有兩種，如圖所示，各有利弊。圖9-3 直流電機(jī)的H橋驅(qū)動方式（A）圖所是得電路結(jié)構(gòu)十分簡單，廣泛應(yīng)用于小型低轉(zhuǎn)動慣量直流電動機(jī)控制電路中。因?yàn)檫@種電路KM1或KM2單獨(dú)閉合時(shí)，直流電動機(jī)可以正向旋轉(zhuǎn)或者反向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)KM1和KM2均閉合或者均不閉合，這時(shí)候直流電動機(jī)相當(dāng)于電樞短接，可以將直流電動機(jī)很快的制動停止，此時(shí)制動電流與直流電動機(jī)的容量以及轉(zhuǎn)動慣量有直接的關(guān)系，所已不適合大容量的直流電動機(jī)和大轉(zhuǎn)動慣量的控制應(yīng)用中。（B）圖所時(shí)的電路結(jié)構(gòu)相對來說較為復(fù)雜，這種電路當(dāng)KM1或KM2單獨(dú)閉合時(shí)，直流電動機(jī)也可以正向旋轉(zhuǎn)或者反向旋轉(zhuǎn);當(dāng)KM1和KM2均不閉合時(shí)，這時(shí)候直流電動機(jī)，相當(dāng)于電樞串電阻短接制動，電阻限定了制動電流；當(dāng)KM和KM2銅時(shí)閉合，此時(shí)驅(qū)動直流電動機(jī)的直流電源將會被短路，因而發(fā)生危險(xiǎn)，所以這種電路時(shí)嚴(yán)禁KM1和KM2同時(shí)閉合的，一定要由硬件連鎖措施。在直流電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)應(yīng)用中，還應(yīng)當(dāng)注意當(dāng)直流電動機(jī)由一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向變換為另一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的瞬間，此時(shí)直流電動機(jī)的直流電源和直流電動機(jī)的電樞反電動勢是同鄉(xiāng)串連的，因而此時(shí)直流電動機(jī)將承受很大的電樞電流，如果這個(gè)電流比較大,就可能造成直流電動機(jī)燒毀，解決的方法是等待直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降低到一定程度(可以通過時(shí)間延時(shí)來是實(shí)現(xiàn)，也可以通過速度極電起來檢測)后，再改變直流電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。(三) 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的控制微電機(jī)，其位移量嚴(yán)格正比于輸入脈沖數(shù)，平均轉(zhuǎn)速正比于輸入脈沖的頻率，同時(shí)，在其工作頻率內(nèi)，可以從一種運(yùn)動狀態(tài)穩(wěn)定轉(zhuǎn)換到一種運(yùn)動狀態(tài)。它是一種性能很良好的數(shù)字化執(zhí)行元件，在數(shù)控系統(tǒng)的點(diǎn)、位控制中，可利用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)，在開環(huán)控制中，步進(jìn)電機(jī)由一定頻率的脈沖控制，由PLC直接產(chǎn)生脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)，可以有效地簡化系統(tǒng)的硬件電路，進(jìn)一步提高可靠性，由于PLC是以循環(huán)掃描方式工作，其掃描周期一般在幾毫秒至幾十毫秒之間，因此受到PLC工作方式的限制以及掃描周期的影響，步進(jìn)電機(jī)不能在高頻下工作，而應(yīng)該在低頻下工作，脈沖信號頻率選為十至幾十HZ左右。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其控制脈沖的頻率成正比，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在極低頻下運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速必然很低，而為了保證系統(tǒng)的定位精度，脈沖當(dāng)量即步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一個(gè)步距角時(shí)，工作臺移動的距離又不能太大，這兩個(gè)因素合在一起，帶來可一個(gè)突出的問題：定位時(shí)間太長，為了保證定位精度，脈沖信號當(dāng)量不能太大，但卻影響了定位速度，因此要解決好既能提高定位速度，同時(shí)又能保證定位精度的矛盾。步進(jìn)電機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的連接有很多種，常見的一種時(shí)步進(jìn)電機(jī)和絲杠桿連接，將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變成工作臺面的直線運(yùn)動在這種應(yīng)用中，關(guān)系運(yùn)動直接后果的參數(shù)有以下幾個(gè)：N ：PLC發(fā)出的控制脈沖的個(gè)數(shù)：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的脈沖細(xì)分?jǐn)?shù)（如果步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器有脈沖細(xì)分驅(qū)動）：不僅電機(jī)的布距角，即步進(jìn)電機(jī)每受到一個(gè)脈沖變化，周所轉(zhuǎn)過的角度：絲杠的螺紋距，他決定了絲杠每轉(zhuǎn)過一圈，工作臺面前進(jìn)的距離根據(jù)以上的參數(shù)，我們可以得到以下的結(jié)果：LC發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)到達(dá)步進(jìn)電機(jī)上，脈沖實(shí)際有效數(shù)應(yīng)為N/n 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一周，需要的脈沖個(gè)數(shù)為360/則PLC發(fā)出N個(gè)脈沖，工作臺面移動的距離為：L=Nd/360nPLC要和步進(jìn)電機(jī)配合實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制，還要在PLC內(nèi)部進(jìn)行一系列的設(shè)定，或者是編制一定的程序設(shè)計(jì)。不同的PLC類型索要編制的程序不同，控制字也有不同，參考說明書就可以知道這種差異。另外，步進(jìn)電機(jī)控制是要用高速脈沖控制的，所以PLC必須是可以輸出高速脈沖的晶體管輸出形式，不可以使用繼電器輸出形式的PLC來控制步進(jìn)電機(jī)。圖9-4不同的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器需配合適當(dāng)?shù)腜LC，原則是勢PLC的輸出高速脈沖可以傳輸?shù)讲竭M(jìn)電器驅(qū)動器內(nèi)部。在上圖中，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的輸入信號所采用的是公共陽極，則PLC就應(yīng)當(dāng)采用NPN晶體管輸出類型的，并且連線如圖9-5所示如果步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器所采用的輸入信號采取的是公共陰極，則PLC就應(yīng)當(dāng)采用PNP晶體管輸出類型。內(nèi)部電路內(nèi)部電路圖9-5九、機(jī)械手系統(tǒng)調(diào)試(一) 硬件調(diào)試首先在PLC處于編程狀態(tài)下，檢測各種按鈕、開關(guān)、傳感器，以確認(rèn)這些信號能夠正確地連接到了輸入端口,確認(rèn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)均可以正常運(yùn)動，不會產(chǎn)生碰撞、卡死、打滑等現(xiàn)象(二) 軟件調(diào)試在運(yùn)動控制系統(tǒng)中，因?yàn)樯婕暗竭\(yùn)動控制的內(nèi)容，所以在編程時(shí)，建議將可運(yùn)動部件的運(yùn)動速度不要設(shè)定得太高.在調(diào)試軟件時(shí)，要充分利用特殊內(nèi)部繼電器和特殊數(shù)據(jù)寄存器，以及各種指令。例如R9010，R9011，CNDE指令，END指令等。調(diào)試程序是可以充分利用這些指令及繼電器，使程序執(zhí)行一段后停止，觀察上一段程序的執(zhí)行結(jié)果，這樣做近似于計(jì)算機(jī)中的斷點(diǎn)調(diào)試方法。在系統(tǒng)中有很多種功能，要本著先單一，后多種，先簡單，后復(fù)雜的順序來調(diào)試程序。系統(tǒng)中的功能可以先是實(shí)現(xiàn)一種，然后往上添加。比較復(fù)雜的功能控制，如運(yùn)動中變換速度，可以先使系統(tǒng)以一定速度運(yùn)動起來，運(yùn)行過程正確無誤后，再考慮加、減速的問題。 參考文獻(xiàn)1 吳勇翀. 淺析基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J. 電子技術(shù)與軟件工程. 2014(14)2 關(guān)明,周希倫,馬立靜,宋蔚. 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J. 制造業(yè)自動化. 2012(14)3 李景魁. 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J. 煤礦機(jī)械. 2012(10)4 王月芹. 基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J. 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2011(03)5 董茂起,于復(fù)生,王雪,孫永亮. 基于S7-200 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