1、 城市職業(yè)學院學生畢業(yè)論文畢業(yè)論文題目機械手分揀設計教學單位專業(yè)/班級姓 名學 號指導教師與職稱年 月 日32 / 36獨 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的畢業(yè)論文（設計）是本人在導師指導下進行的研究工作與取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標注和致的地方外，論文（設計）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得城市職業(yè)學院或其他教育機構(gòu)的證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本論文（設計）所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示意。論文（設計）作者簽名： 簽字日期： 年 月 日摘 要：所介紹的電動機械手由電控機械手、yz軸絲杠組、手轉(zhuǎn)動機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)底盤等機械部分組成

2、，在PLC控制下，它可在行程圍將物體從一點搬運至另一任意點，可置放于各種不同生產(chǎn)線或物流流水線中。關鍵詞：機械手；PLC；步進電機中圖分類號：TP241 文獻標志碼：A文章編號：Design of the Control System of 4-dimension Motor-driven Mechanical Manipulator Based on PLCAbstract: Motor-driven mechanical manipulator disscussed in this paper consists of power-operated mechanical manipulato

3、r,y-axis and z-axis screw lever modules ,rotatrymechanism of manipulator,rotated-plate at the bottom etc.On the control of PLC system,it cantake bodies from one place to another in the range of its journey. It can be placed on different manufacture assembly lines or goods circulation lines. Key Word

4、s:mechanical manipulator; PLC; step motor隨著微電子技術、計算機和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，機械手技術也快速發(fā)展。按實現(xiàn)功能和驅(qū)動方式劃分，機械手可以分為很多種。僅就驅(qū)動方式，就有氣動（或液動）、電動和電氣混合等。為實現(xiàn)不同的功能，有3個自由度的，也有4、5個自由度的，甚至還有6個自由度的。本文中，筆者僅論述基于PLC技術的4個自由度電動機械手的控制設計，它能滿足絕大多數(shù)場合的搬運需要，并且可用于教學實驗，具有良好的示性和教學性。目 錄1.前 言32.系統(tǒng)的總體設計與思路32.1 控制要求42.2 結(jié)構(gòu)框圖42.3 系統(tǒng)框圖53.系統(tǒng)的硬件設計63.1 P

5、LC的發(fā)展概況63.1.1 PLC的定義63.1.2 PLC的特點63.1.3 PLC的應用領域73.1.4 三菱FX系列PLC73.2 機械手83.2.1 機械手概況83.3 傳感器93.3.1光電式接近開關93.3.2對射式光電接近開關103.3.3反射式光電接近開關103.3.4漫射式（漫反射式）光電接近開關113.3.5光纖式傳感器113.4光電傳感器在自動檢測中的應用123.4.1對射式光電傳感器應用123.4.2 反射式傳感器應用123.4.3 漫反射式光電傳感器應用123.5霍爾傳感器133.6電子式行程開關133.6.1Festo的接近式傳感器133.6.2電子式行程開關位置控

6、制裝置143.7壓力傳感器143.8傳感器的連接方法143.9 使用電器設備的注意事項153.91 電氣回路連接安全規(guī)則153.92. 模擬檢測154.可編程控制器控制部分164.1機械手移送工件動作過程174.2操作方式概念174.4機械手與PLC的I/0（輸入/輸出端口）224.5使用編程軟件包（FXGP/WINC）對系統(tǒng)進行全過程監(jiān)控234.6 擺動機械手的控制254.7全系統(tǒng)PLC控制程序255、結(jié)束語30參考文獻30致 321.前 言在很長的時間里，分揀工作的進行都是靠人工來完成的，但是隨著社會的不斷發(fā)展，人民物質(zhì)文化生活水平日益提高，人工分揀的生產(chǎn)效率低、成本高等缺點越來越突出。為

7、了改變落后的生產(chǎn)狀態(tài)，緩解日趨緊的供求關系，且市場的競爭也越來越激烈，因此各個企業(yè)都迫切地需要改進生產(chǎn)技術，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進行材料分揀的企業(yè)。而隨著科學技術的飛速發(fā)展，計算機的普遍應用，多工步機械手的研究終于得到普與，它可以搬運貨物，分揀物品等，節(jié)省了大量的人力無力，效率也提高了不少。本文就介紹了基于PLC控制的自動分揀控制系統(tǒng)，利用氣動實現(xiàn)動作，PLC作控制器設計了一種成本較低，效率較高的材料自動分揀裝置，在分揀的過程中取得了較好的控制效果。2.系統(tǒng)的總體設計與思路2.1 控制要求要求如下：1） 按下啟動按鈕后若滑臺不在原點，則返回原點2） 啟動電機3） 放入分揀材料4） 判斷材料

8、的材質(zhì)和顏色5） 判斷是否到達傳動帶末端6） 電機停止7） 機械手動作8） 將材料分揀到相應的位置上9） 機械手回原點10） 電機啟動進入下次分揀2.2 結(jié)構(gòu)框圖該裝置包含了PLC控制技術、位置檢測技術、氣動技術等，由PLC（三菱FX1N）、電動機、開關電源、電磁滑、變頻器、傳感器等器件，系統(tǒng)的功能子模塊有：傳動模塊；機械手模塊（含真空吸放）；氣源處理模塊；傳感器檢測模塊；電源模塊；可編程控制器模塊；變頻器模塊；氣動電磁閥模塊。 具體結(jié)構(gòu)框圖如下：可編程控制器電容開關電感開關光電開關限位開關傳送帶電機下料汽缸電磁閥滑臺電磁閥機械手電磁閥圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.3 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)功能圖如下：開始

9、檢查滑臺位置是否在原點啟動電機放置元件判斷材質(zhì)判斷顏色是否到輸送帶末端電機停止分揀回到原點是否到輸送帶末端電機停止分揀回到原點判斷所處模式按下開始按鈕NY非金手動循環(huán)模式自動循環(huán)模式3.系統(tǒng)的硬件設計3.1 PLC的發(fā)展概況PLC自問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，在美、德、日等工業(yè)發(fā)達國家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。世界總銷售額不斷上升、生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)、品種不斷翻新。產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價格則不斷下降。目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)PLC，較有名的：美國：AB通用電氣、莫迪康公司；日本：三菱、富士、歐姆龍、松下電工等；德國：西門子公司；法國：TE 斯耐德公司；國：三星、LG公司等。3.1.1 PL

10、C的定義PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC與其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。

11、”3.1.2 PLC的特點1）可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線與開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可與時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的

12、電路與設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2）配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強與人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3）易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形

13、圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。4）統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計與建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械部，是

14、實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。3.1.3 PLC的應用領域目前，PLC在國外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保與文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類：1）開關量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控與自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)

15、字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3）運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 4）過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用

16、得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 5）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析與處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6）通信與聯(lián)網(wǎng)PLC通信

17、含PLC間的通信與PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3.1.4 三菱FX系列PLC在FX系列中，除了基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形圖編程與對應機械動作流程進行順序設計的SFC順序功能圖編程，而且這些程序可相互轉(zhuǎn)換，F(xiàn)X系列還設置了高數(shù)計數(shù)器，對來自特定的輸入繼電器的高脈沖進行中斷處理，擴大了PLC的應用領域；而本設計所用到的FX2N PLC更可以采用作為擴展設備的硬件計數(shù)器，可獲取最高50KHz的高速脈沖。3.2 機械手機械手是機器人

18、的一個重要分支 ，它的特點是可通過編程來完成各種預期的任務，而準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。3.2.1 機械手概況工業(yè)機械手是人類創(chuàng)造的一種機器,更是人類創(chuàng)造的一項偉大奇跡,其研究、開發(fā)和設計是從二十世紀中葉開始的.我國的工業(yè)機械手是從80年代"七五"科技攻關開始起步,在國家的支持下,通過"七五","八五"科技攻關,目前已經(jīng)基本掌握了機械手操作機的設計制造技術,控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術,運動學和軌跡規(guī)劃技術,生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點焊，裝配，搬運等機器人。世界工業(yè)機械手

19、的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險的勞動環(huán)境都需要用機器人代替人工。隨著機器人應用的深化和滲透，工業(yè)機械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術的發(fā)展和科技的不斷進步，這項技術將日益完善。本設計所用的就是氣動式的機械手，拾取和釋放材料都是由氣壓控制。把組裝完成的工件送到與該系統(tǒng)配套使用的傳送帶分揀工作站中繼續(xù)工作過程。 圖0.1 模塊化自動生產(chǎn)加工系統(tǒng)（MPS）外形圖 圖0.2 模塊化加工生產(chǎn)系統(tǒng)（MPS）結(jié)構(gòu)圖3.3 傳感器機械手動作的時機需要傳感器來給予

20、，本設計所要用到的傳感器包括：電感接近開關，電容接近開關，光電傳感器，滑臺限位開關。其中，電感接近開關用于判斷元件在傳送帶上的位置，電容接近開關用于判斷元件的材質(zhì)，光電傳感器用于判斷元件顏色，滑臺限位開關是判斷滑臺的位置。圖2.6 電容式傳感器應用 圖2.5電容式接近開關圖形符號電容式傳感器在自動檢測中的應用:由于電容傳感器根據(jù)其感應靈敏度可以檢測不同材質(zhì)的工件。如圖2.6所示，在自動生產(chǎn)線上可以檢測出工件是否金屬或塑料、塑料或瓷器等等，用以控制計數(shù)器計數(shù)或下一個加工步驟等。3.3.1光電式接近開關光電式傳感器是用光電轉(zhuǎn)換器件作敏感元件、將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。光電式傳感器的種類很多，按照

21、其輸出信號的形式，可以分為模擬式、數(shù)字式、開關量輸出式。 以開關量形式輸出的光電傳感器，即為光電式接近開關。 光電式接近開關,利用光電效應制成的傳感器稱為光電式傳感器。光電式傳感器的種類很多，其中輸出形式為開關量的傳感器為光電式接近開關。 （1）光電式接近開關主要由光發(fā)射器和光接收器組成。（2）光發(fā)射器用于發(fā)射紅外光或可見光。（3）光接收器用于接收發(fā)射器發(fā)射的光，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號以開關量形式輸出。（4）按照接收器接收光的方式不同，光電式接近開關可以分為對射式、反射式和漫射式三種。光發(fā)射器和光接收器也有一體式和分體式兩種。 3.3.2對射式光電接近開關對射式光電接近開關是指光發(fā)射器（光發(fā)射

22、器探頭或光源探頭）與光接收器（光接收器探頭）處于相對的位置工作的光電接近開關。其原理和外形如圖2.7、圖2.8所示。 圖2.7 對射式接近開關的工作原理圖2.8 對射式接近開關外形圖3.3.3反射式光電接近開關反射式光電接近開關的光發(fā)射器與光接收器處于同一側(cè)位置，且光發(fā)射器與光接收器為一體化的結(jié)構(gòu)，在其相對的位置上安置一個反光鏡，光發(fā)射器發(fā)出的光經(jīng)反光鏡反射回來后由光接收器接收。其原理和外形如圖2.9所示。圖2.9 反射式光電接近開關的工作原理與其外形圖3.3.4漫射式（漫反射式）光電接近開關漫射式光電接近開關是利用光照射到被測物體上后反射回來的光線而工作的，由于物體反射的光線為漫射光，故該種

23、傳感器稱為漫射式光電接近開關。 其原理和外形如圖 所示。圖2.10 漫射式光電接近開關的工作原理與其外形圖3.3.5光纖式傳感器光纖電纜由一束玻璃纖維或由一條或幾條合成纖維組成。光纖能將光從一處傳導到另一處,甚至繞過拐角處。其 工作原理是通過部反射介質(zhì)傳遞光 線。光線通過具有高折射率的光纖材 料和低折射率護套表面,由此形成的 光纖在光纖的反射式傳遞。光纖由芯部(高折射率)和護套(低折射率)組成。在光纖,光被不斷來回反射, 產(chǎn)生全反射,因而光能通過曲線路徑。光纖式傳感器外形如圖2.11所示。圖2.11 光纖式傳感器外形圖6光電式接近開關的圖形符號如圖2.12所示。圖2.12 光電式接近開關的圖形

24、符號3.4光電傳感器在自動檢測中的應用3.4.1對射式光電傳感器應用用兩個對射式光電傳感器檢測傳送帶的力，如圖2.13所示。在正常情況下，傳送帶的傳送速度應保持一定的圍，即V1和V2的帶速度應為一致。即傳感器A有信號，B沒有信號。如果在某一時刻A和B都有信號，這就表明V2傳送出現(xiàn)問題，這樣會在送入和輸出機構(gòu)之間出現(xiàn)帶子重疊，這個時候必須減小送入帶速V1。如果在某一時刻A和B都沒有信號，這就表明了V1的送入速度出現(xiàn)問題，這就應相應地增大V1或減小V2的速度進行控制。圖2.13 對射式光電傳感器應用3.4.2 反射式傳感器應用使用反射式傳感器來控制大門的開、閉。如果傳感器檢測到可感應的介質(zhì)工件經(jīng)過

25、，則有相應的信號輸出，如圖2.14所示。圖2.14 反射式傳感器應用3.4.3 漫反射式光電傳感器應用在一個產(chǎn)品分類站上，不同表面特性和不同顏色的產(chǎn)品（介質(zhì)）要區(qū)分開來，這可以用一個漫反射式光電傳感器來檢測。如圖2.15所示。如同時使用三種不同的顏色的產(chǎn)品，白色的金屬、紅色的塑料和黑色的塑料。根據(jù)工件顏色反射的的不同可以區(qū)分出白色和紅色，以與沒有反射的黑色，如再要區(qū)分金屬和塑料則使用電感傳感器就可以了。圖2.15 漫反射式光電傳感器應用3.5霍爾傳感器Festo的霍爾傳感器為微型和精密氣爪而特殊設計,它們只用一個傳感 器和一個電子信號值比較單元檢測 三個氣爪位置。采用霍爾傳感器時SMH-AE1

26、-M12電子信號值比較單元是必需的。這個單元允許通過電位計獨立設定三個開關點，這三個開關點能夠作為三個電子信號分 接到電子信號值比較單元的五針 M12插頭上。氣爪活塞上集成有磁鐵，隨著距離 的變化磁場強度也在發(fā)生變化，于是傳感器產(chǎn)生一個模擬量電信號（與磁場強度成比例關系），通過信號值比較單元模擬量信號被轉(zhuǎn)換成 數(shù)字量信號?；魻杺鞲衅鞣柸鐖D2.16所示。圖2.16 霍爾傳感器符號3.6電子式行程開關3.6.1Festo的接近式傳感器Festo的接近式傳感器為位置傳感器，是專門為Festo驅(qū)動器而配套設計的。這些傳感器可直接安裝于驅(qū)動器上也可通過特定的安裝附件進行安裝。只有在驅(qū)動器的活塞上加上永

27、磁體，才能使接 近式傳感器工作。接近式傳感器在氣缸上的位置可以通過機械方式加以調(diào)整并固定。一旦氣缸活塞 回復到這一位置，切換信號的狀態(tài)就會發(fā)生變化。電子式行程開關外形與符號如圖2.17 所示。圖2.17 電子式行程開關外形與符號3.6.2電子式行程開關位置控制裝置為了知道氣缸活塞的兩個絕對位置（最端和最外端），就可以用兩個磁感應傳感器來檢測。如圖2.18所示。在氣缸活塞環(huán)上，包有一層永久磁鐵。當活塞往外運動到最外端時，傳感器A就發(fā)出信號（一般傳感器上有指示燈），當活活塞往運動到最端時，傳感器B就發(fā)出信號。這樣就可以檢測氣缸活塞的位置。圖2.18 位置控制檢測3.7壓力傳感器壓力傳感器用于氣爪夾

28、緊力的設定和檢測控制。壓力傳感器是壓力開關和模塊化壓力傳感器系統(tǒng)，啟動壓力能進行調(diào)節(jié)。特點是：裝配更方面，啟動速度更快，顯示更好（采用數(shù)字式顯示）。壓力傳感器外形與符號如圖2.19所示。圖2.19 壓力傳感器外形與符號圖3.8傳感器的連接方法本單元機械零部件與氣動控制回路安裝無誤后，進行電氣回路的安裝。電氣回路由信號輸入回路和輸出控制回路組成。信號輸入回路主要讀取運行過程中的各種位置與壓力信號，由各種傳感器檢測并轉(zhuǎn)換為相應的開關量信號，通過I/O接線端口輸入端用數(shù)據(jù)電纜連接PLC相應的I端口。輸出控制回路是PLC輸出端O端用數(shù)據(jù)電纜連接I/O端口再連接相應的電磁閥從而控制各種功能的實現(xiàn)。I/O

29、接線端口如圖2.20所示，有8個輸入端與8個輸出端，每個輸入、輸出接線端上裝有LED，可顯示回路狀態(tài)以與用于系統(tǒng)糾錯。并且，在每一個端子旁都有數(shù)字標號，以說明端子的位地址，是PLC與輸入、輸出設備連結(jié)的橋梁。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。圖2.20 I/O接線端口3.9 使用電器設備的注意事項1.電氣插座不得過荷。2.在修理或調(diào)試設備前，應先切斷電源。3.不使用設備時應切斷電源。4.所有電氣設備必須接地線。5.切勿在手濕時接觸電器設備。3.91 電氣回路連接安全規(guī)則1.電氣連接完成前不能通電。2.在安全電壓下操作，工作電壓24VDC。3.92. 模擬檢測電氣回路連接完畢檢查無誤，應使用數(shù)字

30、量仿真盒（SIMBOX）連接I/O接線端端口模擬控制全過程進行試運行。數(shù)字量仿真盒如圖2.21所示。數(shù)字量仿真盒具有模擬MPS工作站或PLC輸入信號，顯示輸出信號數(shù)字的功能，可完成下列操作：1測試PLC程序時，模擬輸入。2設定輸出信號（獨立24V電源供電）進一步完成MPS工作站的操作。圖2.21 數(shù)字量仿真盒使用時把數(shù)字量仿真盒與I/O模塊的電纜線接頭連接，首先接通電源（暫不接通氣源），由于推料缸兩端安裝有磁感應開關在兩個極限位置，在兩個極限位置時，傳感器上LED指示燈、I/O接線端口與數(shù)字量仿真盒相應指示亮，表示位置到達與能進行檢測，磁傳感器安裝位置可以進行調(diào)整。擺動氣缸轉(zhuǎn)位到達，I/O接線

31、端口與數(shù)字量仿真盒相應指示燈亮，如調(diào)整微動開關的位置可使擺動氣缸的轉(zhuǎn)位角度改變。接通氣源，板動數(shù)字量仿真盒上相應的O輸出開關，則控制相應氣動動作。例如板動O1開關，將產(chǎn)生真空吸力，如吸附工件則真空檢測開關LED指示燈、I/O接線端口與數(shù)字量仿真盒相應指示亮，表示已達到設定的真空壓力。板動O4開關，擺動氣缸擺向下一站。如此將整個控制順序與傳感器輸入信號指示模擬運行，并進行相應的調(diào)整，模擬運行如與設計一致后可接入PLC，實現(xiàn)全程序自動運行。4.可編程控制器控制部分該系統(tǒng)可安裝三菱、西門子、歐姆龍、松下等各種型號的PLC進行控制?？删幊绦蚩刂破鱌LC如圖3.1所示。是目前在自動控制領域中使用最廣泛的

32、控制裝置之一。它是以微處理器為基礎，綜合計算機技術與自動控制技術而發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制器，具有邏輯判斷、計數(shù)、定時、記憶、算術運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信、PID 回路調(diào)節(jié)、人工智能等功能。PLC 以其優(yōu)異的性能，低廉的價格和高可靠性等優(yōu)點，在機器制造、冶金、化工、煤炭、汽車、紡織、食品等諸多行業(yè)的自動化儲藏中得到廣泛的應用。目前，可編程序控制器、集散控制系統(tǒng)和工業(yè)控制計算機這三類自動化控制裝置幾乎占領了所有控制裝置產(chǎn)品的市場。而在自動機與自動線中，可編程序控制器已成為首選的控制裝置。（a）西門子機型 （b）三菱機FX2N型圖3.1 可編程序控制器PLC外型圖在組裝單元中機械手控制主要使用PL

33、C控制，并配以傳感器將現(xiàn)場狀態(tài)反饋，實現(xiàn)全過程自動控制。本說明書以三菱FX2N-48型作參考設計。4.1機械手移送工件動作過程為便于控制系統(tǒng)調(diào)試和維護，控制系統(tǒng)有手動和自動控制功能，其控制面板如圖3.2所示。當手動/自動轉(zhuǎn)換開關置于“手動”位置時，按下相應的手動按鈕，可實現(xiàn)上升、下降、左移、右稱、夾緊、放松的手動控制。機械手停在任何位置時，轉(zhuǎn)換開關置于“回原點”，按下“原點”啟動按鈕，機械手自動返回原點位置。當機械手處于原位時，將手動/自動轉(zhuǎn)換開關置于“自動”位置時，進入自動狀態(tài)。手動按鈕無效。自動運行動作順序如圖3.3所示。動作過程分為8步：從原點下降夾緊（T）上升右移下降放松（T）上升左移

34、到原點結(jié)束一個動作循環(huán)，時間（T）為可自定，本例為1秒。圖3.2 機械手移動工件系統(tǒng)操作面板圖3.3 機械手移動工件系統(tǒng)自動運行動作示意圖4.2操作方式概念設備的操作方式大致分為手動方式和自動方式，它們又可再分為其他運行方式，控制要求如表3.1所示。另運行與緊急停止的按鈕與PLC程序無關。用兩個按鈕使PLC與外部負載電源接通（ON）或分斷（OFF）。各區(qū)域如圖3.4所示。表3.1 運行方式與控制要求手動手動用各自的按鈕使各個負載單獨接通或斷開的方式?；卦c該方式按動回原點按鈕時，機械自動向原點回歸自動單步運行按動一次啟動按鈕，前進一個工步（或工序）單周期運行在原點位置按動啟動按鈕，自動運行一遍

35、再在原點停止。若在中途按動停止按鈕就停止運行；再按啟動按鈕，從斷點處開始繼續(xù)運行，回到原點自動停止。連續(xù)運行在原點位置按動啟動按鈕，開始連續(xù)的反復運行。若中途按動停止按鈕，動作將繼續(xù)到原點為止才停止。圖3.4 操作面板控制區(qū)域（4）根據(jù)機械手控制設定PLC的I/0（輸入/輸出端口），如表3.2所示 。 表3.2 PLC的I/0（輸入/輸出端口）分配表輸入輸入輸出輸入繼電器作用輸入繼電器作用輸出繼電器控制對象X001下限位行程開關X020手動操作Y000下降電磁閥X002上限位行程開關X021回歸原點Y001夾緊電磁閥X003右移限位行程開關X022單步運行Y002上升電磁閥X004左移限位行程

36、開關X023單周期運行Y003右行電磁閥X005上升操作按鈕X024自動連續(xù)運行Y004左行電磁閥X006左移操作按鈕X025返原點啟動Y005原點指示燈X007放松操作按鈕X026自動啟動按鈕X010下降操作按鈕X027停止按鈕X011右移操作按鈕（5）根據(jù)圖3.3所示控制過程畫出PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3.5所示。圖3.5 機械手狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（6）根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖畫出梯形圖如圖3.6所示，指令表如表3.3所示。圖7.6 機械手PLC控制系統(tǒng)梯形圖表3.3 機械手PLC控制系統(tǒng)指令表步序指令步序指令步序指令0LD X00435SET S1073STL S221AND X00237STL S1074O

37、UT Y0022ANI Y00138RST Y00175LD X0023OUT Y00539RST Y00076SET S234OUT M804440OUT Y00278STL S236LD M800041LD X00279OUT Y0037IST X020 S20 S2742SET S1180LD X00314STL S044STL S1181SET S2415LD X01245RST Y00383STL S2416SET Y00146OUT Y00484OUT Y00017LD X00747LD X00485LD X00118RST Y00148SET S1286SET S2519LD X

38、00550STL S1288STL S2520ANI Y00051SET M804389RST Y00121OUT Y00253RST S1290OUT T1 K1022LD X01055STL S293LD T123ANI Y00256LD M804194SET S2624OUT Y00057AND M804496STL S2625LD X00658SET S2097OUT Y00226AND X00260STL S2098LD X00227ANI Y00361OUT Y00099SET S2728OUT Y00462LD X001101STL S2729LD X01163SET S2110

39、2OUT Y00430AND X00265STL S21103LD X00431ANI Y00466SET Y001104OUT S232OUT Y00367OUT T0 K10106RET33STL S170LD T0107END34LD X02571SET S22注：定時器T指令占用步數(shù)3步，狀態(tài)SET指令占用步數(shù)2步。4.4機械手與PLC的I/0（輸入/輸出端口）接線圖如圖7.7所示。圖7.7 機械手與PLC輸入/輸出端子接線圖4.5使用編程軟件包（FXGP/WINC）對系統(tǒng)進行全過程監(jiān)控在程序編寫完畢后，按設計要求調(diào)試電路。三菱編程軟件FXGP/WINC具有監(jiān)控功能，用戶可以實時觀察觸

40、點、線圈、計數(shù)器、計時器等元件的狀態(tài)來確定程序是否與設計一樣。選擇監(jiān)控/測試下拉菜單，如圖7.8所示。 圖7.8 監(jiān)控/測試對話框（1）開始監(jiān)控選擇開始監(jiān)控，在PLC運行時通過梯形圖程序顯示各位元件的動作情況。可以實時觀察到元件的運行情況。屏幕上便會顯示出各個觸點、線圈等元件的狀態(tài)畫面，其中綠色表示該元件處于接通狀態(tài)，如圖7. 9所示。圖7.9 PLC運行監(jiān)控示意圖（2）元件監(jiān)控選擇進入元件監(jiān)控后輸入要監(jiān)控的元件，在PLC的運行過程中能觀察到指定的元件的動作情況。（3）強制Y輸出在程序運行后，需強制某個輸出端口（Y）輸出ON或輸出OFF狀態(tài)時，可使用強制Y輸出。點擊強制Y輸出，彈出對話框，如圖

41、7.10所示。設置元件與ON/OFF狀態(tài)后，點擊確認，即可完成特定的輸出。圖7.10 強制Y輸出對話框圖7.11 強制ON/OFF對話框（4）強制ON/OFF強行設置或重新設置PLC的位元件狀態(tài)。操作方法是進入強制ON/OFF菜單命令，顯示強制設置，重置對話框。如圖7.11所示。設置完畢后單擊確認，使特定的元件得到設置或重置。（5）改變當前值 在調(diào)試中有時需改變字元件的當前值，如定時器、計算器的當前值與存儲單元的當前值等。具體操作也是從監(jiān)控測試菜單中進入，選擇改變當前值并在彈出的對話框中設置元件與數(shù)值后點擊“確定”即可。4.6 擺動機械手的控制擺動機械手的動作過程如圖7.12所示，由8步組成：從原點伸出夾緊（P壓力繼電器）縮回左擺伸出放松（P壓力繼電器）縮回右擺到原點結(jié)束一個動作循環(huán)。由于動作過程與機械手相似，可參考機械手的可編程控制方法。圖7.12擺動機械手的動作過程圖4.7全系統(tǒng)PLC控制程序1系統(tǒng)PLC接口說明輸入X端口作用說明端口作用說明端口作用說明X0啟動/停止開關00X10主后退到位X20X1急停開關01X11主