氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)機(jī)械手設(shè)計(jì)

摘要；氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是在控制系統(tǒng)的指令下，能將工件迅速、靈活、準(zhǔn)確、可靠地抓起并運(yùn)送到指定位置，因此本文采用PLC可編程控制器作為工件抓取機(jī)械手的控制系統(tǒng)，氣壓驅(qū)動作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，根據(jù)機(jī)械手的動作流程和輸入輸出要求來選PLC的型號并確定I/O接口，最后進(jìn)行程序的編輯與調(diào)試，從而使機(jī)械手完成最后的裝夾任務(wù)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：：：：機(jī)械手可編程控制器PLC控制設(shè)計(jì)第一章引言由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作’。而氣動機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點(diǎn)。所以，氣動機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等?，F(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動機(jī)械手。車身在每個工序的移動；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點(diǎn)焊機(jī)焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點(diǎn)焊，都采用了各種特殊功能的氣動機(jī)械手。高頻率的點(diǎn)焊、力控的準(zhǔn)確性及完成整個工序過程的高度自動化，堪稱是最有代表性的氣動機(jī)械手應(yīng)用。下面介紹一種基于PLC的氣動機(jī)械手控制的方法第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1程序設(shè)計(jì)的基本思路程序設(shè)計(jì)的基本思路程序設(shè)計(jì)的基本思路程序設(shè)計(jì)的基本思路在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時，首先應(yīng)明確對象的具體控制要求。由于CPU對程序的串行掃描工作方式，會造成輸入輸出的滯后，而由掃描方式引起的滯后時間，最長可達(dá)兩個掃描周期，程序越長，這種滯后越明顯，則控制精度就越低。因此，在實(shí)現(xiàn)控制要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)使程序盡量簡潔、緊湊。另一方面，同一控制對象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發(fā)生變化，此時，要求程序修改方便、簡單，即要求程序有較好的柔性。2.2氣動機(jī)械手氣動機(jī)械手氣動機(jī)械手氣動機(jī)械手的的的的控制要求控制要求控制要求控制要求：：：：1、氣動機(jī)械手的升降和左右移動分別由不同的雙線圈電磁閥實(shí)現(xiàn)，電磁閥線圈失電時能保持原來的狀態(tài)，必須驅(qū)動反向德線圈才能反向運(yùn)動。2、上升、下降的電磁閥線圈分別為YV1、YV2；右行、左行的電磁閥線圈為YV3、YV4；3、機(jī)械手的夾鉗由單線圈電磁閥YV5來實(shí)現(xiàn)，線圈通電夾緊，斷電松開；4、機(jī)械手的夾鉗的松開，夾緊通過延時1.7s實(shí)現(xiàn)；5、機(jī)械手的限位由行程開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4來實(shí)現(xiàn)；2.3系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與工作方式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與工作方式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與工作方式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與工作方式2.3.1硬件結(jié)構(gòu)機(jī)械手用來將工件從A點(diǎn)搬運(yùn)到B點(diǎn)（如圖1），輸出Q0.1為1時工件被夾緊，為0時背松開。工作方式選擇開關(guān)的5個位置分別對應(yīng)于5種工作方式，操作面板左下部的6個按鈕式手動按鈕。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時）能可靠地切斷負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM。PLC開始運(yùn)行時按下“負(fù)載電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點(diǎn)接通，給外部負(fù)載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負(fù)載電源圖1氣動機(jī)械芋示意圖2.3.2氣動機(jī)械手的工作方式系統(tǒng)設(shè)有手動、單周期、連續(xù)、單步和回原點(diǎn)五種工作方式（如圖2）。在手動工作方式下，用I0.5—11.2對應(yīng)的6個按鈕分別獨(dú)立控制機(jī)械手的升、降、左右行和夾緊松開。在單周期的工作方式下，按下啟動按鈕I2.6后，從初始步M0.0開始，機(jī)械手按順序功能圖的規(guī)定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。在單步工作方式下，從初始步開始，按一下啟動按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動停止工作并停留在該步，再按一下啟動按鈕，又往前走一步。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。圖持氣切機(jī)械『的控制面板2.3.3程序的總體結(jié)構(gòu)下圖3是主程序機(jī)構(gòu)圖，SM0.0的常開觸點(diǎn)一直閉合，公用程序是無條件執(zhí)行的。在手動工作方式下，I2.0為ON，執(zhí)行手動子程序。在自動回原點(diǎn)方式下，I2.1為ON，執(zhí)行回原點(diǎn)子程序，在其他3種工作方式下執(zhí)行自動子程序。

第三章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1氣動機(jī)械手的氣動機(jī)械手的氣動機(jī)械手的氣動機(jī)械手的I/O地址分配表地址分配表地址分配表地址分配表

kII/O地址分配表撐制危y洲湘強(qiáng)符V地址編峪卜限仰為:叫[U.1上升停亡上」為開斐￡02[(1.2右行停止厘莊位II上叫，:：【山；5發(fā)：廳停.亡仰地開其SQ1[(I.1上升J.FHiVUMM[UM輸入佶號左行七節(jié)按叫Nib10.ti股開投FI?成鈕SH8下降:降按鑰SI13L1.<J帶1/i汀質(zhì)仙5H：5n.l湛箕按鈕M!7[1.2手動操作「制開丸[J.(J可」1，蒲」."|七2L單山操?仲12.2單周期蝶十123連續(xù)操件遂續(xù)開￡12.1度沈按鈕SEI[J.h律止SE2IS\?降■F降電磁閥YY1IK_(J夾松乂松屯磁閥VV5W.L上并.15屯磁牌YVJW.J?帶1M電磁閥YV3W,■V行倚jill磁間mWJ.13.2可編程控制器的可編程控制器的可編程控制器的可編程控制器的CPU選擇選擇選擇選擇根據(jù)上圖的I/O分配表通過查閱手冊選擇S7-200CPU226基本單元（24入/16出）1臺3.3PLC外部接線圖外部接線圖外部接線圖外部接線圖PLC外部接線圖的輸入輸出設(shè)備、負(fù)載電源的類型等的設(shè)計(jì)就結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來設(shè)定。氣動機(jī)械手控制外部接線圖如圖4所示

wrniscn顫r“nutnr品H?TLL善-s—TMIwrniscn顫r“nutnr品H?TLL善-s—TMIMl虹MMFULks-ffJ占f*rT[r$m1111Cl：時miic.iCO.?1Q2配陶ELKSw嘲盤$】Ga>】liClfi加叱]]23LD.3￡12"汨剝CN心亦114堆據(jù)E120EL總122N23LIE4】爵E7N1/dVfle博—A旦fl旦0dd甘-—aff"T日Tilt/—JHF—E，一|她3JJJ>J的>一Ft3.4氣動機(jī)械手控制流程圖氣動機(jī)械手控制流程圖氣動機(jī)械手控制流程圖氣動機(jī)械手控制流程圖((((圖圖圖圖5)5)5)5)原理：接通電源是系統(tǒng)啟動開始掃描，掃描手動式判斷手動按鈕的是執(zhí)行手動操作，掃描回原點(diǎn)開關(guān)，是執(zhí)行回原點(diǎn)操作，掃描單步開關(guān)，是執(zhí)行單步操作，掃描單周期開關(guān)，是檢測是否在原點(diǎn)，是執(zhí)行單周期操作，掃描連續(xù)操作，是檢測是否在原點(diǎn)，是執(zhí)行連續(xù)操作。除了連續(xù)操作以外，其他操作執(zhí)行完以后自動重新掃描。

圖5氣一仙機(jī)械手1?制流可圖3.5程序設(shè)計(jì)梯形圖程序設(shè)計(jì)梯形圖程序設(shè)計(jì)梯形圖程序設(shè)計(jì)梯形圖公用程序見下圖用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及處理不同工作方式之間的轉(zhuǎn)換。左限位開關(guān)I0.4、上限位開關(guān)I0.2的常開觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開的M4.5的常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時，原點(diǎn)條件M0.5變?yōu)镺N。當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)位置狀態(tài)，在開始執(zhí)行用戶程序、系統(tǒng)處于手動或者自動回原點(diǎn)狀態(tài)，初始步對應(yīng)的M0.0將被置位，進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果此時M0.5為OFF狀態(tài)，M0.0將被撫慰，初始步為不活動步，按下啟動按鈕也不能進(jìn)入步M2.0,系統(tǒng)不能再單步，單周期，和連續(xù)工作方式下工作。當(dāng)系統(tǒng)處于手動工作方式時，必須將初始步以外的各部隊(duì)贏得存儲器位(M2.0-M2.7)復(fù)位，否則系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動工作方式，然后返回自動工作方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動步的情況，一起錯誤的動作。在非連續(xù)方式下，I2.4的常閉出點(diǎn)閉合，將表示連續(xù)工作狀態(tài)的標(biāo)志M0.7復(fù)位下圖是手動程序，為了保證安全運(yùn)行，在手動程序中設(shè)置了一些必要的連鎖。設(shè)置上升與下降之間，左行與右行之間的互鎖,以防止功能相反的兩個輸出同時為ON.有限位開關(guān)限制機(jī)械手移動的范圍。用限位開關(guān)I0.1--I0.4限制機(jī)械手移動的范圍。用上限位開關(guān)I0.2的常開觸點(diǎn)與控制左，右行的M3.6和左行的M4.4的繼電器串聯(lián)，機(jī)械手升到最高位置才能左右移動，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時與別的物體碰撞。MS1TOC\o"1-5"\h\z112ei―II)呵:B3IC-7MS.2回落3g5to.wio.&g”3—II，PIC)II-010.1MS.3M3.4―II1fI1,1c)

單周期，連續(xù)和單步工作方式的梯形圖。MSim9單周期、連續(xù)和單步這三種工作方式主要是“連續(xù)”標(biāo)志M0.7和“轉(zhuǎn)換允許”標(biāo)志M0.6來區(qū)分的。（1）單步與非單步的區(qū)別M0.6的常開觸點(diǎn)接在每一個控制代表步的存儲器位的啟動電路中，他們斷開時禁止步的活動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，如果系統(tǒng)處于單步工作方式，I2.2為1狀態(tài)，他的常開觸點(diǎn)斷開，“轉(zhuǎn)換允許”存儲器位M0.6在一般情況下為0狀態(tài)，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)某一步的工作結(jié)束后，轉(zhuǎn)換條件滿足，如果沒有按啟動按鈕I2.6，M0.6處于處于0狀態(tài)，起保停電路的啟動電路處于斷開狀態(tài)，不會轉(zhuǎn)換到下一步。一直要等到按下啟動按鈕I2.6,M0.6在I2.6的上升沿ON一個掃描周期，M0.6的常開觸點(diǎn)接通，系統(tǒng)才會轉(zhuǎn)換到下一步。系統(tǒng)工作在連續(xù)，單周期工作方式下，I2.2的常開觸點(diǎn)接通，是M0.6為1狀態(tài)，串聯(lián)在各起保停電路的啟動電路中的M0.6的常開觸點(diǎn)接通，允許步與步之間的正常轉(zhuǎn)換。（2）單周期與連續(xù)的區(qū)分在連續(xù)工作方式下，I2.4為1狀態(tài)。初始步為活動步時按下啟動按鈕I2.6,M2.0變?yōu)?狀態(tài)，機(jī)械手下降。于此同時，控制連續(xù)工作的M0.7的線圈通電并自保持。當(dāng)機(jī)械手在步,M2.7返回最左邊時，I0.4為1狀態(tài)，因?yàn)檫B續(xù)標(biāo)志位M0.7為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件M0.7-I0.4滿足，系統(tǒng)將返回步M2.0，反復(fù)連續(xù)的工作下去。按下停止按鈕I2.7后，M0.7變?yōu)?狀態(tài)，但是機(jī)械手不會立即停止工作，在完成當(dāng)前工作周期的全部操作后，機(jī)械手返回最左邊，左限位開關(guān)I0.4為1狀態(tài)，裝換條件滿足系統(tǒng)才從步M2.7返回并停留在初始步。在單周期工作方式，M0.7一直處于0狀態(tài)。當(dāng)機(jī)械手在最后一步,M2.7返回最左邊時，左限位開關(guān)I0.4為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件滿足，系統(tǒng)返回并停留在初始步，按一次啟動按鈕，系統(tǒng)只工作一個周期。（3）單周期工作過程在單周期工作方式下，I2.2的常閉觸點(diǎn)閉合，M0.6的線圈通電，允許轉(zhuǎn)換。在初始步時按下啟動按鈕I2.6，在M2.0的啟動電路中，M0.0,I2.6,M0.5和M0.6的常開觸點(diǎn)均接通，使M2.0的線圈通電，系統(tǒng)進(jìn)入下降步，Q0.0的線圈通電，機(jī)械手下降。碰到下限位開關(guān)I0.1時，轉(zhuǎn)換到夾緊不M2.1，Q0.1被置位，夾緊電磁閥的線圈通電，并保持。同時接通延時定時器T37開始定時，1.7s后定時時間到，工件被夾緊，轉(zhuǎn)換條件T37滿足，轉(zhuǎn)換到步M2.2。以后系統(tǒng)將這樣一步一步的工作下去。在左行步M2.7,當(dāng)機(jī)械手左行返回到原點(diǎn)位置，左限位開關(guān)I0.4變?yōu)?狀態(tài)，為連續(xù)工作標(biāo)志M0.7為0狀態(tài)，將返回初始步M0.0，機(jī)械手停止運(yùn)動。（4）單步工作過程在單步工作方式下，I2.2為1狀態(tài)，它的常閉觸點(diǎn)斷開，“轉(zhuǎn)換允許”輔助繼電器M0.6在一般情況下為0狀態(tài)，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。設(shè)初始步時系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)，M0.5和M0.0為1狀態(tài)，按下啟動按鈕I2.6,M0.6變?yōu)?狀態(tài)。在下降步，Q0.0的線圈通電，當(dāng)下限位開關(guān)I0.1變?yōu)?狀態(tài)時，與Q0.0的線圈串聯(lián)的I0.1的常開觸點(diǎn)斷開，使Q0.0的線圈斷電，機(jī)械手停止下降。I0.1的常開觸點(diǎn)閉合后，如果沒有按啟動按鈕，I2.6和M0.6變?yōu)?狀態(tài)，M0.6的常開觸點(diǎn)接通，轉(zhuǎn)換條件I0.1才能使M2.1的起動電路接通，M2.1線圈通電并保持，系統(tǒng)才能由步M2.0進(jìn)入步,M2.1。以后在完成某一步的操作后，都必須按一次啟動按鈕，系統(tǒng)才能轉(zhuǎn)換到下一步。在自動回原點(diǎn)工作方式下，I2.1為ON。按下啟動按鈕I2.6,M1.0變?yōu)镺N,機(jī)械手上升，上升到上限位開關(guān)時I0.2為ON，機(jī)械手左行，到左限位開關(guān)時，I0.4變?yōu)镺N，將步M1.1復(fù)位，同時將M4.2復(fù)位，機(jī)械手松開。這時原點(diǎn)條件滿足，M0.5為ON，在公用程序中，初始步M0.0是步M0.1的后續(xù)步。同埼aTOC\o"1-5"\h\zKl.DID.2M4.3\o"CurrentDocument"——II1,IC)ML.1IV.4■--―II，C)說明程序由于S7-200PLC的順控指令不支持直接輸出的雙線圈操作，所以要用說明程序由于S7-200PLC的順控指令不支持直接輸出的雙線圈操作，所以要用中間繼電器邏輯過度一下，如本題的機(jī)械手下降，上行，夾緊、松開、左行右行等中間繼電器邏輯過度一。公用程序語句表Network1SMOA1LD10.4LPPA[0.2ANM0.5ANM4.5RMoe,i二MO.5Network3Network2LD12.0LDSM0.IRM源10120Network4O12JLDN12.4LPSRMO."AM05

MetworkIANM3.3LD11.2—M3,4SM3.L1N&t'Mork5Nenvork2LD10.6LD10.7AN104RM32IA[0.2Network3ANM3.5LD10.5M3.6AN10.2Xetxvork6ANM3.4LDIl.l=M33AN103Network-4A10.2LD11.0ANM3.6ANIO.]單步周期操作語句表—M3.5Network1A10.4LD06AM0.7A124LDMOO0MOJA12.6AN12.7=M0.7AOLDM0.5Network2AM0.6LD12.6OM2.0ELIANM2JON12.2=MN0=MO.6X&twork4Network3LDM2.0LDM27ATO.]

AMO.6AMoe0M210M2,5ANM22ANM2.6二M2J—M2,5Network5Network9LD"1LDM2,5AT37AT38AMO.6AM0,60M2.2OM26ANM23ANM2.7—M2n2="6Network6NelworkILOLDM2+2LDM2.6A10,2AIC.2AM0.6AM0,60ML30M2,7ANM244ANM2.0二M2.3ANMO.ONetwork7—ML7LDM2,3Network11A103LDM2,7AM06AIQ.40M24ANM07AN112SAMO.6—M2.4QM0,0NetworkBANM2A>LDM24—MO.OAQINetwork1LD12.1A12,6SMLO,1RM401Network2'LDMI.OAT0,2SMl.l?1RMIQ1RM4J,1Network3說明程序語句表LDM2.0OM2.4AN10.1LDM3.40M4.0OLD—QQ.ONetwork2LDM210M3」NetworkITONQO.i,1T37,17Network3AT0.4SMl」,RM4,2,Network4LDMIOAN10(2—M4.3Network5LDM1JAN10X二M4.4Network4LDM2.2OM2.6ANro.2LDM3.3OM4.3OLD—Q0.2Network5LDM23AN103OM3.5OM4J—Q0.3LDM