物料搬运机械系统plc设计.docx

物料搬运机械手系统PLC编程设计

课程名称：可编程操纵器原理及应用任课教师：冯治国教师
班 级：机制102班学 号：
姓 名：
一、设计题目及概述
（一）设计题目
如图1所示为一简易物料搬运机械手的工艺流程图。该机械手是一个水平/垂直位移的机械设 备，其操作是将工件从左工作台搬运到右工作台，由光耦合器VLC来检测工作台上有无工件。机 械手通常位于原点，它的动作全数由气缸驱动，而气缸那么由相应的电磁阀操纵。其中，上升/下 降和左移/右移别离由双线圈二位电磁阀操纵，放松/夹紧由一个单线圈二位电磁阀（称为夹紧电磁阀） 操纵。
（二）手动运行方式运行流程
被选择手动操纵方式时，”手动/自动”按钮不按下，现在系统的操纵采纳点动的 方式进行,由各个对应的手动操作按钮来操纵机械手的相应动作。当按钮被按下 时，相应的执行元件动作,直到抵达运动的终点碰着行程开关或按钮松开。
手动的按钮有“X轴左移”、“X轴右移"、“Y轴前进“、“丫轴后退”、“Z轴上 升“、“Z轴下降“、“手动吸附”和“手动松开”。为保证系统的平安运行，在手动程序 中设置了必要的软件联锁,以幸免误动作手动。如机械手只有在Z轴的上限位ZI 处才能执行X轴的左右移动和Y轴的前后移动。因此在设计程序中加入了竖梁 的上限位开关的常开触点作为联锁，防止机械手在较低位置时移动与别的物体发 生碰撞，即当Z1置位时，伺服电机才能够驱动X、Y轴进行移动。
机械手的吸附放松动作由一个电磁阀操纵，手动吸附按钮按下时,PLC的Y11 输出口置位,使得操纵吸附动作的电磁阔CY2・1得电，完成吸附动作;按下手动松 开按钮时,PLC的Y11输出口复位,对应的电磁阔CY2-1失电，机械手气动吸盘松 开。
手动操纵程序的流程图如图5所示：

图5手动操纵程序流程图
依照上述流程图的原那么,设计手动操作程序。
1. X轴手动操纵
当对X轴进行移动操作时，按下操纵面板上的“手动左移”或“手动右移”按钮, 机械手臂执行左右移动动作。
图6为X轴手动操纵的梯形图。
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[MOVKSOODO] [MOVKODi]图6 X轴手动操纵的梯形图
关于X轴移动，对应的辅助继电器M3置位，执行在回原点程序中已用到的 PLSY指令。如图7所示：
{PLSY DO DI T000]图7 X轴的PLSY指令
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1
Y轴手动操纵
关于Y轴的前进和后退,其大体原理与X轴的移动相似，只是脉冲输出口变成 Y1,方向操纵输出为丫3。对应的数据寄放港变成D10和DI 1,方向Y3置位时为后 退方向，复位时为前进方向，手动前进的程序如图8所示。
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图8 丫轴手动移动程序
在执行Y轴的移动时，一样需要执行在Y轴回原点进程顶用到的PLSY指令, 如图9所示。

MlD11
Y001

图9 X轴的PLSY指令
4 . Z轴手动操纵
关于Z轴气缸的上升和下降操纵，程序如图10所示。
X003X010X022 XD02 X011M21M22 止 3 JC4
T——11——好——必——K——M——K——K——沙—卜:。斗Y010
4c 玲一切(Y007)
X003X011X023X002X010M21M22M2324
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-辽(1010)图10 Z轴手动移动程序
5 .夹紧和松开操纵
手动夹紧和松开的程序如图11。
YOU }
you ]

依照上述的手动操作，能够按动相应的按钮，以点动的方式对机械手进行相应 的操作，完成手动操纵功能。
(三)自动运行方式
1 .误操作的禁止
自动方式(持续、单周期、单步)时，按一次操作按钮自动运行方式开始， 此后再按操作按钮属于错误操作，程序对错误操作不予响应。
另外，当机械手抵达右工位上方时，下一个工作步确实是下降。为了确保在 右工位没有工件时才能开始下降，应在右工位设置有无工件检测装置。此题利用 光耦合器VLC来检测工作台上有无工件。
依照上述操纵要求，操作盘上要设置：一个PLC的电源开关(不占输入点); 一个工作方式选择开关和一个动作方式选择开关，通过这两个开关选择工作方式 和动作方式；操作按钮和停车按钮各一个。
(2) 行流程
自动操作程序是指系统从初始步开始依照周期反复地持续工作。
依照机械手的动作要求，先确信自动操纵的顺序功能图,再依照顺序功能图进 行程序的设计。
自动操纵程序的详细动作时序图如下所示：
(1)机械手停原点，等待流水线工件到位信号；
(2)工件到位信号上升沿；
(3) X轴移动至XI,Y轴移动至Y1,Z轴下降至Z2;
(4)吸附工件，延时2S,工件在流水线上被抓取；
(5) Z轴上升至Zl, X轴移动至X2, Y轴移动至Y2;
(6) Z轴下降至Z2,释放工件，延时2S,工件放于抛光机之上；
(7)抛光启动；
(8)抛光等待；
(9)抛光完成信号上升沿；
(10)Z轴下降至Z2,吸附工件，延时2S;
(H)Z轴上升至Zl, X轴移动到X3, Y轴移动到Y3;
(12)Z轴下降至Z2,释放工件，延时2S,工件放亍装箱机之上；
(13)Z轴上升至Z1,X轴回原点、Y轴回原点；
(14)等待流水线工件到位信号。
以上1・14形成一个循环，为自动操纵程序的一个周期，在自动化生产线上，依 照此种方式周而复始地进行工件的抛光和装箱动作，直到PLC停机或按下停止按 钮。
图12所示为自动程序的流程图。
依照此程序流程图屋设计机械手的自动操作程序，可实现机械手依照自动方式 运行。
在每收到光电信号的输入时，程序将需要移动的数值放入数据寄放器中，在对 应的子程序中，实现寄放器的加减运算,到达伺服电机的操纵成效。
St 忖 2s
图II自动操纵流程图
七、调试应用程序
对编好的程序，能够先利用模拟实验板模拟现场信号进行初步的调试。经反 复调试修改后，使程序大体知足操纵要求。
八、制作电气操纵柜和操纵盘
在系统硬件组成方案确信以后，能够考虑电气操纵柜及操纵盘（或称操作盘） 的设计和制作。在动手制作之前，要画出电气操纵主电路电路图。在操纵主回路 时，要全面地考虑各类保护和连锁等问题。在操纵柜布置和敷线时，要采取有效 的方法抑制各类干扰信号，同时注意防尘、防静电、防雷电等问题。
九、联机调试程序
联机调试能够觉察程序存在的实际问题和缺乏，通过调试和修改后，使程序 完全符合操纵要求。调试前要制定周密的调试打算，以防止由于工作的盲目性而 隐藏了应该觉察的问题。另外，程序调试完毕必需通过一按时刻运行实践的考验, 才能确信程序是不是到达操纵要求。
十、编写技术文件
这部份工作包括整理程序清单并保存程序，编写元件明细表，绘制电气原理 图及主回路电路图，整理相关的技术参数，编写操纵程序系统说明竹等。
总结
本文对PLC操纵的物料机械手的操纵系统进行了设计。以PLC 为主操纵器实现了机械手的自动化操作。
可是由于时刻和其他客观条件的限制，仍存在一些缺乏。本次设 计更多的是理论层次的研究，设计的任务之一是针对机械手换向回路 编写PLC操纵程序，由于对PLC指令系统不熟悉和梯形图程序的编写 也不是很熟练,编写程序的进程中碰到专门大困难，也做了很多的参 考，比方之前参照设计了几套程序,后来都一一被否认。
此后应加大PLC操纵系统的学习和增强实践环节,如此才能使设 计的PLC和触摸屏程序加倍完善和靠得住。
左移Q4.3
一右移Q4.2
图1简易物料搬运机械手
(-)设计概述
PLC操纵系统的设计包括3个重要的环节，其一是通过操纵任务的分析，确 信操纵系统的整体设计方案；其二是依照操纵要求确信硬件组成方案；其三是设 计出知足操纵要求的应用程序。
二、对设计任务的深切调查研究
(-)机械手的工作方式
此系统需要具有多种工作方式，如既能自动的循环运行一个进程，也能进行 手动操作运行一个工作步等。常见的工作方式有联系、单周期、单步和手动。
1 .单周期方式
机械手在原位压左限位开关和上限位开关。按一次操作按钮机械手开始下降, 下降到左工位压动下限位开关后自停；接着机械手夹紧工件后开始上升，上升到 原位压动上限位开关后自停；接着机械手开始右行直至压动右限位开关开关后自 停；接着机械手下降，下降到右工位压动下限位开关(两个工位用一个下限位开 关)后自停；接着机械手放松工件后开始上升直至压动上限位开关后自停(两个 工位用一个上限位开关)；接着机械手开始左行直至压动左限位开关后自停。至 此一个周期的动作终止，再按一次操作按钮那么开始下一个周期的运行。
2 .持续方式
启动后机械手反复运行上述每一个周期的动作进程，即周期性持续运行。
3 .单步方式
每按一次操作按钮，机械手完成一个工作步。例如I,按一次操作按钮机械手 开始下降，下降到左限位压动下限位开关自停，欲使之运行下一个工作步，必需 再按一次操作按钮等。
以上三种工作方式属于自动操纵方式。
4 .手动方式
按下按钮那么机械手开始一个动作，松开按钮那么停止该动作。
(-)对机械手每工作步的操纵要求
5 .上升和下降
机械手上升和下降的动作都要到位，不然不能进行下一个工作步。此题利用 上下限位开关进行操纵，上升和下降的动作用一个双线圈的电磁阀操纵。
6 .放松和夹紧
机械手夹紧和放松的动作必需在两个下工位处进行，且夹紧和放松的动作都 要至lj位。
为了确保夹紧和放松动作的靠得住性，本例对夹紧和放松动作进行按时，并 设置夹紧和放松指示。夹紧和放松动作由单线圈的电磁阀操纵。
7 .左行和右行
自动方式时，机械手的左、右运动必需在压动上限位开关后才能进行；机械 手的左/右运动都必需到位，以确保在左工位取到工件并在右工位放下工件。此 题利用上限位开关、左限位开关和右限位开关进行操纵。左/右行的动作由双线 圈的电磁阀操纵。
(-)机械手工作流程
1 .关于手动操纵方式
依照点动的方式进行，手动操纵按钮有“手动右移“、“手动左移”、“手动前进”、 ”手动后退"、“手动上升“、“手动下降“、“手动夹紧“和“手动松开”，按下相应的按 钮，机械手别离执行机械手臂X轴右移、X轴左移、Y轴前进、Y轴后退、Z轴 上升、Z轴下降、手爪夹紧、手爪松开动作。另外还有“自动/手动”按钮，用以选 择系统的操纵方式，按下时为自动操纵方式,未按下时为手动操纵方式。
2 .关于自动操纵方式
依照时刻推移具体动作顺序如下：
(1)等待接下班件到位信号；
(2)横轴移动至XI,竖轴下降至Z2,启动夹紧；
(3)机械手从流水线将工件取下；
(4)竖轴上升至Z1,横轴移动至X2,竖轴下降至Z2;
(5)松开工件，机械手将工件放置到工作台上；
(6)竖轴上升，启开工作，机械手进行工作等待；
(7)工作完成，信号置位；
(8)竖轴下降，夹紧工件；
(9)竖轴上升至Z1,横轴移动X3,纵轴移动Y3,竖轴下降至Z2,松开工件；
(10)竖轴上升,X回原点,Y回原点。
上述1-10为一个动作循环。
3.总结
在本文顶用X轴表示横轴,Z轴表示竖轴;如此在X轴上有XI、X2、X3三 个工位，在Y轴上有Yl、Y2、Y3三个工位，在Z轴上有Z1和Z2两个工位。
(-)机械手实现功能
基于上述的操纵耍求，本机械手操纵系统实现下述功能：
机械手按手动和自动两种方式动作:设计要求机械手能够通过手动和自动两 种方式实现操纵功能，在手动方式下，用点动的方式进行机械手的移动操纵，对应 的操纵按钮在操纵面板之上;在自动方式下，机械手依照编制的自动操纵程序实现 自动运行，完成工件的抓取。
三、确信系统整体设计方案
在进行程序的设计之前，先设计出应用程序的整体方案如图2,图中把整个程 序分成两大块，即手动和自动两部份。
图2系统整体设计方案

四、确信输入/输出元件，选择PLC机型
本设计采纳的PLC是三菱公司的FX2N系列。
PLC的硬件结构要紧由CPU、存储器、I/O接口电路、通信接口、扩展接口 和电源等部份组成。其中,CPU是PLC的核心,1/0接口电路是连接现场设备与 CPU之间的桥梁，通信接口用于和外围设备进行连接,大体结构如图3所示。
现场信号 输 入
►接
□
CPU
输 出 接
□
驱动负载
图3 PLC大体结构
五、确信PLC的I/O分派
输入方面分为手动操纵和自动操纵。依照机械手的操纵要求,系统需要以下 输入点，具体分派为:X轴原点信号、Y轴原点信号、停止、手动/自动选择、手动 左行、手动右行、手动前进、手动后退、手动上升、手动下降、手动夹紧、手动 松开、XI位置、X2位置、X3位置、Y1位置、Y2位置、Y3位置、Z1位置、 Z2位置、伺服X-READY、伺服Y-READY、工件到位信号、工作终止。系统需 要输出点具体分派为:X脉冲输出、Y脉冲输出、X方向操纵、Y方向操纵、启 动预备、伺服X报警、伺服Y报警、Z轴上升、Z轴下降、夹紧、工作启动、 工作终止、机械手等待。
I/O分派如表1所示：
表1 1/0分派
输入设备
对应PLC输入端口
输出设备
对应PLC输出端口
X轴原点信号
X0
X轴脉冲信号
Y0
Y轴原点信号
XI
Y轴脉冲信号
Y1
停止
X2
X轴方向输出
Y2
手动/自动
X3
Y轴方向输出
Y3
手动左行
X4
启动准备
Y4
手动右行
X5
伺服X报警
Y5
手动前进
X6
伺服Y报警
Y6
手动后退
X7
Z轴上升
Y7
手动上升
X10
Z轴下降
Y10
手动卜降
XII
夹紧
Y11
手动夹紧
X12
工作启动
Y12
手动松开
X13
工作结束
Y13
XI位置
X14
机械手等待
Y14
X2位置
X15

X3位置
X16

Y1位置
X17

Y2位置
\20

Y3位置
X21

Z1位置
X22

Z2位置
X23

伺服 X-READY
X24

伺服 Y-READY
X25

工件到位信号
X26

工作结束
X27

六、设计应用程序
（一）回原点的操作
系统初始时刻，需要对机械手进行回原点操作。
在直线轨迹上选择其中一个点作为参考点，从而取得一构建坐标系，关于实现 操纵提供参考系。
在三菱的PLC中，由于FX2N系列没有专门的回原点指令，因此采纳其PLSY 脉冲输出指令进行原点回归操作。输出端的Y2操纵伺服电机转动的方向,通过实 验，假设通电时刻电机向原点的反方向运动，那么换置Y2的值，保证上电时刻电机 向着原点方向前进。
系统在初始化执行回原点程序后，机械手停在原点。
回原点操纵程序的流程图如图4所示
MS002
TL{MOV

{MOV
X033
T2

-[3HT
Y002

一[R27
乂 3
—{MOV
K0
DSKO
DO
Di
YOOO

]
]
]
]
]

{RST]{»0V K0

{»0V K0
DSi-iC ]

图4回原点的程序