毕业设计（论文）-机械手的PLC设计

安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 1 目 录 摘 要 .3 引 言 .4 1 机械手简介 .5 1.1 概述 .5 1.2 机械手的组成 .5 1.3 机械手的分类 .5 1.4 机械手的应用 .5 2 机械手的控制方案与选择 .6 2.1 控制要求 .6 2.2 机械手的控制系统设计方案的比较 .6 3 PLC 的简介 .7 3.1 PLC 的产生 .7 3.2 PLC 的定义和特点 .7 3.2.1 PLC 的定义 .7 3.2.2 PLC 的特点 .7 3.3 可编程控制器的主要性能指标 .8 3.4 可编程控制器的分类 .8 3.5 PLC 系统的组成 .9 3.5.1 PLC 的硬件结构 .9 3.5.2 PLC 的软件 .9 3.6 可编程控制器的工作方式 .9 3.7 PLC 的编程语言 .10 3.8 FX2N 系列 PLC .11 3.8.1 FX2N 系列 PLC 的内部资源 .11 3.8.2 FX2N 系列 PLC 的基本顺控指令 .11 3 9 PLC 的应用领域 .12 4 PLC 对机械手的控制 .13 4.1 PLC 的选型 .13 4.4.1 I/O 总点数的确定 .13 4.4.2 I/O 点信号性质分析 .13 4.4.3 用户存储器容量的估算 .13 4.2 PLC 的梯形图 .14 4.2.1 程序的总体结构设计 .14 4.2.2 初始化程序 .14 4.2.3 手动程序 .14 4.2.4 回原位程序 .15 4.2.5 自动程序 .16 4.3 指令程序 .17 4.4 I/O 接线图 .17 4.5 相关电气设备选择和校验 .19 4.5.1 系统调试 .19 4.5.2 程序的运行与调试 .20 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 2 4.6 材料清单 .20 4.7 不足和改进 .21 5 毕业设计总结 .22 6 致谢 .23 参考文献 .24 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 3 摘 要 机械手是工业机器人系统中传统的任 务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由 PLC 输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给 PLC 主机；位置信号由接近开关反馈给 PLC 主机，通过交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体 ，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。 关键词 ：机械手 PLC 变频器 交流电机 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 4 引 言 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展 ,自动化已经成为现代企业中的重要支柱 ,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作 。 工业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部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。 本课题拟开发物料搬运机械手，采用日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械 部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电气方面由交流电机、变频器、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。 由于时间仓促和个人水平限制，我的设计存在着许多还没来得及解决的问题，希望广大老师、同学能够给予批评指正并予以解决。 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 5 1 机械手简介 1.1 概述 机械手首先是 由 美国开始研制的。 1958 年美国联合控制公司研制出 了 第一台机械手。 机械手 能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现 生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门 。 1.2 机械手的组成 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体 ，需有 6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 2 3 个自由度。 1.3 机械手的分类 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 1.4 机械手的应用 机械手通常用作 机床 或其他机器的附加装置，如在自动机床或 自动生产线 上装卸和传递工件，在 加工中心 中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。另外， 机械手在锻造工业中的应用 不仅 能进一步发展锻造设备的生产能力， 而且还能改善热、累等劳动条件。 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 6 2 机械手的控制方案与选择 2.1 控制要求 如下图所示为某生产车间中自动 化搬运机械手，用于将左工作台上的工件搬运到右工作台上。机械手的全部动作由液压驱动。液压泵由电磁阀控制，其上升 /下降、左移 /右移运动由双线圈两位电磁阀控制，即上升电磁阀得电时机械手上升，下降电磁阀得电时机械手下降。夹紧 /放松运动由单线圈两位电磁阀控制，线圈得电时机械手夹紧，断电时机械手放松。 图 2.1 机械手的动作示意图 为便于控制系统调试和维护，本控制系统应有手动功能和显示功能。当手动 /自动转换开关置于“手动”位置时，按下相应的手动按钮，就可实现上升、下降、左移、右移、夹紧、放松的手动控制。当机械手处 于原位时，将手动 /自动转换开关置于“自动”位置时，进入自动工作状态，手动按钮无效。 2.2 机械手的控制系统设计方案的比较 在工业自动化生产中常用的控制系统有：传统的继电器 接触器控制系统、 PLC 控制系统和微机控制系统这三种。但从使用性、经济性、可靠性出发，本设计选用了 PLC。因为从上述该机械手所需完成的控制动作分析来看，本机械手是用于 各种传感器在复杂的条件下 工件的传输，主要动作是上升、下降、左移、右移、夹紧、放松和工序延时控制等，控制动作基本上是以简单的顺序逻辑动作为主。是属典型的继电逻辑顺序动作控制系 统，这是 PLC 最擅长的功能，而且 PLC 具有体积小、重量轻、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、易于维护等特点，特别是替代继电器控制系统，这更是它的优势。 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 7 3 PLC 的简介 3.1 PLC 的产生 1968 年美国通用汽车公司（ GM）招标要求 :软连接代替硬接线 ；维护方便 ；可靠性高于继电器控制柜 ；体积小于继电器控制柜 ；成本低于继电器控制柜 ；有数据通讯功能 ；输入115V；可在恶劣环境下工作 ；扩展时，原系统变更要少 ；用户程序存储容量可扩展到 4K 。核心思想：用程序代替硬接线，输入 /输出电平可与外部装置直接相联，结构易 于扩展 ，这是 PLC 的雏形。 1969 年美国 DEC 公司研制出世界上第一台 PLC（ PDP-14），并在 GM 公司汽车生产线上应用成功 。 3.2 PLC 的定义和特点 3.2.1 PLC 的定义 美国电气协会制造商协会 NEMA 和国际电工委员会 IEC 对可编程控制器分别作了定义：可编程控制器是一种专门用于工业环境的、以开关量逻辑控制为主的自动控制装置。它具有存储控制程序的存储器，能够按照控制程序，将输入的开关量（或模拟量）进行逻辑运算、定时、计数和算术运算等处理后，以开关量（或模拟量）的形式输出，控制各种类型的机 械或生产过程。 早期的可编程控制器，主要用于开关量逻辑控制，所以称为可编程逻辑控制器，简称PLC，后来随着计算机计术不断发展，其功能已不仅限于开关逻辑控制，所以被称之为可编程控制器 PC，但这很容易和个人计算机 PC 相混淆，因此，一般仍把 PLC 作为可编程控制器的简称。 3.2.2 PLC 的特点 可编程控制器之所以能够得到迅速发展和广泛应用，主要是由于它具有以下特点： （ 1） 可靠性高，抗干扰能力强 用软件实现大量的开关量逻辑运算，克服了因继电器触点接触不良而造成的故障；输入采用直流低电压，更加可靠、安全；面 向工业环境设计，采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施，适应各种恶劣的工作环境，远远地超过了传统的继电器控制系统和一般的计算机控制系统。 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 8 (2) 编程简单，易于掌握 PLC 采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似，具有直观、简单、容易掌握等优点。 （ 3） 功能完善，灵活方便 随着 PLC 技术的不断发展，其功能更加完善，不仅具有开关量逻辑控制功能和步进、计算功能，而且还具有模拟量处理、温度控制、位置控制、网络通信等功能。既可以单机使用、也可联网运行，既可集中控制、也可分布控制或者集散控制。而且在 运行过程中，可随时修改控制逻辑，增减系统的功能。 （ 4） 体积小、质量轻、功耗低 由于采用了单片机等集成芯片，体积小、质量轻、机构经凑、功耗低。 3.3 可编程控制器的主要性能指标 可编程控制器的性能指标有很多，主要有以下几项指标。 （ 1）输入 /输出点数 (I/O) I/O 点数是指可编程控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个开关按钮和可以控制多少个负载。 （ 2）存储容量 存储容量是指可编程控制器内部用于存放用户程序的存储容量。 （ 3）扫描速度 一般以执行 1000 步指令所 需的时间来衡量，单位为 ms/千步，也有以执行一步指令所需来计算，单位 us/步。 （ 4）功能扩展能力 可编程控制器除了主模板块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊功能应用的需要。如 A/D 模块、 D/A 模块、位置控制模块等。 （ 5）指令系统 指令系统是指一台可编程控制器指令的总和，它是衡量可编程控制器功能强弱的主要指标。 3.4 可编程控制器的分类 通常 PLC 产品可按结构形式、控制规模等进行分类。 （ 1）按结构形式分类 按结构形式不同，可分为整体式和模块式两类。整体式的 PLC是将电源、 CPU、 存储器、输入 /输出单元等各个功能部件集成在一个机壳内，从而具有结构经凑、体积小、价格低等优点，许多小型 PLC 多采用这种机构。模块式的 PLC 将各个功能部件做成独立模块，如电源模块、 CPU 模块、 I/O 模块等，然后进行组合。 （ 2）按控制规模分类 按控制规模大小，可分为小型、中型和大型 PLC 三种类型。 1）小型 PLC。 型 PLC 的 I/O 点数在 256 点以下，存储容量在 2K 步以内，其中输入输出点数小于 64 点的 PLC 又称为超小型或微型 PLC，具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能。 2）中型 PLC。 中型 PLC 的开关量 I/O 点数通常在 2562048 点之间，用户程序存储器的容量为 28KB，除具有小型机的功能外，还具有较强的模拟量 I/O、数字计算、过程安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 9 参数调节，如比例、积分、微分（ PID）调节、数据传送与比较、数制转换、中断控制、远程 I/O 及通信联网功能。 3）大型 PLC。 大型 PLC 也称为高档 PLC， I/O 点数在 2048 点以上，用户程序存储容量在 8K 以上，其中 I/O 点数大于 8192 点的又称为超大型 PLC，除具有中型机的功能外，还具有较强的数据处理、模拟调节、特殊功能函数运算、监视、记录、打印等功 能，以及强大的通信联网、中断控制、智能控制和远程控制等功能。 3.5 PLC 系统的组成 PLC 是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构上与微型计算机控制系统相似，也是有硬件系统和软件系统两大部分组成 。 3.5.1 PLC 的硬件结构 一套 PLC 系统在硬件上由以下几部分组成： （ 1） 中央处理器 (CPU) 与计算机一样，是 PLC 的核心部件。 （ 2） 存储器 PLC 配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。 （ 3） 输入 /输出（ I/O）接口电路。 （ 4） 电源。 （ 5） 扩展单元。 （ 6） 外部设备。 3.5.2 PLC 的软件 PLC 的软件是指 PLC 所使用的各种程序的集合。它由系统程序（系统软件）和用户程序（用户软件）组成。 （ 1） 系统程序 系统程序包括监控程序，输入译码程序及诊断程序等。 （ 2） 用户程序 用户程序是用户根据控制要求，用 PLC 的编程语言（如梯形图）编制的应用程序。 3.6 可编程控制器的工作方式 可编程控制器在进入 RUN 状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的循序逐条执行程序，即按循序逐条执行程序直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 10 可编程控制器工作的扫描过程包括五个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。 PLC 完成一次扫描过程所需的时间成为扫描周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。 3.7 PLC 的编程语言 PLC 的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。其中前两种语言用的较多，流程图语言也在许多场合被采用。 1. 梯形图语言 （ 1） 梯形图从上至下编写，每一行从左至右顺序编写。 PLC 程序执行顺序与梯形图的编写顺序一致。 （ 2） 图左、右边垂直线称为起始母线 、终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止母线可以省略。 （ 3） 梯形图中的触点有两种，即动合触点和动断触点。 （ 4） 梯形图的最右端必须连接输出元素。 （ 5） 梯形图中的触点可以任意串、并联，而输出线圈只能并联，不能串联。 2. 助记符语言 助记符语言是 PLC 命令的语言表达式。用梯形图编程虽然直观、简便，但要求 PLC 配置较大的显示器放可输入图形符号，这在有些小型机上常难以满足，所以助记符语言也是一种较常用的一种编程方式。不同型号的 PLC，其助记符语言也不同，但其基本原理是相近的。编程时，一般先跟据要求编制梯形图语言，然后再根 据梯形图转换成助记符语言。 3. 顺序功能图语言 顺序功能图 SFC 是一种描述顺序控制系统功能的图解表示法，主要由“步”、“转移”及“有限线段”等元素组成，它将一个完整的控制工程分为若干个阶段 (状态 )，各阶段具有不同的动作，阶段间有一定的转换条件，条件满足就实现状态转移，上一状态动作结束，下一动作开始。 第 (N-1)个扫描周期 输出刷新 第 (N+1)个扫描周期 输入采样 第 N 个扫描周期 输入采样 输出刷新 用户程序执行 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 11 3.8 FX2N 系列 PLC 3.8.1 FX2N 系列 PLC 的内部资源 各种不同型号和档次的 PLC 具有不同数量和功能的内部资源，但构成 PLC 基本特征的内部软元件是类似。下例为 FX2N系列小型 PLC 的内部资源。 （ 1） 输 入触点 X （ 2） 输出继电器 Y （ 3） 内部继电器 M （ 4） 定时器 T （ 5） 计算器 C （ 6） 数据寄存器 D、 V、 Z （ 7） 常数指针 3.8.2 FX2N 系列 PLC 的基本顺控指令 1. FX2N系列可编程控制器的基本顺序控制指令的助记符、功能、对应梯形图及可用软元件如下表所示： 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 12 3 9 PLC 的应用领域 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1、开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的 继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2、模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（ Analog）和数字量（ Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。 PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3、运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动 的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4、过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块 。 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5、数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6、通信 及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 13 4 PLC 对机械手的控制 4.1 PLC 的选型 4.4.1 I/O 总点数的确定 由 I/O分配表知，输入共 18个点 ,输出共 6个点 ,I/O实际需 24点。为留有今后工艺改进与功能扩充余地，在实际统计 I/O点数基础上，一般加 10-20余量，再考虑 PLC产品本身规格，可取 PLC的 I/O总点数为 48点。 4.4.2 I/O 点信号性质分析 从机械手控制信号分析可知 ,机械手输入是位置开关信号 ,上 /下限位开关、左 /右限位开关等它们都是开关量 ,而输出主要是 5个电磁阀线圈 ,以控制机械手的左移、右移、上移、下移、夹紧、放松的气路的通断。 4.4.3 用户存储器容量的估算 (1) I/O口总点数为 48点且均为开关量，以每个 I/O点需 1O个字节估算则所需存储器字节数为： 48*10=480B (2) 定时器有两个 :一个夹紧延时、一个放松延时，以每个定时器需 2个字节估算则所需存储器字节数为：定时器 /计数器数量 *2=2*2=4B 共需存储器字节数为： 480+4=484B 经技术与经济成本方面因素综合考虑，本设计选取日本三菱公司 FX2N-48MR型 PLC产品。 FX2N-48MR型产品主要技术指标如下： 表 4.4 FX2N-48MR型产品主要技术指标表 最大 I/O 48 点 定时 /计数器 256 个 基本功能指令 22 条 , 步进指令 2条 继 电 器 输 出 最 大 负 载 80VA/24V 执行速度（ us/步） 0.8us 输入输出响应时间 10ms 程序容量（步） 2KB 输入光电隔离 数据寄存器 通用： 200 点 锁存用： 7800 点 输出继电器接点隔离 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 14 由上表可见， FX2N-48MR 型 PLC 产品能满足设计要求。 4.2 PLC 的梯形图 4.2.1程序的总体结构设计 本机械手系统的程序是采用基本指令、初始状态指令和步进指令相配合的方法进行编写的。程序可分四大块，分别是初始化程序、手动程序、回原位程序和自动程序。 4.2.2 初始化程序 如图 4.8.2 所示，为初始化程序。他保证了机械手必须在原位才能进入自动工作方式。 图 4.2.2 初始化程序 4.2.3 手动程序 手动程序如图 4.8.3 所示。 X10X15 对应机械手的上下左右移动和夹紧的的按钮。按下不同的按钮，机械手执行相应的动作。在左、右移动的程序中串联上限位置开关的动合触点是为了避免机械手在较低位置移动时碰撞到其他工件。为保证系统安全运行，程序之间还进行了必要的连锁。 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 15 图 4.2.3 手动程序 4.2.4 回原位程序 如图 4.8.4 所示为回原位 程序，在系统处于回原位工作状态时，只需按下回原位按钮机械手即可自动回到原位。图中除初始状态继电器外，其他状态继电器应使用回零状态继电器 S10S19 。 图 4.2.4 回原位程序 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 16 4.2.5 自动程序 自动程序如图 4.8.5 所示，其中 M8041 和 M8044 都是在初始化程序中设定的，在程序运行中不再更改。 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 17 4.3 指令程序 0 LD X21 27 AND X17 53 STL S12 83 LD X18 1 ANI X17 28 ANI X21 54 SET M8043 84 SET S24 2 ANI Y4 29 ANI Y2 56 RST S12 86 STL S24 3 OUT M8044 30 OUT Y3 58 STL S2 87 OUT Y0 5 LD M8000 31 LD X12 59 LD M8041 88 LD X21 6 FNC 60 32 AND X17 60 AND M8044 89 SET S25 X0 33 ANI X20 61 SET S20 91 STL S25 S20 34 ANI Y3 63 STL S20 92 RST Y4 S27 35 OUT Y2 64 OUT Y0 93 OUT T1 13 STL S0 36 STL S1 65 LD X16 K17 14 LD X15 37 LD X5 66 SET S21 96 LD T1 15 RST Y4 38 SET S10 68 STL S21 97 SET S26 16 LD X14 40 STL S10 69 SET Y4 99 STL S26 17 SET Y4 41 RST Y4 70 OUT T0 100 OUT Y1 18 LD X11 42 RST Y0 K17 101 LD X17 19 ANI X17 43 OUT Y1 73 LD T0 102 SET S27 20 ANI Y0 44 LD X17 74 SET S22 104 STL S27 21 OUT Y1 45 SET S11 76 STL S22 105 OUT Y3 22 LD X10 47 STL S11 77 OUT Y1 106 LD X21 23 ANI X16 48 RST Y1 78 LD X1 107 OUT S2 24 ANI Y1 49 OUT Y3 79 SET S23 109 RET 25 OUT Y0 50 LD X21 81 STL S23 110 END 26 LD X13 51 SET S12 82 OUT Y2 4.4 I/O 接线图 机械手控制 系统采用的 PLC 型号或规格是 FX2N-48MR，表 4-4 是输入点及输出点的分配表。 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 18 表 4-5 PLC 输入点及输出点的分配表 输 入 信 号 名 称 代 号 输入点编号 手动挡 SA X0 回原位档 SA X1 单步档 SA X2 单周期档 SA X3 连续档 SA X4 回原位按钮 SB9 X5 启动按钮 SB1 X6 停止按钮 SB2 X7 下降按钮 SB3 X10 上升按钮 SB4 X11 右行按钮 SB5 X12 左行按钮 SB6 X13 夹紧按钮 SB7 X14 松开按钮 SB8 X15 下限位开关 SQ1 X16 上限位开关 SQ2 X17 右限位开关 SQ3 X20 左限位开关 SQ4 X21 输 出 信 号 名 称 代 号 输入点编号 下降电磁阀线圈 YV1 Y0 上升电磁阀线圈 YV2 Y1 右行电磁阀线圈 YV3 Y2 左行电磁阀线圈 YV4 Y3 松紧电磁阀线圈 YV5 Y4 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 19 图 4.4 机械手控制系统 PLC 的 I/O 接线图 4.5 相关电气设备选择和校验 4.5.1 系统调试 系统 调试分模拟调试和联机调试 硬件部分的模拟调试可在断开主电路的情况下，主要试一试手动控制部分的可靠性。 软件部分的模拟调试可借助于模拟开关和 PLC 输出端的指示灯进行。需要模拟量信号I/O 时，可用电位器和万用表进行。调试时，可利用上述外部设备模拟各种现场开关和传感器的状态，然后观察 PLC 的输出逻辑是否正确。如果有错误则修改程序后反复调试。现在 PLC 的主流产品都可在 PC 上编程，并可在 PC 上进行模拟调试。 连机调试时，可把编制好的程序下载到现场的 PLC 中。有时 PLC 也许只有一台，这时就要把 PLC 安装到控制柜相应的位 置上。调试时一定要先将主电路断开，只对控制电路进行连机调试。通过现场连机调试信号的接入常常会发现软硬件中的问题，有时厂家对某些安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 20 控制功能进行改造，反复调试后，控制系统才能交付使用。 4.5.2 程序的运行与调试 a将梯形图程序输入计算机。 b对程序进行试运行。 （ 1）将转换开关 SA 旋至“手动”档，按相应的动作按钮，观察机械手动作情况。 （ 2）将转换开关 SA 旋至“回原位”档，按回原位按钮，观察机械手是否回原位。 （ 3）将转换开关 SA 旋至“单步”档，每按一次启动按钮，观察机械手是否向前执行下一个动作。 （ 4）将转换开关 SA 旋至“单周期”档，每按一次启动按钮，观察机械手是否运行一个周期就停下来。 （ 5）将转换开关 SA 旋至“连续”档，按下启动按钮，观察机械手是否连续运行。 C记录调试程序结果并对不足之处进行修改。 d 最后再进行考机运行，一般连续运行 72 小时以上，以考核电气及机械运行是否稳定可靠。 4.6 材料清单 表 4.7 系统所需设备、工具、材料明细表 名 称 型 号 或 规 格 数 量 可编程控制器 FX2N-48MR 1台 双线圈电磁阀 VF3230 2只 单线圈电磁阀 VF3130 1只 按钮 LA10H-1H 9个 限位开关 LX19-111 4个 转换开关 LW6-5 1个 熔断器 RC1A-30/15 1只 连接导线 若干 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 21 4.7 不足和改进 本次毕业设计虽然参考了大量的书籍，也经过辅导老师的指导，但我仍然深知有许多不足与需要改进的地方。比如说在设计机械手操作面板时没有考虑到设计相应动作完成的指示灯，有了指示灯操作会变得很直观，操作会变得很方便。还有，在机械手的放松位置，最好应安装一个光电开关，用来检测工件是否已脱离机械手。虽然夹钳它是通过延时 1.7s来表 示夹紧、松开的动作完成的。但不排除会遇到特殊情况，很有可能 1.7s 后工件会因某特殊情况未能与机械手脱离，但机械手会依旧自动执行下一个动作，造成不可估量的后果。有了光电开关就不会出现这种情况，整个工作流程会更加的保险、安全。 诸如此类不足之处应该还有好多，希望各位指导老师能当面指出为我改善本次设计。学生不胜感激 。 安庆职业技术学院 2011 届毕业生毕业论文（设计） 22 5 毕业设计总结 经过两个多月的设计，机械手 PLC 控制系统的程序，已成功地通过了模拟手动、单步、单周期、连续等运行的调试，证明本设计的硬件、软件 部分基本都能达