自动供料装置工业机械手控制系统设计

1、 毕 业 设 计题目 自动供料装置工业机械手控制系统设计摘 要随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，在自动供料装置中机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。 本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠 设置在各个不同部位的行程开关(SQ1-SQ9)产生的通断信

2、号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。关键字:供料装置机械手，可编程控制器（PLC），液压，电磁阀。 I Abstract With the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of con

3、troller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, medicine and other areas of the production line or cargo transport, we can be more good to save energy and improve the transport efficiency of equipment or products, to

4、 reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of modern economic development.The manipulator mechanical structure includes two solenoid valves controlled by hydraulic manipulator steel to achieve the increased decline in sports and workpiece clamping a

5、ction, the two different motor speed through the two motor coils positive control in order to achieve car of the fast-forward, slow forward, fast rewind, slow movement back movement; conversion by setting its action in various different parts of the trip switch (SQ1 - SQ9) generated on-off signal tr

6、ansmission to the PLC controller, through the PLC internal different output signal, which drives the external coil to control the motor or solenoid valves have a different action, the robot can achieve precise positioning; their course of action include: decline in clamping increased, slow forward,

7、fast forward, slow progress, the extension of , the drop in, relax, rise, slow back, rewind, slow back; its operation, including: Back in situ, manual, single-step, single cycle, continuous; to meet the production requirements of the various operations and maintenance.Keywords: handling mechanical h

8、ands, Programmable Logic Controller (PLC), hydraulic, solenoid valve. II 目 录 摘 要 .I Abstract .II目 录 .III绪 论.1第一章 工业机械手控制系统介绍1.1 机械手控制系统发展历史.11.2 机械手控制系统组成.21.3 机械手控制系统前瞻.3第二章 工业机械手装置简介2.1 装置结构.42.2 功能描述.52.3 电气原理.6第三章 Micrologix 1500控制器简介3.1硬件概述.93.2控制器接线.103.3通讯选件.11第四章 RSlinx Classic通讯装置简介4.1 RSli

9、nx Classic入门指南.124.2 RSlinx Classic通讯装置步骤.13第五章 RSLogix 500编程软件5.1 RSLogix 500编程软件介绍.14 5.2 RSLogix 软件界面.145.3 RSLogix 500基本指令.15第六章 机械手控制系统总体设计5.1 软件设计.165.2 硬件设计.175.3 系统通讯配置.18总结附录参考文献 绪 论在现代工业中，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

10、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。工业机械手是现代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制力论与工业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，应用的得更广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。本设计是在自动供料装置中机械手物料的搬运，采用AB公司的MicroLogix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

11、械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械手等；电气方面由交流电机、限位开关、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。 第一章 工业机械手控制系统介绍1.1 机械手控制系统发展历史 械手控制系统是伴随着机械手（机器人）的发展而进步的。机械手是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人和机械手控制系统的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些

12、操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手控制系统和遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手控制系统和机械手。 机械手控制系统首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人控制系统。现有的机器人控制系统差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人控制系统。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”

13、和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人和相关控制系统主要由类似人的手和臂组成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。 机械手控制系统经历了以下几个阶段：机械手完成放射源转运年代、化工产品垛机械手年代、工业用机械手兴起和发展年代。 随着汽车行业和塑胶行业的发展，西欧、日本、苏联和中国等地域机械手及其控制系统也开始百花争放。 尤其注塑机机械手，发展更为迅猛，应用非常普遍，其控制系统经过几十年的发展，现在已经趋于成熟和完善。 1.2 机械手控制系统组成工业机械手控制系统一般包括

14、主控板、转接板、显示器、控制按键、配套电源等部分。下面主要针对工业机械手控制系统做下介绍。 主机 主机包括主控板，显示屏，按键。其中主控板由单片机和相应电路板组成，单片机负责程序运行，电路板处理输入输出信号。（图1-1） 单片机主机图1-1 转接板 转接板主要包含一些端子和继电器，其功能是信号的转接。 （图1-2） 转接板图1-2配套电源及其他 电源用于控制系统供电，如蜂鸣器则是用于机器故障报警所用。 1.3 机械手控制系统前瞻 现代计算机技术的产业革命，将世界经济从资本经济带入到知识经济时代。在电子世界领域，从20世纪中的无线电时代进入到21世纪以计算机技术为中心的智能化现代电子系统时代。而

15、机械手控制系统则逐步发展为与计算机互联，使机械手控制系统更加智能化，操作更加简单方便。 随着自动化发展，机械手（机器人）应用将更加普遍。而没有控制系统的机械手却是一堆废铁，机械手的发展势必与控制系统双驹并驰。而日后机械手的反展也会反限于控制系统的发展，未来的人类社会将是机械手的时代。 第二章 工业机械装置简介 2.1 装置结构 图2-1 机械手模型正面结构示意图1- 机械手底座；2-水平轴驱动电机；3-垂直轴驱动电机；4-手抓电机机构；5-水平轴运动系统；6-垂直轴运动系统；7-水平限位开关；8-垂直限位开关；9-手抓；10-台板；11-电器驱动板；12-信号转接板；13-直流电源；14-空气

16、开关。 图2-2 机械手模型背面结构示意图1- 机械手旋转驱动电机；2-垂直轴运动系统。 2.2 功能描述电动组合机械手各个运行机构功能如下：1. 主轴水平旋转旋转运行由直流减速电机驱动，自动控制时可根据编码器计数进行定位控制；左右在180范围极限端设限位开关；电路具有硬件保护功能（误驱动不会造成损坏）；2. 水平（X）轴性线运动线性运动由直流减速电机驱动，极限端设限位开关；电路具有硬件保护功能；3. 垂直（Y）轴线性运动线性运动由直流减速电机驱动，极限端设限位开关；电路具有硬件保护功能；4. 手抓机构手抓的张、合运行由直流减速电机驱动，极限端设置限位开关；电路具有硬件保护功能；由于本机械的三

17、轴采用的驱动方式为；1. 主轴为直流减速电机驱动；2. X，Y轴为直流减速电机驱动；可实现工作区域内的极限定位；因此在使用中可在工作盘上相应设置取料位和放料位；控制系统由控制器（通常为PLC，也可配备其他类型的逻辑控制装置）、端子板和直流电源等组成。控制器接收设在机械手上各部分传感器的信号，并通过预先设定的程序控制机械手的各种动作。2.3 电气原理 2.3.1 直流电机驱动原理驱动电路完成对各运行电机的驱动及极限保护；保护功能由数字门电路构成，实现对某些异常动作的限制；保护设备安全。 图2-3 驱动板原理示意图端子“6”和“7”必须同时为低电平，“A”继电器吸合，端子“5”和“8”必须同时为低

18、电平，“B”继电器吸合，A吸合B断开时电机为顺行运行状态，B吸合A断开时电机为逆行运行状态，A合B不得同时吸合！2.3.2 输入信号板的原理与应用 输入信号板的功能是将设备上各种传感器的信号转换为统一电平的驱动信号；专为设备与控制器之间信号传递而设置，板上设有光电隔离电路，将内外电源隔离，以保护设备安全。 图2-4输入信号板应用原理图 注意：输出端为高电平驱动电路，严禁直接接地。 2.3.3 输出驱动的原理与应用 输出信号板的功能是将控制器输出的信号转换为统一电平的驱动信号；专为控制器与被驱动设备之间信号传递而设置，板上设有光电隔离电路，将内外电源隔离，以保护设备安全。 图2-5输出驱动板应用

19、原理图注意：当COM接高电平（+）时；该板为低电平驱动方式。第三章 Micrologix 1500控制器简介Micro Logix 1500 可编程序控制器，可按需要扩展I/O，与大型控制器相比，成本低，体积小。Micro Logix 1500 可可编程序控制器是A-B系列的一种强大的小型控制器，这小型可编程序控制器可以扩展Compact I/O。满足各种工业应用的需求。它使用罗克韦尔编程软件RS Logix,具有和Micro Logix1000，SLC系列控制器相同的指令集。3.1 硬件概述 控制器硬件特性如下： 图3-1控制器结构示意图 表3.1控制器主要结构说明控制器有一个标准处理器（1

20、764-LSP）和下表所列其中一种基本单元组成。 表3.1 1764系列控制器基本I/O和电流2.2 控制器接线 控制器直流输入电路功能接成灌入电流或拉出电流配置（灌入电流和拉出电流不能用于交流输入电路） 图3-2 1764-24BWA灌入电流接线图 图3-3 1764-24BWA拉出电流接线图3.3 通讯选件 MicroLogix 1500可编程控制器使用DFI协议接到RS232端口与个人计算极连接方法有两种：使用点对点连接或使用调制解调器。 3.3.1 DFI隔离式点对点连接 用户能够利用一串行口到控制器，将MicroLogix 1500可编程控制器与一个人计算机连接起来，建议组态成DFI

21、全双工协议。 图3-4DFI隔离式点对点连接 3.3.2 DFI隔离式调制解调连接 用户能够利用调制解调器，将MicroLogix 1500可编程控制器与一个人计算机连接起来，建议协议组态DFI全双工协议。 图3-5DFI隔离式调制解调器连接第四章 RSlinx Classic通讯配置简介4.1 RSlinx Clsaaic 入门指南 用于Rockwell Automation网络和设备的RSlinx Classic是针对使用一下操作系统的全面工厂通信解决方案：Microsoft Windows XP SPI 或XP SP2MicroLogix Windows Server 2003 SP1

22、或 R2 Microsoft Windows 200 SP4Microsoft Windows Vista Business(32位)和Vista Home Basic(32位)它使Allen-Bradley 可编程控制器可访问各种 Rockwell Software 和Allen-Bradley 应用程序。程序范围包括设备编程和配置应用程序（如RSLOgix和RSNetWorx)HWI,(人及接口)应用程序（如RSView32）和使用Microsoft Office，网页或Visual Basic的数据采用应用程序RSlinx Classic还加入了先进的数据优化技术，并包括一套诊断机制。应

23、用程序编程接口（API）支持用RSlinx Classic SDK开发的自定义应用程序。RSlinx Classic既是OPC数据访问兼容服务器，也是DDE服务器。RSlinx Classic LiteRSLinx Classic Lite提供了支持RSLogix和RSNetWorx所需的基本功能，不单独出售该版本，而是与仅需直接访问RSLinx Classic网络驱动程序的产品捆绑出售。该版本不支持OPC，DDE或已发布的RSLinx classic C应用程序编程接口（API）。RSLinx Classic Lite适合于以下情况：使RSLogix产品德梯形逻辑编程。使用RSNetWorx

24、配置与诊断网络和设备。配置以太网模块/设备（例如，1756-ENET,1756-DHRTO等）。使用ControlFlash升级固件。浏览网络并获取固件版本等设备信息。RSLinx Classic Single Node RSLinx Classic Single Node包括了为所有Rockwell Software产品提供通信服务的必需功能。该版本支持OPC和DDE接口，但仅限于一个设备。它不支持为RSLinx Classic C应用程序编程接口（API）开发的应用程序或HMI应用程序的直接驱动程序。这些应用程序类型需要使用RSLinx Classic OEM或更高版本。RSLinx Cl

25、assic Single Node使用于以下情况：使用OPC或DDE将数据采集到一个设备上。包括RSView32，Microsoft Office,Visual Basic和网页等客户端。使用RSLogix产品的梯形逻辑编程。使用RSNetWorx配置于诊断网络和设备。配置以太网模块/设备（例如，1756-ENET,1756-DHEIO等），使用ControlFash升级固件。浏览网络并获取固件版本等设备信息。RSLinx Classic OEM RSLinx Classic OEM包括了为所有Rockwell Software产品提供通信服务的必需功能。同时支持任意数量设备的OPC和DDE客

26、户端。该版本还支持为RSLinx Classic C应用程序编程接口（API）开发的应用程序。RSLinx OEM 2.2版本和之前版本仅支持AdvanceDDE。RSLinx 2.3版本支持除 FastDDE以外的所有DDE类型。4.2 RSlinx Classic通讯配置步骤第1步：点击“开始-程序-Rocwell software-Rslinx-Classic”，出现“RSLinx Classic Gateway”对话框，如图4-1所示 图4-1“RSLinx Classic Gateway”对话框 第2步：点击“”，出现如图4-2所示对话框，点击“Configure Driver Ty

27、pes”下拉菜单，选择“RS-232DFI devices”，如图4-2所示 图4-2Configure对话框 第3步：点击按钮添加，接着点击出现如图4-3所示对话框 图4-3“Configure RS-232DFI Devices”对话框第4步：点击，出现“Auto-Configure Successful”字样，点击按钮，点击完成并退出。第五章 RSLogix 500编程软件 5.1 RSLogix 500编程软件简介 RSLogix 500编程软件是使用于 SLC500和MicroLogix处理器的32位WindowsTM梯形图逻辑编程软件包，其运行环境是MicrosoftTMC Win

28、dows95和Windows NTTM，与Rockwell Sofware给于DOS的任何编程软件所创建的程序兼容。RSLogix 500软件的功能包括：自由格式的梯形图编程器，在书写程序是专心于应用程序的逻辑而不用注意语法的对错；强有力的工程：校验器，可用其创建错误清单，从而可以在方便的时候进行修改：拖放式编辑功能，使用户能够在数据文件之间快速移动数据表元素，在子程序或工程之间快速移动梯级，或者在一个工程内部的梯级与梯级之间快速移动指令；查询和替换功能，能够快速改变特定地址或符号的值；用户数据监控器功能，可同时显示独立的数据元素以观察它们之间的相互作用；工程目录为点击式界面，用户可访问包含在

29、工程目录的所有文件夹和文件和文件。 5.2 RSLOGIX 500软件界面为了便于在RSLogix500内不同窗口与工具栏间操作，用户需首先了解一下其内容及功能。当用户打开RSLogix 500内的一个工程文件时，会看到： 工程目录。包含用户工程文件内的所有文件夹和文件。可以点击该目录下的图标，然后点击鼠标右键，出现一个菜单，此菜单只适用于所选的图标。例如，如果在一个程序文件上点击鼠标右键，可以看到以下几个选项：重新命名程序文件，打开程序文件，隐藏程序文件，或者显示程序文件的属性。 梯形图显示窗口。在该窗口部分，用户能够同时显示几个程序文件。这也是用户进行梯形图逻辑编辑的地方。 结果显示窗口。

30、显示Find All查询结果或者校验程序结果。用户可隐藏该窗口，或者将其从整个应用窗口中分离出来，放置在屏幕上任意位置处。 菜单栏。通过点击菜单，然后选择所显示的功能。 在线栏。了解运行方式、是否进行在线 或者安装了强制。还可以显示驱动器和节点号。 标准图标栏。标准图标栏包含许多用户在开发、调试逻辑程序时需反复使用的功能。如果想了解这些图标的含义，那么用户只需将光标移动到图标上，随后就会出现一个浮动的工具提示窗口，它将告诉用户该图标的作用是什么。 按标签分类的指令工具栏。显示按照标签进行分类的指令助记符。当用户单机指令工具栏下的分类标签时，指令工具栏内的指令将变为所选中标签类别包含的指令。点击

31、一条指令可将其插入梯形图逻辑程序内。 状态栏。用户使用软件时，显示当前的状态信息或者提示信息。5.3 RSLOGIX 500基本指令 罗克韦尔A-B公司不同型号的PLC所支持的指令有差异，但是基本逻辑指令却是大家所共有的（SLC500/ML1000与PLC5的基本指令大致相同）在梯形图中用基本逻辑指令代替继电器-接触器控制的硬件逻辑电路。基本编程指令共分为三类：位指令、计时器指令和计数器指令。位指令时对数据的单个位进行操作，用于监控数据表中的位状态，如输入位、输出位或者计时器控制字的位等存储所有空间上的位。在处理器运行时，可以根据其所在梯形的逻辑条件使某位置为或复位状态。应用程序可以根据需要对

32、一位进行多次访问。但是不推荐多条输出指令通一位地址。 数据文件的表格式 在对位指令编程时，会涉及到下列数据文件，其表示格式分别为：1) 输出和输入数据文件（文件O:0和I:1） 这些数据文件外部的输出与输入，在文件1中的各位表示外部输入。文件0中的各位表示外部输出。输出和输入的地址格式如表1所示。 表5-1数据文件说明 MicroLogix 1500可编程序控制器是固定的输入输出点数，只是0号槽，0字。所以I/O地址的表示非常简单，输入输出文件号可以省略。例如O：/5表示输出位5，I:/8表示位8.2）状态文件（文件S2：） 状态文件允许用户监控操作系统的工作状况，并可指挥操作系统按要求进行工

33、作。这些功能均可通过使用状态文件设置相应的控制位，监控硬件和软件故障及其它的状态信息来实现，注意：如果你要向状态文件写入数据，必须首先安全了解状态的功能。状态文件地址格式如表2所示： 举例： S：1/15元素1位15.这是“首位扫描”位，用户可使用它初始化指令。S：3 元素，该元素低字节是当前扫描时间。高字节是看门狗扫描时间。 表5-2状态文件说明 3）位文件（B:3） 文件3是位文件，主要用于位（继电器类逻辑）指令，移寄存器和顺序器指令，可以通过指定元素号和元素的位编号（0到15）来访问位。也可以通过位的顺序编号直接访问位。用户也可以只访问该文件的元素。位地址格式如表3所示： 表5-3为文件

34、说明 4）计时器和计数器文件（T4：和C5：） 赋值给计时器和计数器的地址分别用Tf:e.s/b和Cf:e.s/b表示。计数器文件的具体含义表4与表5所示： 表5-4计时器文件说明 计时器指令 计时器对存储器中的计时器文件进行操作，计时器文件是一个3-字元素。字0是控制字，字1存储置值，字2存储累加值。如下表所示： 可访问的位 EN=15使能位；TT=14计时器计时位；DN=13完成位 可访问的字 PRE=预置值； ACC=累加值 被标明“内部使用”的位不可访问。 计时器指令各输入参数的意义：（1） 累加值（.ACC） 累加值是指计时器从最后一次起动经过的时间。当计时器被时能时，不断地更新该值

35、。（2） 预置值（.PRE） 控制器置位完成位之前计时器必须达到的指定值。当累加值变为大于等于预置值时，置位完成位。可以用该位控制输出设备。 计时器的预置值和累加值的范围是从0到+32,767.如果计时器预置或累加值时负数，则发生运行时间错误。（3） 时间基 时间基确定每个时间间隔持续的时间。对固定式和SLC5/01处理器，设定在0.01秒。或1.0秒之间选择。 计时器精度 计时器精度与计时器指令被使能时刻及计时时间完成的时间长度有关。计时不准确的原因是程序扫描时间可能大于计时器的时间基。另外还必须考虑驱动输出设备所需的时间。 当程序扫描时间小于2.5秒时，计时精度时-0.01到+0秒。当程序

36、扫描时间小于1.5秒时，1-秒计时器保持准确。如果用户的程序超过1.5或2.5秒，重复计时器指令梯形以使梯级在限定的时间内被扫描。注意： 如果跳转（JMP）指令，标号（LBL）指令，跳转到子程序（JSR），或子程序（SBR）指令略过包含一正在计时的计时器指令，计时可能不准确。如果略过持续的时间不足2.5秒，将没有时间丢失；略过持续时间超过2.5秒，将发生一个可检测的时间错误。当用子程序时，计时器必须至少执行2.5秒以防止现时间错误。1） 延时导通计时器指令（TON） TON指令是一条输出指令，如右图所示，图中各参数的意义如上所述。当计时器所在梯级已经为真一个预置时间间隔后，TON指令使输出接通

37、或断开。当梯级变为真时TON指令时间基间隔开始计数 只要梯级条件保持为真，计时器每次计算时间调整累加值（ACC）直到累加值达到预置值（PRE）|。当梯级条件变为假时，无论计时器累加值是否达到预置，处理器都将累加值复位0。 表5-5TON指令用到的状态位如果在处理器操作方式从REM运行或测试方式改变到REM编程方式，或用户电源掉电时，计时器指令正在即使但还未达到预置值，则计时器状态位的变化如下所示： 计时器使能（EN）位保持置位。 计时器计时（TT）位保持置位。 累加值（ACC）保持不变。 第六章 工业机械手控制系统总设计 6.1 软件设计 软件实现功能主要分位三个阶段。第一阶段：手臂回转收回，

38、完成初始化，第二阶段：定时时间到，结束初始化并开始动作。第三阶段：循环重复前两个！ 图6-1程序流程图 图6-2机械手工作过程流程图 6.2 硬件设计 本机械手结构可实现主轴水平旋转、水平（X）轴线性运行、垂直（Y）轴线性运行以及手抓的张、合，这些动作均有直流减速电机驱动并各个运动极限位置设置纤维开关并通过传感器接收作为控制器的输入信号。控制器接收设在机械手上各部分传感器的信号，并通过预先设定的程序控制机械手的各种动作。 表6-1 I/O分配表 5.3 系统通讯配置 个人计算机通过1747-CP3或1761-CBL-A00连接到高级接口转换器AIC+，高级转换器AIC+通过1761-CBL-A00或1761-BL-HM02连接到控制器M