毕业设计论文

1、常州机电职业技术学院毕业设计（论文）作 者： 胡圣泽 学 号： 41370128 院 部： 电气工程学院 专 业： 工业机器人 题 目： 基于PLC控制的工业机器人搬运系统 校内指导教师： 刘凯企业指导教师评阅者： 2016年 5月 毕业设计（论文）中文摘要在工业自动化领域,可编程控制器(PLC)、机器人和CAD与CAM成为自动控制的三大技术支柱,在现代工业中发挥着巨大的作用。目前工业机器人由设计开 发到应用已经相当普及,且绝大部分自带了控制器。但是,随着PLC技术的快速发展,特别是运动控制和网络功能的加强,PLC已经能够实现对机器人的控制,因此对基于PLC控制的工业机器人系统进行研究并实现两

2、者之间的通讯交互并控制就显得十分必要。关键词：工业机器人 PLC 通讯 控制目录1、引言12、 机械手与PLC通讯系统组成22.1 安川机械手MH5F的介绍22.2 永宏PLC的介绍22.3 机械手与PLC通讯系统工作流程的介绍32.4 机械手与PLC通讯系统所需设备及工具43、 机械手与PLC通讯系统的组装及接线63.1 PLC的接线63.2 机械手的接线73.3 机械手与PLC通讯系统的总接线84、 机械手与PLC通讯系统的编程104.1 机械手的编程104.2 PLC的编程115、 机械手与PLC通讯系统的试运行及整体分析145.1 试运行145.2 整体的分析及改进14结论16致谢17

3、参考文献18附录19附录1 FS100通用I/O信号接线图19附录2 FS100通用信号用途I/O信号定义、接线图201 引言研究机械手与PLC的通讯，其主要目的是为了提高自己对PLC和机械手的使用能力。其中，少不了对PLC以及机械手运行轨迹的编程，因此我也必须先熟悉该机械手和该PLC的编程习惯。由于我的专业就是工业机器人，而且研究所用的机械手也是我平时常用的安川机械手，所以机械手的编程不在话下。但是PLC的话并不是以前在学校用的欧姆龙PLC，而且运行PLC的的设备也并没有学校的那么完善，所以有些没有的器材还是得自己买，有些PLC的编程资料还是得网上搜一搜。机械手与PLC的连接通讯首先要明确系

4、统中需要通讯的I/O点数来确定两者之间用几根信号线相连。然后根据系统所需的工作流程以及要达到的目的来给PLC和机械手编程。最后将这些程序进行试运行并进行修改直到达到目的为止。通过这次的研究，我相信我能更深入的了解PLC以及对机械手的扩展功能的使用，而不单单是机械手走走轨迹那么初级。这次的研究都是基于我实习所在的单位设备较为齐全的基础上建立的。2、 机械手与PLC通讯系统组成2.1 安川机械手MH5F的介绍工业机器人是典型的机电一体化的高技术产品，在许多生产领域对提高生产的自动化水平，提高劳动的生产速率、产品的质量、经济的效益及改善工人的作业条件等反面起到不可替代的作用。目前，随着科学和技术的进

5、步，工业机器人正向第三代智能型工业机器人发展，其特点是:不但能高度自适应不同的作业环境，而且还具有自我学习和决策控制能力。MH5F是安川YASKAWA的一款通用型小型6轴机械手，其6轴的分布见图2-1。其中MH代表通用型；5则指它的负载是5公斤；F代表控制柜是FS100。图 2-1 机械手6轴示意图如果要实现PLC与机械手控制的话必须得了解MH5F的控制柜FS100的信号接线图。信号接线图详见附录1。2.2 永宏PLC的介绍当前我国对工业机器人的发展战略己经调整，工业机器人的驱动系统也已 经由早年的直流伺服驱动全面转向数字式伺服驱动。随着PLC 技术的发展，特别是在运动控制和网络功能的加强，P

6、LC已完全实现对伺服系统的控制，井且随着软件优势，PLC在运动控制反面的功能不断加强，可实现多轴运动的协调控制、PLC对机器人的控制己完全可以现实。因此本课题工业机器人采用PLC 控制。 在工业生产过程中，大量的开关顺序控制，他按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。而一个合格的PLC编程员不能只会使用一种品牌的PLC，要拿到任何牌子的PLC都能很熟练的使用。虽然台湾永宏PLC不是什么欧姆龙、西门子、三菱大品牌，不过拿来练手永宏足矣（因为实习的公司只有这种PLC，因为可以免费使用，所以就用永宏的）

7、。永宏PLC的详情见下图 图2-2的介绍。图2-2 永宏PLC端子示意图通过百度了解到，电脑与PLC的传输所需的传输线为USB-FBS-232PO，目前我公司没有该线，所以只能淘宝上买了一根。该PLC使用的电源是交流220v电源，因此不必在去买24v电源了。至于研究过程中需要用到的信号线，公司里有。2.3 机械手与PLC通讯系统工作流程的介绍系统的工作流程重要分几部分以下几部分：1. 工件台上有个传感器检测有没有工件，有工件则传感器给PLC一个有工件信号。2. PLC收到信号后给电磁阀一个气爪张开信号，气爪张开后反馈到PLC，再由PLC给机械手动作到工件那里的信号，机械手运行到位后再反馈给PL

8、C一个到位信号。3. PLC收到到位信号以后再给控制气爪的电磁阀一个闭合信号，然后气爪闭合夹取工件，气爪闭合后反馈一个气爪闭合的信号给PLC，然后PLC再给机械手拿起工件搬到另一个工件台的信号。4. 机器人收到信号，把工件搬到另一个工件台然后反馈给PLC一个到位，然后PLC给电磁阀一个放开气爪的信号，气爪放开工件后再次反馈一个信号给PLC，然后PLC再给机械手一个移回工作远点的信号。5. 机械手回到原点后再给PLC一个到位信号。通过上面5部分的介绍，可以知道PLC上需要用到6个输入5个输出，机械手需要用到3个输入3个输出。因此，我可以先把机械手的控制柜和PLC上的要用到的I/O先接上，然后进行

9、信号校对，最后给PLC和机械手编程调试。2.4 机械手与PLC通讯系统所需设备及工具表2-1 研究所需的设备器材工具清单设备数量单位拥有状况机械手一整套1台已有永宏PLC1个已有电磁阀1个已有电烙铁及焊丝1套已有信号线和电源线若干跟已有传感器4个已有夹爪1个已有空气压缩机1台已有气管若干根已有续表气管转换接头若干个已有USB-FBS-232PO1根网购万能表1个已有50pin插头1个已有十字螺丝刀1把已有剥线钳1把已有能编程序的电脑1台已有工件若干个已有3、 机械手与PLC通讯系统的组装及接线 3.1 PLC的接线给PLC接线之前必须得先了解PLC上的每个端子上面的字母说表示的意思。我通过查阅

10、相关资料,已对永宏PLC的接线端子有了相关的了解:IN:图3-1 永宏PLC输入说明图1. 24v电源,可以给外部设备提供24v电源。2. S/S公共端,如果要用到3部分的输入接口的话此公共端必须也接上。如果公共端接在24v+上,那X0X11的输入则是低电平有效;如果公共端与24-相连,则X0X11的输入是高电平有效。3. 普通的输入,可接12个输入信号。说明：图中3个带·的端子目前用途不明。 因为目前研究用不到所以就没有深入了解。OUT:图3-2 永宏PLC输出说明图1. 接地端子。2. 交流240v电源,可直接接个两孔插头擦在家用插座上。3. PLC输出端子及其相应的公共端。CO

11、为Y0和Y1的公共端;C2为Y2和Y3的公共端;C4为Y4和Y5的公共端;C6为Y6和Y7的公共端。意思就是说如果要用到Y0或Y1则其相应的公共端C0也必须接。当然，如果公共端接在24v-则相应的两个输出只能输出高电平有效；反之接在24v+则低电平有效。3个·的目前依然不知道用途。因为目前研究用不到所以就没有深入了解。既然知道了各个端子的用途后就可以开始动手接了。根据我们所需要用到的输入输出数量只需要接输入X0X5、输出Y0Y4、AC240的L和N、公共端S/S、C0、C2、C4以及24v电源输出的正负。其中C0、C2、C4分别都与24v-相接，S/S与24v-相接，另外在接交流24

12、0v供电电源。接好之后的示意图如下图：图3-3 永宏PLC最终接线图 3.2 机械手的接线给机械手接线的话得先参考机械手所用的控制柜的使用说明书。我们用的控制柜是FS100的，其控制柜的接线图请参考附录1。根据附录1，我们可以知道机械手的接线并不是像PLC那样简单，机械手的接线还需要专用的插头并焊信号线。通过查阅相关资料得知，接线需要用到50pin插头，因为我实习所在公司是专门销售减速机伺服电机的，所以这种插头公司仓库有。我通过向仓管申请要到了一个。回过头来看附录1，根据附录1可知，我们需要焊的针脚有：1、2、3、6、11、12、13、26、27、36、37。其中，1号针脚和11号短接，6号针

13、脚和36号短接，其余的分别和PLC连接的。现在我们来查看一下50针插头是怎么样的。图3-4 50PIN插头阵脚图从图中可知，50pin插头有4排针脚，仔细看的话还可以看到每排两端都有相应的数字标号标明了两端的针脚号。接下来，就可以开始焊线了。焊线的话大一的时候在机器人社团焊过单片机的最小系统，之后就再也没怎么焊过。不过焊过总比没焊过好。（焊线的时候注意不要被烙铁烫伤）焊好之后的示意图如下图：图3-5 50PIN插头最终焊接示意图线焊好后将插头插入机械手控制柜里的CN1口。3.3 机械手与PLC通讯系统的总接线 将50pin插头中从2、3、27号针脚引出来的信号线分别与PLC的输出端的Y0、Y1

14、、Y2相连，12、13、37针脚引出来的信号线分别与PLC的X0、X1、X2相连。然后PLC的X3连工件台上检测工件的传感器，X4、X5分别接电磁阀的开关的反馈信号。PLC的Y3、Y4分别连电磁阀的开关信号。当所有的线都接好后检查一遍，确认无误后开始通电测试。开机之后，手拿着机械手的示教器，按示教器上面的要求开机。开机后，开始测试PLC与机械手控制柜进行信号通讯测试。通过一些简单的强制、取消强制的测试，通讯并没什么问题，通过检查，传感器与PLC之间的收发信号也没问题。那接下来就可以安装固定一些硬件设施。固定硬件设施其实就是安装传感器，把夹爪固定在法兰盘上之类的。由于夹爪与机械手法兰盘不好直接连

15、接，所以用了个法兰盘转接盘。然后将电磁阀安装在机械手的U轴和L轴的连接出上方并固定。然后连接电磁阀与机械手内部的气体传输口，机械手底部的气体连接口通过气管转换接头与空气压缩机相连。弄完之后打开空气压缩机开始测试气爪的闭合。空气压缩机由于是第一次使用（学校里的都是老师开的只知道有气就行没气问老师），自己对此一窍不通，于是上网搜索这一型号查阅相关资料后又捣鼓了半天，空气压缩机终于呜呜的响了，刚开始还被吓了一跳。听过测试，气爪的开闭也没问题，那就可以进行下一步的编程了。4、 机械手与PLC通讯系统的编程4.1 机械手的编程既然到了编程，我们就有必要回到回顾一下第二章的2.3的系统工作流程了，因为我们

16、的编程必须一步步的根据流程来。其流程图如下图所示：图4-1 机械手编程流程图首先，机械手等待PLC给的运动到工件那里的输入信号01，当输入信号01为ON的时候机械手开始运动到工件的位置，到了位置后输出输出信号01=ON给PLC，然后再次等待PLC给的把工件搬运到工件台的输入信号02，当输入信号02为ON的时候机械手便把工件搬到工件台，到了工件台后输出一个到位的输出信号02=ON，最后等待PLC给机械手的回到原点的输入信号03，当输入信号03为ON时机械手就回到原来的位置。下面我就把示教器上编号的程序拿出来分析。表4-1 机械手程序示意表行点位命令解释续表0000NOP开始00010001MOV

17、J VJ=40.00位置1（原点）0002WAIT IN#(01)=ON等待PLC给的输入信号IN01=ON00030002MOVJ VJ=40.00位置200040003MOVL V=200.00位置3（工件的位置）0005DOUT OT#(01)=ON输出到位信号OUT01=ON给PLC0006WAIT IN#(02)=ON等待PLC给的输入信号IN02=ON00070004MOVL V=200.00位置400080005MOVJ VJ=40.00位置500090006MOVJ VJ=40.00位置600100007MOVJ VJ=40.00位置700110008MOVL V=200.00

18、位置8（工件台）0012DOUT OT#(02)=ON输出到位信号OUT02=ON给PLC0013WAIT IN#(03)=ON等待PLC给的复位信号IN03=ON00140009MOVL V=200.00位置900150010MOVJ VJ=40.00位置10（原点）0016DOUT OT#(03=ON)输出到位信号OUT03=ON给PLC0017END结束这么解释下来，其实机械手的编程还是挺简单的，也就是一步步的插点，然后到了哪一步该发出什么信号或是做其他的什么都只需在这点后面直接插入相应的命令即可。通过上网查资料后，我了解到，其实目前市场上一些主流的机械手的编程方式都是大同小异的插点编程

19、，而且就连点的插补也都有关节、直线、圆弧、曲线的四大方式。4.2 PLC的编程既然到了PLC的编程就必须用到上文中提到的USB-FBS-232PO电脑与PLC的连接线缆。购买这根线缆的时候附赠了线缆的使用光盘，通过阅读里面的相关信息，安装好了相应的驱动。永宏的PLC编程软件早已经在电脑上饥渴难耐了，接下来就是测试PLC和电脑到底能不能通讯成功。我先是将PLC与电脑连好，然后在编程软件上写了一段程序，然后把PLC通电，通电后把程序导入到PLC里。发现PLC与电脑通讯没问题，通过强制输出PLC也有相应的输出信号。所以通讯是没问题了。接下来是它的编程，同样的，还是先回到第二章的2.3看看系统工作流程

20、并且把流程还是以流程图的形式展现出来。图4-2 PLC编程流程图IN11:传感器给PLC有工件的输入信号；IN12:传感器检测气爪张开的输入信号；IN13:机械手到位后给PLC的输入信号；IN14:传感器检测到气爪闭合的输入信号；IN15:机械手搬完工件给PLC的输入信号；IN16:机械手回到原点的输入信号。OUT11: PLC控制气爪张开的输出信号；OUT12: PLC给机械手运动到工件位置的输出信号；OUT13:PLC控制气爪闭合的输出信号；OUT14:PLC给机械手开始搬运工件的输出信号；OUT15:PLC给机械手回到工作原点的输出信号。 可以发现，PLC的流程图跟机械手的大不相同。这是

21、因为，机械手的编程是从上往下一步一步的运行过来的，而PLC的是可以先运行下面的，在运行上面的，还可以同时运行。这主要取决于PLC的是梯形图的编程方式，而机械手不是。下面是我编的程序梯形图:图4-3 PLC程序梯形图程序编完后，感觉这程序有点单调，总觉得有点问题。再三思考后发现，当初始状态时，气爪是闭合的，也就是X4起初是闭合状态，所以曾考虑过PLC直接输出Y4会不会造成机械手直接进行搬运的程序。但后来又发现其实根本不会发生这样的问题，因为机械手的运行方式决定了不先有前面的输出信号Y2的话程序是运行不到下面的。所以这个问题是我多虑了。那么就可以将程序传到PLC里，开始将整个小型工作站试运行看看效

22、果，如果有什么不对或错误的地方等待进一步的改进。5、 机械手与PLC通讯系统的试运行及整体分析5.1 试运行把机械手通电，然后根据示教器上的要求按住和放开背面的使能开关，并把PLC也上电，检查一切装置后，并没有发现问题。我们就可以开始把机械手转到再现模式，然后按下示教器上面的绿色启动按钮。发现没有任何的动作，一切正常。于是我拿一个工件放在光电传感器前面的一个固定台上，放好后可以立即看到机械手已经开始朝工件的位置运行。到位后，夹爪立马夹住了工件并开始搬运，搬运到工件台后，也就立马的放开了并回到了工作原点。5.2 整体的分析及改进根据上面的结果描述，可以很明显的分析出这个系统的优点及缺点。下面我就

23、简要的说明下这个系统的优缺点。优点：1 系统反应速度快。系统之间的信号传输快，反应也快；2 系统整体简单，易懂易操作，即使出现错误也容易分析原因；3 系统的扩展性高，机械手还可以接外部启动、外部暂停、外部急停，PLC还可以接扩展的I/O输入输出。缺点:1. 系统反应过快，机械手到位后就立马夹取或扔下工件容易损坏工件。2. 系统过于简单，没有外部控制装置，感觉系统单调。3. 程序缺少循环的命令，搬一次工件要按一次示教器上的启动按钮才能搬下一次。改进：1.在机械手的程序里的两个到位信号的输出前面分别插入一个短暂的延时命令TIMER T=0.2;2.在机械手的程序里面的开始命令后加一个跳转标签命令*

24、L，然后结束命令前面加一个跳转的命令JUMP *L。即程序运行完一次后不会运行到END的命令而会跳转回到初始位置的标签*L的位置；3.系统缺少外部的控制方式，我们就接几个外部的控制。接一些外部控制的按钮还需要重新焊一个50针的插头，其接线图见附录2。焊线凡是跟前面的焊信号线的方式一样。不过接了外部控制的那些的话，就需要额外的设备和工具了。其中包括了启动按钮、停止按钮、急停按钮等。结论 工业机器人自60年代问世以来，经过了40多年的发展。己广泛用于各个土业领域，成为制造业生产自动化中主要的机电一体化设备，基于PLC控制的工业机器人，关节驱动采用交流伺服驱动系统，其控制器采用PLC。本文分析了工 业机器人的结构，提出PLC控制和交流伺服控制的优势，对控制系统进行了设计，最终实现了基于PLC的工业机器人系统的运动控制。机械手与PLC通讯系统的研究主要取得了如下结果:（1）机械手与PLC通讯系统分析了工业机器人的结构和设计要求，完成了基于PLC控制的上业机器人的结构设计。（2）控制器是工业机器人的核心部分，在全面分析了工业机器人控制器的基础上确定采用PLC作为本课题中工业机器人