基于PLC的搬运机械手控制系统设计

基于PLC的搬运机械手控制系统设计112摘要随着工业自动化的普及和进展，操纵器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐步普及，要紧在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或物资装卸调运，能够更好的节约能源和提升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，满足现代经济进展的要求。本机械手的机械结构要紧是曲轴在两条生产线之间搬运任务的搬运机械手操纵系统进行设计。采纳了电气一体化的设计方案，使用带自锁功能的气缸实现了机械手对工件的抓放和保证了在断气状态下机械手状态的保持，通过伺服电机来实现机械手在水平、竖直方向快速精确的移动。采纳SIEMENS公司的SIMATICS7-200系列PLC作为核心操纵器,外扩定位模块EM253模块对伺服电机进行精确的定位操纵，从硬件和软件两个方面进行设计，完成了PLC在搬运机械手中硬件连接，I/O点分配和应用程序的设计，实现了机械手的上电初始化、零点复位、故障报警、手动运行、半自动运行和在无人看管时的自动运行。最终达到设计要求，完成搬运目的。关键词搬运机械手定位模块EM2253操纵系统可编程PLCSIMATICS7-200系列PLC核心操纵器。目录目录11引言1搬运机械手的应用简况1TOC\o"1-5"\h\z机械手的应用意义22系统设计2系统结构及流程2系统要紧部件选择4气缸的选择4阀门的选择4行程开关的选择4接近开关的选择4驱动电机的选择53操纵系统的硬件设计5操纵系统功能6操纵系统硬件结构6位控模块7操纵系统硬件结构7操作面板的设计8PLC系统设计9PLC的I/O分配表9PLC的I/O接线图10TOC\o"1-5"\h\z运动操纵系统的实现10操纵系统电路设计124系统软件的设计与实现13系统工作方式13程序设计14主程序设计14初始化子程序设计14复位子程序设计14报警子程序设计15手动运行子程序设计15半自动运行子程序16自动子程序设计165终止语16致谢17参考文献18附录1系统配件清单19附录2程序清单201引言搬运机械手的应用简况在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效方法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要方法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时刻仅占零件生产时刻的5%。从那个地点可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手确实是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。国内外机械工业、铁路部门中搬运机械手要紧应用于以下几方面：(1)热加工方面的应用热加工是高温、危险的笨重体力劳动，专门久以来就要求实现自动化。为了提升工作效率，和确保工人的人身安全，专门关于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采纳机械手操作。(2)冷加工方面的应用冷加工方面机械手要紧用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序操纵、数字操纵等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。(3)拆修装方面拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的进展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采纳机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提升了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，

可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提升喷漆的质量和效率。近些年，随着运算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手差不多成为工业生产中提升劳动生产率的重要因素。机械手的应用意义由于工业自动化的全面进展和科学技术的持续提升，对工作效率的提升迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其进展过程中的重要产物之一，它不仅提升了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，能够讲是一举两得。在机械行业W，1fB1越来越广泛的得到应用,.，气体压力传感器它可"于零部件的组装，■加工工件的W床、w咨机床位使用更为普遍。目前和柔性制造单北fmc中一个重岁!平一个柔性加工索统坎柔性制造手，必够节约庞大的工件输送装置，结构造、万装邳^1专门是在自动化数控机产机械手已进展成为柔性制造系统部分。把机床设备和机械手共同构成fms紧凑，而且习惯性专门强。但.，气体压力传感器它可"于零部件的组装，■加工工件的W床、w咨机床位使用更为普遍。目前和柔性制造单北fmc中一个重岁!平一个柔性加工索统坎柔性制造手，必够节约庞大的工件输送装置，结构造、万装邳^1专门是在自动化数控机产机械手已进展成为柔性制造系统部分。把机床设备和机械手共同构成fms紧凑，而且习惯性专门强。但0前我二）行程开关BG3司的工业机械手寸接近开关BG11港总工程应用的水平和国外比还有一定的距离,应用柑蜀和产业必X3和，机械手的研究和开发直截了当阻碍到我国机械行业料架1技术上考虑差不多上十分必意义。“肉夕经高、身，因此，进行机械手的研究设计具接近开关BG102000mm2系统设计2.1系统结构及流程本课题的确塞耍紧是将摩哲〉评台如用机特曲轴从一个自动生产线瘢二nI Lj运到另一个自动生产线的操纵系统。伺服电用生产线的布置和具体位置参数如图 2-1所示:行程开招程开关 行程开关BG4BG5 BG6图2-1机械系统整体布局示意图机械手要紧由手部、腕部、升降部、滑动部、机座和操纵箱，以及其它附件组成。其中手部为四指结构，其运动由具有自锁功能的夹紧气缸完成；升降部以导轨为导向装置，具运动由伺服电机驱动丝杠来完成；滑动部也是以导轨为导向装置，具运动由伺服电机驱动齿轮在齿条上滚动来完成。PLC和有关操纵器件安装于操纵箱内，通过电缆和信号线与机械手进行联接。机械手的定位采纳脉冲数来操纵，升降运动和滑动都有快慢速调整，调整位置也由脉冲数来操纵，而速度由脉冲频率调整。在料架1和料架2上分别安装接近开关，进行生产线上有无工件的检测，满足在料架1有工件时机械手才进行下降和抓取，料架2上无工件时机械手才下降放下工件。机械手还满足在断气和掉电时能够自锁，保持当前的状态。系统上电后机械手开始初始化，初始化完毕后选择工作方式，分别为手动模式，半自动模式，自动模式。手动模式工作下，操作员能够通过操纵面板操纵机械手的单步运动和零点复位，能够在机械手故障时进行检修。半自动工作方式下，只要操作员选择半自动工作方式，然后按下启动按钮，机械手第一会零点复位，然后检查料架1有工件，机械手下降抓取工件，上升前进，检测料架2上无工件机械手下降放下工件，返回原点，一个周期的动作完成，机械手停机。自动方式开始工作下，按下启动按钮，两台伺服电机通电，滑台、升降台、气缸等回到原位，气压表显示正常。机械手运动到上、左原点位。当检测到料架1上有工件时，电机1反转，升降台快速下降，达到一定脉冲数后减速，到达下工位2时，电机1停转；气缸伸出夹紧工件，当气缸压力到达一定程度时压力传感器得电表明工件夹紧；电机1正转，升降台先快速上升，达到一定脉冲数后时减速，当到达上原点时，电机1停转，升降台停止；电机2反转，滑台快速前进，达到一定脉冲数后滑台减速，到达右工位时电机2停止；当检测到生产线2无工件时，电机1反转，升降台快速下降，达到一定脉冲数后减速，到达下工位1时电机1停转；气缸缩回放开工件，压力传感器失电表明工件已松开；电机1正转，升降台上升，先快速后慢速，当到达上原点时电机1停转，升降台停止；电机2I到达下降2工位机械臂慢速上升机械臂快速上升I到达下降2工位机械臂慢速上升机械臂快速上升气缸伸出正转由丽病物工艺流程如图2-2所示。2.2机篇表紧部件选R气缸回缩立置F电机-・2_得止。一个工作流程终止。机械手的机器人驱动系统的设计往往要受到作业环境条件的限制，同——――^—「到达下降i工位时还要榭挑姆强国的阻碍以及所能用到的技术水平。驱动元件是伺服系,它的作用是把驱动操纵线路的电统的重匿心就?，是系即僦,它的作用是把驱动操纵线路的电能、动态特性、运动精度等信号转换为机但运动。整*伺唧系统谕调速性均与驱纳僦住gg密|关系购管用钠躯动方式要紧有液压驱动、电气压驱动能、动态特性、运动精度等日,机驾膏噜和驱动类鞭的特点厢机则结构设计与传动类型的选择。本伺服电机驱动厂手部的开合采纳气缸驱动

i伺服电机驱动厂手部的开合采纳气缸驱动

i及图2-2机械手工艺流程图气缸的选择夹紧装置是使手爪开、闭动作的动力装置。按照机械手部的夹紧力和手部张开后指尖距离，选用FESTO公司生产的两端带有终端可调缓冲装置的SNU-50-100-PPV-A型双作用气缸。并配有夹紧装置和行程开关。如图2-3所不为气缸。活塞直径D=550mm,活塞杆直径d=116mm,行程长度L=100mm,驱动压力p=6bar=6x105Pa阀门的选择阀门是为气缸提供的，气缸配备两个一位单通阀门，为了保证在断气的状态下不阻碍气缸内部的气压，因此选用气开阀，按照体会选用SMC公司的VZ110气开阀。行程开关的选择行程开关选用施耐德公司XCRA15型号的行程开关接近开关的选择为了提升系统的可靠性和动作执行的准确性，选择OMRON公司的E2E-X5ME2型接近开关。它的具体参数如下：

(1)检测距离：5mm(2)电源电压：DC12〜24V(3)消耗电流：小于13mA(4)检测物体：磁性物体响应中癞?方摞J|响应中癞?方摞J|网去接:妈如0.3~1ms +NPNW出dc图2-4所示。图2-4接近开关接线图E2E-X5ME2型接近开关为三线的NPN输出型开关，输出三线分别为棕线、黑线、蓝线，其中在棕线和黑线之间接负载，本系统中棕线接在PLC的24V电源正极，蓝线接在输入端点上。驱动电机的选择直流伺服电机由于存在机械换向器和电刷，降低了电机运行的可靠性，加重了爱护和保养负担。而交流异步电机尽管结构简单、成本低廉、无电刷磨损、修理方便，但调速咨询题一直没有得到经济合理的解决。近十年来，由于调频等调速方法进展专门快，使其调速范畴和成本与宽调速直流伺服电机接近，因此，交流伺服电机以其优良的操纵性能和高可靠性在数控系统中得到了越来越广泛的应用。为了方便设计和修理，升降电机与水平移动电机选用同一型号，按照体会选用松下公司MinasA4系列全数字式交流伺服电机和驱动器。电机型号：PanasonicMDMA152P1U(其中惯量，1.5KW,200V,增量式编码器，标准型，键轴，有制动器)。驱动器型号：MDDDT5540。额定转矩：T额7.15Nm,最大转矩：〜*21.5Nm,额定转速：V额2000rpm,最大转速：Vmax3000rpm,电机惯量：J电机12.310-4kgm2,脉冲数：2500p/r,辨论率：10000,线数：5。的硬件设计操纵系统是工业机器人的重要组成部分，它的机能就像人的神经中枢，是保证机械手在搬运过程中安全可靠有用的关键，也是提升搬运效率、延长机械手使用寿命、降低故障率的重要环节。作为指导机械手按要求合理动作的指挥机构，它的设计是机械手设计中的核心和基础，决定了机械手的操纵性能的好坏。操纵系统功能操纵是机器人技术中的一个关键咨询题，而操纵系统的性能则是机器人进展水平一个重要标志。本课题研究的机械手的操纵特点。(1)自由度少，本机械手只有三个自由度，分别由两个伺服系统和一个气动系统进行操纵。(2)任务简单，本机械手的工作任务是抓紧工件，并按要求进行平面点位运动，无需进行复杂的轨迹运算、坐标变换以及矩阵函数的逆运算等。(3)变量少，数学模型简单。只需要简单的机械自习惯，无需使用前馈、补偿、解耦等复杂操纵技术。本课题操纵系统要紧是实现以下几个操纵功能：(1)伺服操纵功能。该功能要紧是指机械手的运动操纵，实现机械手的位置、速度和加速度操纵等。(2)气动操纵功能。该功能要紧是指手部抓放的运动操纵，实现手部的开合和自锁等。(3)手动操纵功能。该功能要紧是操作员能够对机械手进行单步的操作操纵，实现机械手的检测和故障修复功能。(4)信息交换功能。该功能要紧是指在生产线中机械手要与两个生产线或其它自动化操纵系统进行信息交换、资源共享和和谐工作等。操纵系统硬件结构机器人操纵系统硬件结构要围绕着如何更好地实现机器人的操纵功能而设计和选择。以操纵器的核心运算机的分布方式来看，机器人操纵系统硬件结构大体可分为集中操纵、主从操纵、分级操纵等三类。本机械手要紧采纳集中操纵方式进行操纵。在核心操纵器的选择上能够有多种方案，目前在机电一体化设计中要紧有三种：单片机、工业操纵运算机、可编程操纵器(PLC)。随着运算机系统的持续进展，也显现了运动操纵卡和逻辑操纵器等新型操纵硬件。考虑到操纵功能简单、操纵逻辑复杂，通过各方面分析比较，本课题采纳西门子S7-200PLC作为操纵器，并配有相应的操纵模块，来实现整个机械手的操纵功能。位控模块现代可编程操纵器一样都有位置操纵功能，因此一样都配有位置操纵模块单元，也称定位单元。EM253位控模块是S7-200的专门功能模块，能够产生脉冲串，用于步进电机和伺服电机的速度和位置的开环操纵。它与S7-200通过扩展的I/O总线通讯，带有八个数字输出，作为智能模块显现在I/O组态中。位控模块能够产生移动操纵所需的脉冲串，其组态储备在S7-200的V储备区中。位控模块可提供单轴开环移动操纵所需要的功能和性能，位控模块的特性如下：(1)提供高速操纵从每秒12个脉冲至每秒200000个脉冲；(2)支持急停S曲线或线性的加速减速功能；(3)提供可组态的测量系统，既能够使用工程单位(如英寸或厘米)也能够使用脉冲数；(4)提供可组态的backlash补偿；(5)支持绝对、相对和手动的位控方式；(6)提供连续操作；(7)提供多达25组的移动包络Profile,每组最多可有4种速度;(8)提供4种不同的参考点查找模式，每种模式都可对起始的查找方向和最终的接近方向进行选择；(9)提供可拆御的现场接线端子便于安装和拆御。3.2.3操纵系统硬件结构本文所研究的机器人为两轴运动机械手，核心操纵器由PLC及I/O模块和位控模块EM253组成，升降及水平移动由两台伺服电机驱动，手

控制囿板EMEM253|_^伺服驱动器T升降伺服电机部的抓放”空各类信号由操纵面板和生产线输入。伺服电机配有驱动器;通过位控模控制囿板EMEM253|_^伺服驱动器T升降伺服电机部的抓放”空各类信号由操纵面板和生产线输入。伺服电机配有驱动器;通过位控模块来宾成M253>4<，付版般廊(申第用"短懂Wl进行操纵d程部悌的运动腰身67琛0中进行限位,并配有极限行程开关作为极限爱护装置？机械手的操名|料架2接近开关—―人系绩硼谕利那邮取工3-1惭示图3-1操纵系统硬件结构图本系统要紧由PLC主控单元、伺服驱动器、继电器、各类传感器和操纵面板等组成。主操纵单元采纳模块式结构，各功能模块独立封装，安装在机架和导轨上，它由PLC模块、I/O模块、两个位控模块和触摸终端组成，各模块之间通过PLC专用电缆联接，操纵面板与PLC之间采纳专用信号电缆联接。3.3操作面板的设计按照工件生产和搬运的特点和操纵要求，机械手的操纵按钮和指示灯分布如图3-2所示。图中的按钮与选择器的功能大部分由数控系统来实现。(1)急停按钮在机械手工作过程中，当显现抓取不牢、搬运不稳、下放不到位、冲击过大或运动时超过极限位置以及其它专门现象而不得不停止工作时，按下急停按钮，使所有运动停止，并保持原先状态，直至重新启动系统。能够减少和幸免事故，减少因故障引起的缺失。(2)电源开关在机械手工作前，第一要打开电源开关，给PLC、驱动器、伺服电机及照明设施供电，触摸终端由PLC进行供电，为系统启动做预备。在机械手工作完成后，将电源开关打到“关”的状态，将PLC、驱动器、伺服电机及照明设施与电源切断，爱护机械手系统的安全。(3)工作模式选择开关

当正常生产时将机械手调到自动模式，机械手会自动运行。当机械手显现故障或者显现报警时能够将机械手调到手动模式，机械手可通过点动调整。(4)启动按钮f当系统上景州铲处于自动模式下，按下启动按钮，机械手开始按照指令进行搬运操作。电源开关自动开快斌灯/用箭啸炉自动当到安装完成在A腕生产线连接前，要对系统的工作情形进行试验。复相在，要替初此按简寸所有卡时灯进行检测，保证与生产线连接后的工作安全。系统在工作过程中由于某种缘故显现报警，当故障排除后，需按此慌对报警薛行清除荚产证系*续正常工作。：(6)±t?下降、一前进、后退、夹紧、松开按钮要紧是在调试或排除故用以及其每露聚进恁得城秘方机灯对机械手进行手动操作。◎7)复磁钮06急停上升指肖原僦做完成或确障排除存打需要将机械手返回到工作原点时,按动此区铝。®®®急停试灯/报警消除图3-2操作面板示意图PLC系统设计按照系统分析选择用“CPU226AC/DC/继电器24输入/16继电器输出”型PLC,同时，考虑到I/O端的分组情形以及隔离与接地要求，增加10%-20%的裕量。另配一个EM22324VDC数字组合8输入/8输出的扩展模块和两个EM253位控模块。PLC的I/O分配表本操纵系统的PLC的输入、输出点数的确定是按照操纵系统设计要求和所需操纵的现场设备数量加以确定PLC的输入端口包括自动循环工作按钮、点动按钮、总停按钮等，还包括电动机的热爱护继电器输入，外接电路电磁阀的输入点，伺服驱动器的输入等。PLC的输出端口包括运行指示灯、继电器、外部接口、伺服电机接口、EM253输入等。PLC输入、输出分配表如表1所示。PLC的I/O接线图PLC的I/O接线图如图3-3所示。PLC的输入接口I0.0~I1.5为操作面板的输入按钮信号输入点，I1.6~I2.3为行程开关的输入信号输入点，I2.4、I2.5为两个料架上接近开关的信号输入点，I2.6、I2.7为伺服驱动器的报警输入点，I3.0、I3.1为伺服电机定位完成的信号输入点。PLC的输出点Q0.0~Q0.6为各种灯信号的输出，Q0.7~Q1.4输出给外部的信号，来确定机械手当前的状态，Q1.5~Q1.7输出至伺服驱动器操纵伺服电机的电源通、伺服的报警，Q2.0~Q2.3输出至定位模块来操纵伺服电机的运行停止，Q2.4、Q2.5接通至气缸操纵阀操纵气缸的伸缩。运动操纵系统的实现西门子S7-226继电器输出型PLC数字信号通过光电耦合器隔离输入、输出，大大提升了抗干扰能力。本系统中，为了防止电源共地干扰，现场信号都通过继电器隔离输出，而操作面板上信号则直截了当接入PLC的I/O口。运动操纵系统由伺服操纵系统和PLC及EM253运动模块构成。伺服驱动器有电源输入接口（X1）,电机接口（X2）,RS485接口（X3）,RS232接口（X4）,I/O接口（X5）,旋转编码器接口（X6）,外置光栅接口（X7）等7个接口。本系统中只用到了X1,X2,X5,X6等四个接口，X1、X2、X6等接口线数少，而且供应商差不多做好，直截了当接入电机即电源相应接口中即可。而I/O接口（X5）则需要自定义。伺服驱动器X5的I/O接口如图3-4所示。EM253与标准驱动器的接线图如图3-5所示。垂直运动的伺服驱动器与EM253接线图如图3-6所示，机械手的升降/平移正负极限开关分别接到相应EM253的LM+、LM-接口处和伺服驱动器的CCWL、CWL接口，原点开关接到相应EM253的RPS（参考点开关）处。伺服驱动器的输入口—伺服使能（SRV-ON）、报警清除（A-CLR）和输出口—伺服报警（ALM）、定位完成（COIN）与PLC相应接口连接。伺服驱动器中提供了两组脉冲指令输入接口，一种为差分电路专用的脉冲串接口，一种为一般的脉冲串指令接口，为提升信号传输的可靠性，利用伺服驱动器的差分电路专用脉冲串接口从EM253接出脉冲信号。表1PLC的I/O地址分配表输入点分配输出点分配地址电气元件功能讲明地址电气兀件功能讲明I0.0SF1启动按钮Q0.0PG1报警灯I0.1SF2伺服报警清除Q0.1PG2上升指示灯I0.2SF3原点复位Q0.2PG3下降指示灯I0.3SF4-1自动工作方式Q0.3PG4前进指示灯I0.4SF4-2手动工作方式Q0.4PG5后退指示灯I0.5SF4-3半自动工作方式Q0.5PG6夹紧指示灯I0.6SF5机械手上升Q0.6PG7松开指示灯I0.7SF6机械手下降Q0.7KF1上升完成I1.0SF7机械手前进Q1.0KF2下降完成I1.1SF8机械手后退Q1.1KF3前进完成I1.2SF9机械手夹紧Q1.2KF4后退完成I1.3SF10机械手松开Q1.3KF5加紧完成I1.4SF11专门停止Q1.4KF6松开完成I1.5SF12停止Q1.5KF7伺服1电源接通

前进极限BG6/ 2.3料架1有工伸: BG10I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4:VDt]I2.5I2.6I2.7I3.0I3.1伺服BG2G428BGb^l32BG6KF9-DC317BG1成9伺眼KF135q1M34KF27pgpLqi36KF*——392蕈38・11.1012COPULS1INH况降雇F2SRV-ON板GAIN/TL-SETD麻退极24VDC VS-SET原24CDMODE

~A-CL妙KF3科CWL前进极限BG6/ 2.3料架1有工伸: BG10I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4:VDt]I2.5I2.6I2.7I3.0I3.1伺服BG2G428BGb^l32BG6KF9-DC317BG1成9伺眼KF135q1M34KF27pgpLqi36KF*——392蕈38・11.1012COPULS1INH况降雇F2SRV-ON板GAIN/TL-SETD麻退极24VDC VS-SET原24CDMODE

~A-CL妙KF3科CWL1有KF4ML2无SSHAlM+23席的定COIN+硒N2定BRK-OFF+BRK-OFF-的I/O配ZSPPULS2Q146SIGN1Q157SIGN2q

GND-24VKF句20VAC警解除n'dlustrialDeviWcorp：伺服1停止SIGNH1cinasA4QSIGNH2 QGNDJOA+QOA-OB+MVDCl+ti.0P0^1P1.2^-KF伺服2停止24VD夹KF11KFcL+寸,伺服升sTH1运材■2■运行F10DVC'.61金-X5,端L置图OZ-GNDCZSPR/TRQRGNDCCWTL242514P15GND妾口WlKSP5P0+.6.7P0-KF1P1+P1-2533MLMT+।-tMT-1停止■2■停止,工件工件一+2BG24DVCBG1BG3IMCNI/F]IM图3-5定位模块em253与标准驱动器接线图3-6伺服驱动器与定位模块EM253接线图操纵系统电路设计操纵系统电路要紧用来操纵两台伺服电机、PLC、变压器以及外围设备等，操纵系统电源电路接线如图3-7所示电源电路要紧给两台伺服电机，伺服驱动器和PLC操纵器供电，系统采纳的是380V交流电的输入，而伺服电机所用的电压为三相220V交流电，通过变压器将电压降为220V接至伺服操纵器的电源输入端，再通过电源将220V的三相电压转换为24V直流电给PLC模块和伺服驱动器的操纵系统供电。

端6器

接口rS232端6器

接口rS232通阕接讯口M2图3-7操纵系统电源电路图4系统软件的设计与实现系统工作方式该机械手的工作方式有四种，分别为找原点、自动、手动和半自动。复位操作要紧用于在工作开始前或故障排除后，要将机械手的各个部位移动至原位，同时也是各部件运动的基准。自动工作方式是机械手接收生产线指令，通过总操纵台的操纵进行生产作业。操纵面板上工作方式选择开关处于“自动”位时，系统处于联线状态，只同意来自自动生产线上的指令信号。手动工作方式要紧是用于总操纵台显现故障、调试或其它需要手动操作。处于“手动”位时，系统处于离线状态，不同意自动生产线上的信号，只接收操纵面板上的指令信号。处于手动状态，且各部位处于原位,各电机处于停止状态时，按下操纵面板上的上升、下降、前进、后退、夹

紧、松开按钮时进行相应动作，再次按下相应按钮则停止动作。现在，除急停信号外，其他输入信号无效。半自动工作方式应用较少，要紧用于故障整修时为了与主操纵台分离，而还要通过自动来完成试操作的场合，因此半自动方式也是不可缺少的。处于“半自动”位时，不同意自动生产线上的操纵信号，只接收两生产线上有无工件的检测信号。处于此方式，且各部位处于原位，各电机处于停止状态时，按下操纵面板上的启动按钮，可进入单循环操作，现在,除急停信号和检测信号外，其他输入信号无效，一个工作循环完成后，自动退出单循环状态。程序设计主程序设计机械手的操统戳坳为主程序和6机械手的操统戳坳为主程序和6个子程序。出于可靠性考虑关于有安全要求的地点使掰瓣接继电器和开关，其余用纳于有安全要求的地点使掰瓣接继电器和开关，其余用纳STEP7MicroWN瀛破牛进行程序梯形图的编制PLC内部继电器。采按照要求设计出搬运机械手的初—操纵的!1主E运机械手的初—操纵的!1主E邛体架构’主程序中要紧设定工作状态，如找原点、自t态、半自动状态、手动状态等。初次上电时,调用坪程序，笑躲柩盟成后,如果是初次上电或处于自动状态则机械,手复位。报警子程序图4-1主程序框图422T创始化子程序设计匚谴凹程序用来完成系统参数的初始化工作，PLC首次上电时执行城始伏^程序。,系统各状态位置位传统首次上电后等待30秒开始将系统的各状态位置位，清零步进脉象位笄翳是通翟块赋初始值。初始化子程序框图如图4-2所示。'：返/：'图4-2初始化子程序框图复位子程序设计

,■复位子程序入口.舟阳翎翦掰干成机械手回复原点动作的程序，当机械手处于手动状态”不论机械手处于何种工位,按下复位按钮开始调用复位子程序，机I伺服2止方向找零点里完成帝4位动作1_二＞I伺服2止方向找零点里完成帝4位动作1_二＞机I同AT复位图4产统复位子程序框厮POSORSEEK机械手在查找原点是调用S7-2010.2京阕机械于在查核原点时例外洞服电机0PLC定位模块EM253的回零子程部正转，沿正方向查找。EM253回枣子程序梯形图如图4-4所示:DonaEg-M4.3-VB6B图4-4伺服电机运行回零子程序梯形图报警子程序设计报警子程序则用来完成故障显示和初步诊断功能，当机械手运动超出上下左右极限、在运动过程中机械手松开则自动调用此程序。当故障解除后，按下报警解除按钮则报警排除。手动运行子程序设计手动子程序用于操纵机械手与生产线断开通信后的单步动作，通过操纵面板上的选择知关进行机械手工作方式选择,通过操纵面板上的按公端配4且各部位处于原位，各电机处于停止进行相聃次胺\\按衽则降、前进、后退、夹紧、松开按钮时亭止动作。现在，除急停信号外，其进行相聃次胺\\按衽则降、前进、后退、夹紧、松开按钮时亭止动作。现在，除急停信号外，其他输他言行评球反添翁弄劭子蠲用爆图如图4-5所示。和啸1将率转转转12.4120圈咻5于动运行于程存框图|/| 梃械手在运动时靠伺服电机驱动，伺服电机的正POSO_GOTOEN12.4120圈咻5于动运行于程存框图|/| 梃械手在运动时靠伺服电机驱动，伺服电机的正POSO_GOTOEN交转靠伺服定位模块

子程4-61机械手升降进退时调用定位模主/T手，实现伺服已固定的速度行驶固定的距离。• *-W504-r/K：114EM253的运行PV076-VD8CI到升降原点］机械卡前进L-何服2定位完成［

「自动子程序入口一F=r14sll—肖静平序4.2京机运行子程序梯形图籥凝而群仔月来操纵与生产线断开通信时的单循环连续动作，1峨礴册开关选择状态，通过启动按钮进行操作，当按下启।港法方向查找原点，到达原点后按照在自动工作方式统显现故博时不余律力LL半自动操作在一样使用中比较少用，要紧是在系系统半自动程序框图如图 4-7所示。F=r14sll—肖静平序4.2京机运行子程序梯形图籥凝而群仔月来操纵与生产线断开通信时的单循环连续动作，1峨礴册开关选择状态，通过启动按钮进行操作，当按下启।港法方向查找原点，到达原点后按照在自动工作方式统显现故博时不余律力LL半自动操作在一样使用中比较少用，要紧是在系系统半自动程序框图如图 4-7所示。图4Hl苗函宜行子程序框图4.2.7至即加喃予设唐岬槿唐（见附录）用于操纵与生产线连接通信时，接收生产线上隹序，否机械手下降方式，按犁厝劫网找原点，并检疝科^1:动4K自动子程序是机械手操纵系统最为重要的子程牛喉要紧使用自动工作方式。当系统上电后，选择自动工作；一系统会按照自动方式工作，机械手第一沿正方向查上是否有工件，当料架1上有工件后伺服1反转机2•^抓取工彳并等待2秒，伺服1正转回升降原点，伺服2械手耳ME否二〜」再反车4到趟前避怵后伺服1在反转下降到工位1,放下工件等待2秒机械手回原点前刷作,明白停机。系统自动子程序框图如图 4-8所示:图4-8自动运行子程序框图5终止语本文要紧从机械手的驱动系统、操纵系统等几个方面对曲轴搬运机械手进行了深入、详细、系统地研究。通过研究，实现了对生产线上有无工件的检测，实现了机械手的自动、半自动和手动操作功能，满足了降低劳动强度和提升生产效率的要求。在提升整个生产线的自动化水平以及柔性制造方面起到了不可替代的作用。在驱动系统设计方面，第一对机械手进行了简单的运动分析；然后对驱动系统进行了方案研究和细致的分析，完成了要紧驱动部件的选型。在操纵系统的设计方面。第一对机器人的操纵系统进行了分析，深入研究了操纵系统的硬件结构，绘制了硬件结构图；然后按照操作需要，设计了操纵面板，确定了接线方式并研究了运动操纵的实现方法；最后对PLC及其功能模块进行了选型，并对I/O接口进行了配置和对PLC程序、位控模块程序等进行了编制。本论文是在钞票伟红老师的亲切关怀和尽心指导下完成的，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和鼓舞着我。在此谨向钞票伟红老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的关心和支持，我才能克服一个一个的困难和疑咨询，直至本文的顺利完成。在论文马上完成之际，我的心情无法安静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的关心，在那个地点请同意我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，感谢你们！最后，再次对关怀、关心我的老师和同学表示衷心地感谢。参考文献.田淑珍.S7—200PLC原理及应用.北京：机械工业出版社，20094.王永华.现代电气操纵及PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009。.吉顺平.西门子PLC与工业网络技术[M].机械工业出版社，2008。.孙同景.PLC原理及工程应用[D].北京:机械工业出版社，2008。5.刘轩，王丽伟.机械手的PLC操纵[J].机床电器,2006,34-40附录1系统配件清单AA M0.1== Q0.2名称型号数量按钮NADWAYWAVE-1GS10变压器S11-M-100/10KV1电磁阀SMC公司VZ1102电源S-145-241定位模块EM2532断路器施耐德NSX100NMic2.240A4P4D3行程开关施耐德XCRA156急停按钮ANIUECLA156-11ZS1继电器欧姆龙G5V-19接近开关OMRON公司E2E-X5ME22CPU西门子6ES7216--2AD23--0XB01气缸FESTOSNU-50-100-PPV-A1输入/出模块EM2231伺服电机PanasonicMDMA152P1U2伺服驱动器MDDDT55402选择开关H30-21R2指示灯5W/24V7附录2程序清单主程序:OB1//启动系统TOC\o"1-5"\h\zLDI0.0ONM0.0ANI1.4ANI1.5=M0.0//系统初始化LDSM0.1CALLSBR0//试灯LDI0.1=Q0.0=Q0.1=Q0.3=Q0.4=Q0.5=Q0.6//上电后200ms延时接通伺服电源LDSM0.0LPSANQ1.5ANQ1.6TONT37,2LPPAT37SQ1.5,2//伺服电源接通后伺服报警清零输出点Q1.7产生一个300ms的清零脉冲信号LDQ1.5AQ1.6LPSEUSQ1.7,1LRDAQ1.7TONT33,30LPPAT33RQ1.7,1//伺服1位控模块0启动LDM0.0AA Q1.5Q2.0ANQ2.2L60.0LDI1.4I1.5Q2.2I1.6I2.0L63.7LDL60.0CALLSBR1,L63.7,M4.0,VB66,VD0,VD68,M3.0//伺服2位控模块0启动LDM0.0M0.1Q2.1ANQ2.3L60.0LDI1.4I1.5Q2.3I2.1I2.3L63.7LDL60.0CALLSBR12,L63.7,M4.1,VB67,VD4,VD72,M3.1//调用复位子程序LDI0.2I0.4Q1.6CALLSBR23//手动子程序刚开始调用时，步进脉冲数清零LDI0.4AM0.0LPSCALLSBR27EURQ2.2,2SQ2.0,2LPPMOVD0,VD118MOVD0,VD122MOVD0,VD110MOVD0,VD114//半自动程序刚开始调用时，步进脉冲数清零LDI0.5AM0.0LPSCALLSBR26EURQ2.2,2SQ2.0,2LPPTOC\o"1-5"\h\zMOVD0,VD118MOVD0,VD122MOVD0,VD110MOVD0,VD114//自动子程序LDM0.0AI0.3CALLSBR25EURQ2.2,2SQ2.0,2//报警处理LDSM0.0CALLSBR24//急停后，伺服停止，气缸保持TOC\o"1-5"\h\zLDI1.4SQ2.0,2SQ2.4,1RQ2.5,1初始化子程序：//伺服电源接通后延时30s系统初始化LDQ1.5AQ1.6LPSANM0.1TONT38,300LPPAT38SM0.1,1//首次上电或者回参考点状态时，状态位置位LDM0.1I0.3EUTOC\o"1-5"\h\zSQ2.1,2RM3.0,5RM4.0,10RQ2.2,2MOVB0,VB20MOVW0,VW16MOVW0,VW18MOVW0,VW12MOVW0,VW14RQ2.4,1SQ2.5,1Network3LDM0.1MOVD100000,VD500MOVD20000,VD504MOVD1000000,VD508MOVD50000,VD512复位子程序：Network1TOC\o"1-5"\h\zLDI0.2SM0.5,1//伺服1复位LDM0.5=L60.0LDI0.2=L63.7LDL60.0CALLSBR5,L63.7,M4.3,VB68//伺服2复位TOC\o"1-5"\h\zLDM0.5=L60.0LDM4.3=L63.7LDL60.0CALLSBR16,L63.7,M4.4,VB69//机械手爪松开LDM0.5SQ2.5,1RQ2.4,1//复位完成LDI2.2RM0.5,1RM4.3,2END_SUBROUTINE_BLOCK报警子程序：//伺服1报警LDI1.6OI2.0OI2.6ANQ1.7=M0.2//伺服2报警LDI2.1OI2.3OI2.7ANQ1.7M0.3//伺服运动过程中松开工件报警TOC\o"1-5"\h\zLDI0.6OI0.7OI1.0OI1.1AI0.4AI1.3=M0.4//报警灯显示LDM0.2OM0.3OM0.4=Q0.0自动子程序：//网络注释LDI0.0OM0.7SM0.6,1//伺服1复位LDI0.3=L60.0LDM0.6=L63.7LDL60.0CALLSBR5,L63.7,M4.5,VB70//伺服2复位LDI0.3L60.0

LDM4.5LDTOC\o"1-5"\h\z=L63.7LDL60.0CALLSBR16,L63.7,M4.6,VB71//参数复位LDI2.2RM0.6,1RM4.5,2//伺服1下降LDI0.3AI2.4ANI2.0=L60.0LDI2.2EU=L63.7LDL60.0CALLSBR3,L63.7,VD500,VD504,1,I1.4,M4.7,VB70,VD76,VD80//下降指示灯TOC\o"1-5"\h\zLDI2.2OQ1.0ANM4.7=Q0.2//伺服1下降完成LDI3.0ANT39=Q1.0//夹紧工件，等待2秒LDQ1.0SQ2.4,1RQ2.5,1ANT39TONT39,20//夹紧指7K灯LDI3.0OQ0.5ANQ2.5=Q0.5//夹紧完成TOC\o"1-5"\h\zLDT39ANQ2.5=Q1.3//伺服1上升LDI0.3ANI1.6=L60.0LDQ1.3=L63.7LDL60.0CALLSBR5,L63.7,M5.0,VB71//上升指示灯LDT39ONQ0.1ANM5.0ANI3.0=Q0.1//上升完成

LDI1.7LDTOC\o"1-5"\h\z=Q0.7//伺服2前进LDQ2.4ANI2.3=L60.0LDQ0.7=L63.7LDL60.0CALLSBR14,L63.7,VD508,VD512,1,I1.4,M5.1,VB72,VD84,VD88//前进指示灯LDQ0.7ONQ0.3ANM5.1ANI3.1=Q0