西门子PLC四站流水线机械手自动化控制系统设计方案

个人资料整理 仅限学习使用基于西门子 PLC的四站流水线机械手自动化控制系统设计摘要机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可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，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。而 PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。 PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体 ,专门为工业控制而设计 ,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点 ,因此在工业上的应用越来越广泛。纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和 PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择 PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。1.设计思路机械手的总体结构原理，机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及传感器等组成的。在PLC程序控制条件下，采用气压驱动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时要对机械手进行监视，当动作有错误时或发生故障时立即发出报警信号。检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使机构，以一定的精确度达到设定小车位置。机械手传送单元实际模型个人资料整理 仅限学习使用1- 机械手装置； 2-旋转传输装置； 3-输送小车；4-手动操作盘； 5-直流电源；6—电机驱动板板； 7-信号转换8-空气开关2.机械手的系统工作原理图：个人资料整理 仅限学习使用PLC控制系统驱动系统传感器（气压传动）执行机构转盘 机械手 小车夹手升降推拉立柱臂臂3.<1）执行机构：转盘：货物送到指定位置夹手：即与物体接触的地方升降臂：连接夹手与推拉臂，将物体进行升降推拉臂：将夹手拉回与推出立柱：机械手的基本部位，负责机械手的旋转小车：用来对货物的存放与运送<2）驱动系统机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有气压传动、升降和机械个人资料整理 仅限学习使用传动等四种形式。<3）控制系统有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支配着机械手规定的程序运动，并记忆人们给与机械手的指令信息 (如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间 >，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。<4）位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。本机械手传送单元的工作原理：机械手传送单元的工作原理：当将手操盘上“手动 /自动”切换开关从手动切换到自动，机械手传送单元转盘、小车、机械手自动复位， <需说明转盘上有四个承料块的托盘，一开始当托盘到达转盘定位位置时定位光电传感器响应，转盘停止运行，机械手正转到位以后停止，小车返回到初始状态停止） .<1）物料侦判传感器检测接收料块托盘上的状态，若接收料块托盘上无料块则转盘停止运行直到物料侦判传感器侦查到物料后转盘停止一段时间；接着转盘反方向转动 90度，并对定位光电传感器计数 1次，当物料侦判传感器再次侦查到物料时，转盘再次停止一段时间，接着转盘再次反方向转动 90度，并再次对定位光电传感器计数，当计数器计数为2次时，则计数满了，转盘停止运行一段时间，<2）以计数器 C1的指令作为推出机械臂的启动信号，机械臂推出到位时使机械臂下降，机械臂下降到位后使手指抓紧料块手指抓紧料块后使机械臂上升、机械臂收缩、机械手反转同时运行，由于机械臂的伸缩汽缸及升降汽缸各使用了一个磁开关来定位即机械臂伸出时受磁开关来定位，机械臂伸缩及下降时受磁开关来定位。但机械臂缩回和上升却没有磁开关来定位，故需借用编程软元件来实现定位， 确保机械臂上升的同时使机械臂缩回，机械臂缩回的同时使机械手反转 ；<3）机械手反转到位后，反转传感器使机械臂推出 ，机械臂推出到位后使机械臂下个人资料整理 仅限学习使用降，机械臂下降到位后则松开手指把料块放在小车上

，手指松开后，物体落入小车中，以手指的夹紧松开

<取下降沿）为计数器的计数，

<计数器为

C3）计数一次

<只有

C3计数

4次以后小车才会送出）<4）机械臂再次上升、收缩，正转，回复原来的位置以后，机械臂运行的计数两次切换为计数一次，即转盘反方向转一次，步骤从 <2）循环到<4）3次.<5）计数器C3计数3次，由于这时物料侦判传感器上无料了，为了让其再次行动，添加了一个计数器 C4以手指的夹紧松开 <取上升沿）为计数器的计数，只有计数 3次以后才能让无料的物料侦判传感器反方向转动 90度，然后继续 <2）到<3）动作，小车才会送出5.程序流程图：个人资料整理 仅限学习使用开始启动自动挡恢复各机械正确位置转盘到位机械手正转到位小车返回到位检测转盘是否有料，读取I2.1启动转盘Q2.1,转90度C1计数,停一段时间再次检测物料转盘是否有料，读取I2.1Y启动转盘Q2.1，转90度C1计数，光电传感器I2.0计数激活Y

推出机械手启动Q2.4至I2.4有效Y反转机械手启动Q2.2至I2.2有效缩回机械手释放Q2.4上升机械手释放Q2.5闭合机械手手指启动Q2,6推出机械手启动Q2.4至I2.4，下降机械手启动Q2.5至I2.5有效

下降机械手启动Q2.5至I0.5有效松开机械手N上升机械手手指释放释放Q2.5Q2.6Y计数4次小车送出货缩回机械手物启动Q3.0释放Q2.4至I2.7有效正转机械手启动Q2.2至I2,.2有效机械手原理图<详细）个人资料整理 仅限学习使用机械手接线图<详细）L30运行指示灯CK30切换ACK31切换MK30转盘正转K31转盘反转K32机械手正转K33机械手反转个人资料整理 仅限学习使用PLC控制系统设计根据本机械手传送单元的工作原理及其控制要求设计出了以

PLC

为控制单元的机械手传送单元。PLC的I/O分配输入信号表接线编号接线位置线路名称传感器名称DDI131I2.0S30-S转盘定位传感器DDI122I2.1S31-S转盘有料传感器DDI143II2.2S32-S机械手顺旋传感器DDI154I2.3S33-S机械手逆旋传感器DDI165I2.4S34-S机械臂推出传感器DDI176I2.5S35-S机械臂压下传感器DDI1267I2.6S36-S小车返回传感器DDI278I2.7S37-S小车送出传感器9A/N启用PLC的程序信号输出信号表接线编号接线位置信号名称线路名称驱动设备名称2DD0121Q2.1AD30转盘正转拖动电机2DD0143Q2.3AD32机械手正转电机2DD0154Q2.4AD33机械手反转电机1DD005Q2.5AD34机械臂推拉气缸1DD016Q2.6AD35机械臂升降气缸1DD027Q2.7AD36手指iDD098Q3.0AD37小车<送出）iDD0109Q3.1AD38小车<退回）个人资料整理 仅限学习使用2DD013 2 Q2.2 AD31 转盘反转拖动电机7.机械手相关参数介绍机械手的自由度每一个构件<即运动件）相对固定坐标系所具有的独立运动称为自由度。本机械手有六个自由度(手臂的三个自由度 >即手臂的伸缩、左右回转和升降运动 ,手指的夹放动作不能改变工件的位置和方位，故它不计为自由度数。本机械手传送单元的传感器信号与负载驱动1.传感器信号类型 :(1>本设备所选用各类传感器的供电源均为24VDC。输出驱动电路均为NPN型集电极开路形式。结构原理如图所示。(2>设备中气缸定位所使用的磁开关结构及使用原理如图所示注意:设备信号输出端均为灌电流驱动电路 ,严禁直接接入 24V+!信号的传输与使用信号直接输出 ,不敷出与 PLC输入端口相接。电平关系如图所示。个人资料整理 仅限学习使用3.负载的驱动模型装置上共有两类设备

(负载>。继电器和电磁阀

,工作时由

PLC

输出口直接驱动。电平关系如图所示。机械手接线图<详细）L30运行指示灯CK30切换ACK31切换MK30转盘正转K31转盘反转K32机械手正转K33机械手反转个人资料整理 仅限学习使用K34推拉手K35升降手K36手指张合K37小车出K38小车回PLCI\O分配点接线图B-0板4.PLC输入模块板1代表转盘定位传感器 S30-S2代表物料传感器 S31-S个人资料整理 仅限学习使用3代表机械手正转限位 S32-S4代表机械手反转限位 S33-S5代表机械手推出限位 S34-S6代表机械手下降限位 S35-S7小车返回限位 S36-S8小车送出限位 S37-S9代表自动手动换挡开关电源PLC24V电源开关电源个人资料整理 仅限学习使用PLC24V电源开关电源PLC24V电源个人资料整理 仅限学习使用开关电源PLC24V电源开关电源PLC24V电源BN板个人资料整理 仅限学习使用PLC手动输入模块1代表机械手推出开关2代表机械手下降开关3代表机械手夹紧开关开关电源PLC24V电源PLC继电器模块板DB-0板24V+为开关电源24-为PLC电源DB-1板个人资料整理 仅限学习使用个人资料整理 仅限学习使用PLC输出模块板1代表转盘正转 AD302代表转盘反转 AD313代表机械手正转 AD324代表机械手反转 AD335代表机械手推出 AD346代表机械手下降 AD357代表机械手夹紧 AD368代表小车返回 AD379代表小车送出 AD38BI板开关电源个人资料整理 仅限学习使用开关电源个人资料整理 仅限学习使用开关电源开关电源个人资料整理 仅限学习使用开关电源个人资料整理 仅限学习使用7.硬件调试调整好转盘、传感器、机械手、小车等高度与位置。使其机械手推出与降下夹手时正好能在转盘中夹取到货物与能将货物放入小车中。8.软件调试将所编写的梯形图程序进行编译，通过上下位机的连接电缆把程序下载到 PLC中。刚编好的程序难免有这样那样的缺陷或错误。为了及时发现和消除程序中的错误，减少系统现场调试的工作量，确保系统在各种正常和异常情况时都能做正确的响应，需要进行离线测试，既不将PLC的输出接到设备上。按照控制要求在指定输入端输入信号，观察输出指示灯的状态，若输出不符合要求，则查找原因，并排除之。9.整体调试将设备接入PLC，进行联机调试，看是否满足要求，如果不满足要求，可通过综合调整软件和硬件系统，直到满足要求为止。结论：个人资料整理 仅限学习使用纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来