基于plc的搬運機械手控制系統設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 電路電磁閥的輸入點，伺服驅動器的輸入等。 （2）PLC的輸出端口包括運行指示燈、繼電器、外部接口、伺服電機接口、EM253輸入等。 PLC輸入、輸出分配表如表1所示。 PLC的I/O接線圖 PLC的I/O接線圖如圖33所示。 ~，~，、。~，~，來確定機械手當前的狀態，~、伺服的報警，~，、。 運動控制系統的實現 西門子S7226繼電器輸出型PLC數字信號通過光電耦合器隔離輸入、輸出，大大提高了抗干擾能力。本系統中，為了防止電源共地干擾，現場信號都通過繼電器隔離輸出，而操作面板上信號則直接接入PLC的I/O口。 運動控制系統由伺服控制系統和PLC 及EM253運動模塊構成。伺服驅動器有電源輸入接口（X1），電機接口（X2），RS485接口（X3），RS232接口（X4），I/O接口（X5），旋轉編碼器接口（X6），外置光柵接口（X7）等7個接口。本系統中只用到了X1，X2，X5，X6等四個接口，XXX6等接口線數少，而且供應商已經做好，直接接入電機即電源相應接口中即可。而I/O接口（X5）則需要自定義。伺服驅動器X5的I/O接口如圖34所示。 EM253與標準驅動器的接線圖如圖35所示。 垂直運動的伺服驅動器與EM253接線圖如圖36所示，機械手的升降/平移正負極限開關分別接到相應EM253的LM+、LM接口處和伺服驅動器的CCWL、CWL接口，原點開關接到相應EM253的RPS（參考點開關）處。伺服驅動器的輸入口－伺服使能（SRVON）、報警清除（ACLR）和輸出口－伺服報警（ALM）、定位完成（COIN）與PLC相應接口連接。伺服驅動器中提供了兩組脈沖指令輸入接口，一種為差分電路專用的脈沖串接口，一種為普通的脈沖串指令接口，為提高信號傳輸的可靠性，利用伺服驅動器的差分電路專用脈沖串接口從EM253接出脈沖信號。表1 PLC的I/O地址分配表輸入點分配輸出點分配地址電氣元件功能說明地址電氣元件功能說明SF1啟動按鈕PG1報警燈SF2伺服報警清除PG2上升指示燈SF3原點復位PG3下降指示燈SF41自動工作方式PG4前進指示燈SF42手動工作方式PG5后退指示燈SF43半自動工作方式PG6夾緊指示燈SF5機械手上升PG7松開指示燈SF6機械手下降KF1上升完成SF7機械手前進KF2下降完成SF8機械手后退KF3前進完成SF9機械手夾緊KF4后退完成SF10機械手松開KF5加緊完成SF11非常停止KF6松開完成SF12停止KF7伺服1電源接通BG1上升極限KF8伺服2電源接通BG2升降原點KF9伺服報警解除BG3下降極限KF10伺服1運行BG4后退極限KF11伺服2運行BG5進退原點KF12伺服1停止BG6前進極限KF13伺服2停止BG7料架1有工件KF14夾緊工件BG8料架2無工件KF15松開工件KF1伺服1報警KF2伺服2報警KF3伺服1定位完成KF4伺服2定位完成圖33PLC的I/O配置圖圖34 伺服驅動器X5接口位置控制模式控制信號接線圖 圖35 定位模塊EM253與標準驅動器接線圖圖36 伺服驅動器與定位模塊EM253接線圖 控制系統電路設計 控制系統電路主要用來控制兩臺伺服電機、PLC、變壓器以及外圍設備等，控制系統電源電路接線如圖37所示 電源電路主要給兩臺伺服電機，伺服驅動器和PLC控制器供電，系統采用的是380V交流電的輸入，而伺服電機所用的電壓為三相220V交流電，經過變壓器將電壓降為220V接至伺服控制器的電源輸入端，再通過電源將220V的三相電壓轉換為24V直流電給PLC模塊和伺服驅動器的控制系統供電。圖37 控制系統電源電路圖4 系統軟件的設計與實現 系統工作方式 該機械手的工作方式有四種，分別為找原點、自動、手動和半自動。 復位操作主要用于在工作開始前或故障排除后，要將機械手的各個部位移動至原位，同時也是各部件運動的基準。 自動工作方式是機械手接收生產線指令，通過總控制臺的控制進行生產作業。控制面板上工作方式選擇開關處于“自動”位時，系統處于聯線狀態，只接受來自自動生產線上的指令信號。 手動工作方式主要是用于總控制臺出現故障、調試或其它需要手動操作。處于“手動”位時，系統處于離線狀態，不接受自動生產線上的信號，只接收控制面板上的指令信號。處于手動狀態，且各部位處于原位，各電機處于停止狀態時，按下控制面板上的上升、下降、前進、后退、夾緊、松開按鈕時進行相應動作，再次按下相應按鈕則停止動作。此時，除急停信號外，其他輸入信號無效。 半自動工作方式應用較少，主要用于故障整修時為了與主控制臺分離，而還要通過自動來完成試操作的場合，所以半自動方式也是不可缺少的。處于“半自動”位時，不接受自動生產線上的控制信號，只接收兩生產線上有無工件的檢測信號。處于此方式，且各部位處于原位，各電機處于停止狀態時，按下控制面板上的啟動按鈕，可進入單循環操作，此時，除急停信號和檢測信號外，其他輸入信號無效，一個工作循環完成后，自動退出單循環狀態。 程序設計 主程序設計 機械手的控制程序分為主程序和6個子程序。出于可靠性考慮對于有安全要求的地方使用外接繼電器和開關，其余用PLC內部繼電器。采用STEP 7 MicroWIN編程軟件進行程序梯形圖的編制。根據要求設計出搬運機械手的主程序框圖，如圖41所示。 本系統的控制程序由主程序構成整體架構，主程序中主要設定工作狀態，如找原點、自動狀態、半自動狀態、手動狀態等。初次上電時，調用初始化子程序，完成初始化工作。初始化完成后，如果是初次上電或處于自動狀態則機械手復位。圖41主程序框圖 初始化子程序設計 初始化子程序用來完成系統參數的初始化工作，PLC首次上電時執行初始化子程序。 在系統首次上電后等待30秒開始將系統的各狀態位置位，清零步進脈沖，并給定位模塊賦初始值。初始化子程序框圖如圖42所示。圖42 初始化子程序框圖 復位子程序設計復位子程序用來完成機械手回復原點動作的程序，當機械手處于手動狀態，不論機械手處于何種工位，按下復位按鈕開始調用復位子程序，機械手完成的復位動作，回到機械手原點。復位子程序框圖如圖43所示。圖43 系統復位子程序框圖 機械手在尋找原點是調用S7200PLC定位模塊EM253的回零子程序，定義機械手在尋找原點時兩個伺服電機都正轉，沿正方向尋找。EM253回零子程序梯形圖如圖44所示：圖44伺服電機運行回零子程序梯形圖 報警子程序設計 報警子程序則用來完成故障顯示和初步診斷功能，當機械手運動超出上下左右極限、在運動過程中機械手松開則自動調用此程序。當故障解除后，按下報警解除按鈕則報警消除。 手動運行子程序設計 手動子程序用于控制機械手與生產線斷開通信后的單步動作，通過控制面板上的選擇開關進行機械手工作方式選擇，通過控制面板上的按鈕進行手動操作。 當控制面板處于手動狀態，且各部位處于原位，各電機處于停止狀態時，按下控制面板上的上升、下降、前進、后退、夾緊、松開按鈕時進行相應動作，再次按下相應按鈕則停止動作。此時，除急停信號外，其他輸入信號無效。系統手動子程序框圖如圖45所示。圖45 手動運行子程序框圖 機械手在運動時靠伺服電機驅動，伺服電機的正反轉靠伺服定位模塊EM253控制，在實現機械手升降進退時調用定位模塊EM253的運行子程序，實現伺服已固定的速度行駛固定的距離。EM253運行子程序如圖46所示：圖46 伺服電機運行子程序梯形圖 半自動運行子程序 半自動子程序用來控制與生產線斷開通信時的單循環連續動作，通過控制面板上的選擇開關選擇狀態，通過啟動按鈕進行操作，當按下啟動按鈕后機械手首先沿正方向尋找原點，到達原點后按照在自動工作方式下的動作順序進行工作。半自動操作在一般使用中比較少用，主要是在系統出現故障時才會使用，系統半自動程序框圖如圖47所示。