畢業設計基于plc的機械手自動化控制系統實現方法研究-資料下載頁

【導讀】技術人員在設計電氣控制系統時，考慮選用PLC控制取代接觸器控制。進電動機進行綜合控制的軟、硬件的實現方法。該系統利用步進電動機單位脈沖所具有。的步進距離不變的特點，對其采用開環點位控制。因此可將整個運動視為折線運動，每。一個動作可視為運動程序相同、特征參數各異的點位相對運動。其以起點作為參考點，從而實現手動模式下運用關鍵點位輸入及自動。模式查表方式的“仿形”動作。

　　

【正文】 充到 256 點的 I/O。 ? 更高速運算。 基本指令 s/指令；應用指令是 s/指令至幾百μ s/指令。 ? 寄存器容量擴展。 ? 更為豐富的器件資源。輔助繼電器 3072 點、定時器 256 點、計數器 235 點、數據寄存器 8000 點。 ? 特殊功能模塊。主單元可配 置 8 個特殊功能模塊。 ? 數學指令集。使用 32 位處理器、浮點數、方根和三角幾何指令滿足數學功能。 4） 位置控制 模塊擴展 位置控制是對工位的控制，可由位置控制模塊實現 .PLC 系統可作為整個位置控制系統中的一個控制環節，配上伺服放大器或驅動放大器，就可以將位置控制功能和邏輯控 第 23 頁 制、順序控制等一攬子解決。 利用 PLC 模塊實現位置控制的優點： ? 在實現位置控制的時候，可充分利用 PLC 系統的硬件和軟件資源。更便于在柔性制造系統（ FMS）、計算機集成制造系統（ CIMS）或工廠自動化（ FA）系統中大量應用位置控制。 ? 用戶可根據自身要 求靈活配置系統，既降低成本，又能因地制宜。 ? 可靠性高，維護方便。 FX1PG 脈沖輸出模塊是一種根據 FROM/TO 指令進行與 FX FX2C 系列 PLC 數據交換的特殊功能模塊。用一臺 FX1PG 獨立進行一軸定位控制，而一臺 PLC 則最多可連 8 臺 FX1PG。 5） PLC 系列選擇 FX1N 系列以其信價比獨占鰲頭。但程序結構較為復雜。 就功能而言， FX2N 系列是不錯之選，選配 3 個 FX2N1PGE 脈沖輸出模塊給步進電機驅動設備提供穩定 信號，同時模塊程序簡化了 PLC 程序的結構。但其制造總價較高，就核心控制系統 PLC 及其 模塊而言，其成本將是 FX1N 系列的 4 倍以上。 由于本文中機械手不必聯動，分時復用即可，適用范圍內不必選用 FX2N1PGE 脈沖輸出模塊，其功能 通過 軟件實現。 輸出方式 PLC 包括繼電器輸出和晶體管輸出兩種 輸出方式 。其適 輸出區別 如下： 2） 負載電壓、電流類型不同 負載類型：晶體管只能帶直流負載，而繼電器帶交、直流負載均可。 電流：晶體管電流 ，繼電器 2A。 電壓：晶體管可接直流 24V（繼電器可以接直流 24V 或交流 220V）。 3） 負載能力不同 晶體管帶負載的能力小于繼電器帶負載的能力，用晶體管時 ，有時候要加其他東西來帶動大負載（如繼電器，固態繼電器等）。 4） 晶體管過載能力小于繼電器過載的能力 一般來說，存在沖擊電流較大的情況時，晶體管過載能力較小，需要降額更多。 5） 晶體管響應速度快于繼電器 第 24 頁 繼電器輸出型原理是 CPU 驅動繼電器線圈，令觸點吸合，使外部電源通過閉合的觸點驅動外部負載，其開路漏電流為零，響應時間慢（約 10ms） ，主要控制開關量 。 晶體管輸出型原理是 CPU 通過光耦合使晶體管通斷，以控制外部直流負載，響應時間快（約 甚至更小）。晶體管輸出一般用于高速輸出，如伺服／步進等，用于動作頻率高的 輸出。 6） 額定工作情況下，繼電器有動作次數壽命，晶體管只有老化沒有使用次數限制 。 繼電器是機械元件所以有動作壽命，晶體管是電子元件，只有老化，沒有使用次數限制。繼電器的每分鐘開關次數也是有限制的，而晶體管則沒有。 本文中使用步進電機作為動力源， 故采用晶體管輸出 ，直流 D24V 電源 。 I/O 點數 I/O 點數是衡量可編程控制器規模大小的依據。 確定依據：將與 PLC 相連的全部輸入、輸出器件根據所需的電壓、電流的大小和種類分別統計，考慮將來發展的需要再相應增加 10％～ 15％的余量 。 如表 所示 。 表 I/O 點 數 估算 統計 序號 電氣設備、元件 輸入點數 輸出點數 使用數量 1 步進電機驅動器 0 2 3 2 脈沖信號源 0 1 1 3 行程開關 1 0 6 4 指示燈 0 1 11 5 報警嗡鳴器 0 1 1 6 按鈕 1 0 12 7 電磁繼電器 0 1 1 8 5 位旋鈕 5 0 1 合計 輸入點數 22 輸出點數 20 總點數 44 I/O 口 分配原則 1） 特殊、特定 I/O 點 優先分配。如高速脈沖輸出口 Y000 或 Y001； 方便指令中 初 第 25 頁 始狀態 指令等。 2） 普通無指定 I/O 點的歸類分配。 3） 適當的 方法節省 I/O 點數。如編碼 等。 I/O 口 分配論證 方案一： 表 方案一 I/O 分配輸入端 一覽表 輸入 功能 (設備 ) 輸入 功能 (設備 ) X000 機械手夾緊 X014 X001 機械手放松 X015 X002 X 方向位移 + X016 X003 X 方向位移 X017 保存 X004 Y 方向位移 + X020 手動 X005 Y 方向位移 X021 原點 X006 旋轉位移 + X022 單步進運動 X007 旋轉位移 X023 單周期運動 X010 超程 保護編碼輸入口 X024 自 動 X011 超程 保護編碼輸入口 X025 回原點啟動 X012 超程 保護編碼輸入口 X026 自動運行啟動 X013 X027 停止 表 方案一 I/O 分配輸出端 一覽表 輸出 功能 (設備 ) 輸出 功能 (設備 ) Y000 步進電機脈沖信號 Y010 啟動指示燈 L0 Y001 X 步進電機驅動器 ENA Y011 停止指示燈 L1 Y002 X 步進電機轉向 Y012 急停 /故障指示燈 L2 Y003 Y 步進電機驅動器 ENA Y013 故障報警 Y004 Y 步進電機轉向 Y014 位移指示燈編 碼輸出口 Y005 旋轉步進電機驅動器 ENA Y015 位移指示燈編碼輸出口 Y006 旋轉步進電機轉向 Y016 位移指示燈編碼輸出口 Y007 機械手夾緊 /放松 Y017 第 26 頁 此方案應用應用三位二進制編碼器進行硬編碼， PLC 進行軟解碼對 超程 保護行程開關進行 I/O 點數節省，使 I/O 口總點數（包括 10%～ 20%的備用量 ）在 40 點以內，以節約 PLC 費用。具體編碼如下： 表 編碼表 輸入 輸出 (PLC I/O 口 ) 行程開關報警 X010 X011 X012 無報警 (I0) 0 0 0 LS1(I1) 0 0 1 LS2(I2) 0 1 0 LS3(I3) 0 1 1 LS4(I4) 1 0 0 LS5(I5) 1 0 1 LS6(I6) 1 1 0 無定義 (I7) 1 1 1 由編碼表寫出邏輯式 ： 765476547654010 IIIIIIIIIIIIX ???????????? 763276327632020 IIIIIIIIIIIIX ???????????? 753175317531012 IIIIIIIIIIIIX ???????????? 邏輯圖 見圖 。 第 27 頁 圖 編碼器原理圖 選用 74LS147 擴展芯片可以實現編碼，具體接線方式在此不予詳述。 優點 ： 通過對 超程 保護行程開關的 編碼實現 I/O 點數的節省，將 PLC 總 I/O 點數壓縮在40 點以內，選用 FX1N40MTD，從而降低 PLC 的成本。 缺點： 1） 程序復雜，只能實現單線程工作。需保證有且僅有一個行程開關 （指示燈） 動作， 要對信號進行前置處理 ， 若同時觸發兩點 PLC 將出現識別錯誤 。 2） 容易受到外界信號干擾，穩定性受到一定影響。 運動指示燈解碼 采用軟編碼，硬件解碼方式，同樣存在以上問題，在此不予熬訴。 綜上所述，節省 I/O 點數措施為以后的穩定運作埋下了很多安全隱患，生產成本并沒有得到很好的降低，僅僅是制造成本的轉 移。此方案不予以采納。 方案二： 第 28 頁 表 方案二 I/O 分配輸入端 一覽表 輸入 功能 (設備 ) 輸入 功能 (設備 ) X000 X014 超程 保護 (行程開關 LS3) X001 X 方向位移 +SB4 X015 旋轉原點 (行程開關 LS4) X002 X 方向位移 SB5 X016 超程 保護 (行程開關 LS5) X003 Y 方向位移 +SB6 X017 位置保存 SB3 X004 Y 方向位移 SB7 X020 手動 X005 旋轉位移 +SB8 X021 回原點 X006 旋轉位移 SB9 X022 單步運動 X007 機械手夾緊 SB10 X023 單周期運動 X010 機械手放松 SB11 X024 全自動運行 X011 X 原點 (行程開關 LS0) X025 回原點啟動 SB0 X012 超程 保護 (行程開關 LS1) X026 自動啟動 SB1 X013 Y 原點 (行程開關 LS2) X027 停止 SB2 表 方案二 I/O 分配輸入端 一覽表 輸出 功能 (設備 ) 輸出 功能 (設備 ) Y000 步進電機脈沖信號 Y014 Y 方向位移 +指示燈 L4 Y001 X 步進電機驅動器 ENA Y015 Y 方向位移 指示燈 L5 Y002 X 步進電機轉向 Y016 旋轉位移 +指示燈 L6 Y003 Y 步進電機驅動器 ENA Y017 旋轉位移 指示燈 L7 Y004 Y 步進電機轉向 Y020 機械手指示燈 L9 Y005 旋轉步進電機驅動器 ENA Y021 故障指示燈 L10 Y006 旋轉步進電機轉向 Y022 故障報警 嗡鳴器 Y007 機械手夾緊 /放松、 L8 Y023 Y010 回原點指示燈 L0 Y024 Y011 自動啟動指示燈 L1 Y025 Y012 X 方向位移 +指示燈 L2 Y026 Y013 X 方向 位移 指示燈 L3 Y027 第 29 頁 此方案對 超程 保護所使用的行程開關 合運動方向指示燈 ，獨立分配 I/O。 優點： 1） 獨立控制，互不干擾。 2） 程序簡單，無需添置編碼、解碼張芯片及其抗干擾設施。 3） 良好的穩定性。 4） 預留足夠的 I/O 點數，大于 10~20%。方便以后的擴展升級。 缺點： 價格略高于前者。 綜上優點， 優先 選用 FX2N48MTD 型 PLC 方案二作為最終選定方案。 PLC 硬件接線圖見圖 。 第 30 頁 圖 三菱 FX2N48MTD PLC 接線圖 FX2N48MTD 型 PLC 2. ST2HB02X 型 步進電機動驅動器 3. 42HS003 兩相混合式步進電機 程序設計 存儲區域分配 脈沖計數存儲區域分為 統計區、 暫存區和存儲區 三 個部分。 統計區：對保存數據的組數進行統計， 確定 有效區域 范圍，配備 16 位斷電保持數 第 31 頁 據寄存器 D200 和 D327。 暫存區：臨時存儲脈沖 信息 ， 進行數據的基本處理，執行 數據計算功能。 由于脈沖數據 值 較大采用 32 位 斷電保持數據寄存器 D201~D206。 存儲區：又分為脈沖數據存儲區和 其他 存儲區。長期存儲自動程序數據值。 脈沖數據存儲區：存儲暫存區 經處理后的有效脈沖數。采用 32 位 斷電保持數據寄存器。 初設計 20 組 控制點位 即 D207~D326。 其他存儲區： 運動方向 存儲和 機械手手爪狀態 。采用斷電保持輔助繼電器存儲位狀態。與脈沖數據存取區相匹配 20 組控制點位即 M500~M579。 運動方向存儲分區為D500~D559，機械手手爪狀態存儲分區為 D560~D579。 表 脈沖計數存儲區 D200 D327 D201 D202 D203 D204 D205 D206 X 方向脈沖信息 Y 方向脈沖信息 旋轉脈沖信息 統計區 暫存區 1 D207 D208 D209 D210 D211 D212 X 方向脈沖信息 Y 方向脈沖信息 旋轉脈沖信息 儲存區 2 D213 D214 D215 D216 D217 D218 X 方向脈沖信息 Y 方向脈沖信息 旋轉脈沖信息 儲存區 3 D219 D220 D221 D222 D223 D224 X 方向脈沖信息 Y 方向脈沖信息 旋轉脈沖信息 儲存區 … … … … …