畢業(yè)設計基于plc的機械手自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)方法研究-資料下載頁

【導讀】技術人員在設計電氣控制系統(tǒng)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(xiàn)方法。該系統(tǒng)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(huán)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(shù)各異的點位相對運動。其以起點作為參考點，從而實現(xiàn)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】 多的控制點數(shù)。 16 點 ~256 點。 ? 靈活的配置。具有滿足特殊要求的大量特殊模塊， 6 個基本 FX2N 單元中的每一個單元可擴充到 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(shù)器 235 點、數(shù)據(jù)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(shù)學指令集。使用 32 位處理器、浮點數(shù)、方根和三角幾何指令滿足數(shù)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(xiàn) .PLC 系統(tǒng)可作為整個位置控制系統(tǒng)中的一個控制環(huán)節(jié)，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(xiàn)位置控制的優(yōu)點： ? 在實現(xiàn)位置控制的時候，可充分利 用 PLC 系統(tǒng)的硬件和軟件資源。更便于在柔性制造系統(tǒng)（ FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（ CIMS）或工廠自動化（ FA）系統(tǒng)中大量應用位置控制。 ? 用戶可根據(jù)自身要求靈活配置系統(tǒng)，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(jù) FROM/TO 指令進行與 FX FX2C 系列 PLC 數(shù)據(jù)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(wěn)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(tǒng) 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(lián)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(xiàn)。 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(qū)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(tài)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(shù)壽命，晶體管只有老化沒有使用次數(shù)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(shù)限制。繼電器的每分鐘開關次數(shù)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(shù) I/O 點數(shù)是衡量可編程控制器規(guī)模大小的依據(jù)。 確定依據(jù)：將與 PLC 相連的全部輸入、輸出器件根據(jù)所需的電壓、電流的大小和種類分別統(tǒng)計，考慮將來發(fā)展的需要再相應增加 10％～ 15％的余量 。 如表 所示 。 表 I/O 點數(shù) 估算 統(tǒng)計 序號 電氣設備、元件 輸入點數(shù) 輸出點數(shù) 使用數(shù)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(shù) 22 輸出點數(shù) 20 總點數(shù) 44 I/O 口 分配原則 1） 特殊、特定 I/O 點 優(yōu)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(tài) 指令等。 2） 普通無指定 I/O 點的歸類分配。 3） 適當?shù)姆椒ü?jié)省 I/O 點數(shù)。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(shù)節(jié)省，使 I/O 口總點數(shù)（包括 10%～ 20%的備用量 ）在 40 點以內，以節(jié)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(xiàn)編碼，具體接線方式在此不予詳述。 優(yōu)點 ： 通過對 超程 保護行程開關的 編碼實現(xiàn) I/O 點數(shù)的節(jié)省，將 PLC 總 I/O 點數(shù)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(xiàn)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(fā)兩點 PLC 將出現(xiàn)識別錯誤 。 2） 容易受到外界信號干擾，穩(wěn)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(jié)省 I/O 點數(shù)措施為以后的穩(wěn)定運作埋下了很多安全隱患，生產(chǎn)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(yōu)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(wěn)定性。 4） 預留足夠的 I/O 點數(shù)，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(yōu)點， 優(yōu)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(qū)域分配 脈沖計數(shù)存儲區(qū)域分為 統(tǒng)計區(qū)、 暫存區(qū)和存儲區(qū) 三 個部分。 統(tǒng)計區(qū)：對保存數(shù)據(jù)的組數(shù)進行統(tǒng)計， 確定 有效區(qū)域 范圍，配備 16 位斷電保持數(shù) 第 31 頁 據(jù)寄存器 D200 和 D327。 暫存區(qū)：臨時存儲脈沖 信息 ， 進行數(shù)據(jù)的基本處理，執(zhí)行 數(shù)據(jù)計算功能。 由于脈沖數(shù)據(jù) 值 較大采用 32 位 斷電保持數(shù)據(jù) 寄存器 D201~D206。 存儲區(qū)：又分為脈沖數(shù)據(jù)存儲區(qū)和 其他 存儲區(qū)。長期存儲自動程序數(shù)據(jù)值。 脈沖數(shù)據(jù)存儲區(qū)：存儲暫存區(qū) 經(jīng)處理后的有效脈沖數(shù)。采用 32 位斷電保持數(shù)據(jù)寄存器。 初設計 20 組 控制點位 即 D207~D326。 其他存儲區(qū)： 運動方向 存儲和 機械手手爪狀態(tài) 。采用斷電保持輔助繼電器存儲位狀態(tài)。與脈沖數(shù)據(jù)存取區(qū)相匹配 20 組控制點位即 M500~M579。 運動方向存儲分區(qū)為D500~D559，機械手手爪狀態(tài)存儲分區(qū)為 D560~D579。 表 脈沖計數(shù)存儲區(qū) 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(tǒng)計區(qū) 暫存區(qū) 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(qū) 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(qū) 3 D219 D220 D221 D