基于三菱FX控制机械手毕业论文

1摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。机械手能模仿人手和手臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物体或操作工具的自动操作装置，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。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC，实现机械手多种工作方式控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。关键词多种工作方式可编程控制器PLC机械手限位开关2课题用PLC控制机械手的多种工作方式一、课题简介本课题设计采用PLC的步进顺控指令程序控制机械手的多种工作方式，来实现机械手在复杂恶劣环境下的工作要求，本次设计了5种工作方式，在不同情况下，能自由多变的使用，在机械手的控制上提供多种工作方式，虽然程序复杂，但是能更好的适用工业环境下的复杂操作，使机械手可以一步一步操作（单步方式），也可以单周期循环（半自动化），也可以自动化循环（全自动），还可以手动操作机械手的动作，当机械手在操作中出现故障时，还能自动回原位。本设计能大大的提高生产效率，和降低劳动强度，能在工业生产和生活中得到广泛的应用。二、PLC及机械手的介绍1可编程控制器PLCPLC概况可编程控制器（PROGRAMMABLECONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。可编程控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。2机械手机械手MECHANICALHAND，也被称为自动手，AUTOHAND。机械手主要由手部和运动机构组成。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如1机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。2在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。3可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。4可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。3三、设计主体部分1控制要求1总体控制要求如面板图所示，工件在A处被机械手抓取并放到B处。2机械手回到初始状态，SQ4SQ21，SQ3SQ10，原位指示灯HL点亮，按下“SB1”启动开关，下降指示灯YV1点亮，机械手下降，（SQ20）下降到A处后（SQ11）夹紧工件，夹紧指示灯YV2点亮。3夹紧工件后，机械手上升（SQ10），上升指示灯YV3点亮，上升到位后（SQ21）,机械手右移（SQ40）,右移指示灯YV4点亮。4机械手右移到位后（SQ31）下降指示灯YV1点亮，机械手下降。5机械手下降到位后（SQ11）夹紧指示灯YV2熄灭，机械手放松。6机械手放松后上升，上升指示灯YV3点亮。7机械手上升到位（SQ21）后左移，左移指示灯YV5点亮。8机械手回到原点后再次运行。（注1表示闭合，0表示断开）2机械手系统面板图3I/O分配表考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用PLC作为核心控制器，各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作，所以PLC采用日本三菱公司的FX2N48MR型PLC。FX2N系列PLC是FX系列中最高级的模块，它具有极高的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，能满足16256路输入/输出多种应用要求。4输入信号输入信号名称代号输入点编号名称代号输入点编号手动档SAX0松开按钮SB8X15回原位档SAX1下限位开关SQ1X16单步档SAX2上限位开关SQ2X17单周期档SAX3右限位开关SQ3X20连续档SAX4左限位开关SQ4X21回原位按钮SB9X5启动按钮SB1X6输出信号停止按钮SB2X7名称代号输出点编号下降按钮SB3X10下降电磁阀线圈YV1Y0上升按钮SB4X11上升电磁阀线圈YV2Y1右行按钮SB5X12右行电磁阀线圈YV3Y2左行按钮SB6X13左行电磁阀线圈YV4Y3夹紧按钮SB7X14松紧电磁阀线圈YV5Y44操作面板如图所示是为机械手的操作面板，要求实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。（1）手动方式时，用各种按钮的点动实现相应的动作；（2）回原位方式时，按下回原位按钮，则机械手自动返回原位（3）单周期方式时，每按一次启动按钮，机械手只运行一个周期就停下；（4）单步方式时，每按一次启动按钮，机械手向前一步；（5）连续工作方式时，在原位，按下启动按钮，机械手就会连续循环动作，如果按下停止按钮，机械手运行完当前周期，到原位并停下；在传送工件的过程中机械手必须升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其他工件。55外部接线图6系统程序结构此系统采用初始状态指令ISTFNC60配合步进指令（SFC）进行编程，程序共有4块，块0采用梯形图，其余3块采用SFC，块0初始化程序；块1手动方式程序；块2回原点方式程序；块3单步、单周期、自动循环方式程序1块0梯形图程序62块1手动方式步进顺控指令程序3块3回原点方式步进顺控指令程序74块4单步、单周期、自动循环方式步进顺控指令程序7整体梯形图891011四、模拟调试1调试内容及步骤调试手动方式调试手动方式时将操作面板上的钮置开关打到手动档，其余4中工作方式的钮置开关都断开。对每个动作分别逐个进行调试，例如按下夹紧按钮，观察夹紧阀应该电；按下松开按钮，观察夹紧阀失电。调试回原位方式调试回原位方式应先在手动方式时，随意将机械手某个部件调离原位，例如将上下移动机构的上位行程开关、下位行程开关都断开，代表该机构因异常停在竖直方向的某个中间位置，然后，将操作面板上的钮置开关打到回原位档，其余4中工作方式的钮置开关都断开，按回原位启动按钮，观察回原位工作顺序。调试单步方式（1）先利用回原位方式，使机械手的每个机构都回到原位（M80441）夹钳松开，上限位行程开关闭合，左位行程开关闭合，其余行程开关全部断开。（2）将操作面板上的钮置开关打到单步档，其余4种工作方式的钮置开关都断开（此时，S21）。12按自动启动按钮，状态由S2转移到S20，下降阀得电，同时将上限位行程开关断开，然后将下限位行程开关闭合，由SFC知，此时已满足向下一步转移的条件，但在单步方式，状态不会由S20转移到S21，必须按自动启动按钮才实现转移。调试单周期方式（半自动方式）（1）先利用回原位方式，使机械手的每个机构都回到（M80441）回原位完成后，M80431。（2）将操作面板上的钮置打到单周期档，其余4种工作方式的钮置开关都断开（此时，S21）。将自动启动按钮，状态由S2转移到S20，下降阀得电，同时将上限位行程开关断开，然后将下限位行程开关闭合，状态由S20转移到S21，其余以此类推。回到原位后，不再向S20转移，除非再一次按自动启动按钮，则又执行一次循环。调试连续方式（全自动方式）（1）先利用回原位方式，使机械手的每个机构都回到原位（M80441）回原位完成后，M80431。（2）将操作面板上的钮置开关打到连续档，其余4种工作方式的钮置开关都断开（此时，S21）。按自动启动按钮，状态由S2转移到S20，下降阀得电，同时将上限位行程开关断开，然后将下限位行程开关闭合，状态由S20转移到S21，其余以此类推。回到原位后，又向S20转移，不断循环。直到按停止按钮，则执行完成当前循环后停在连续方式的初始状态S2。2整体调试效果按照I/O端口分配表或接线图完成PLC与实训模块之间的接线，认真检查，确保正确无误。打开示例程序或用户自己编写的控制程序，进行编译，有错误时根据提示信息修改，直至无误，用SC09通讯编程电缆连接计算机串口与PLC通讯口，打开PLC主机电源开关，下载程序至PLC中，下载完毕后将PLC的“RUN/STOP”开关拨至“RUN”状态。调试步骤1将操作面板上的钮置开关打到单周期或者连续档，并将左限位开关SQ4、右限位开关SQ3打向左、上限位开关SQ2、下限位开关SQ1打向上，机械手回到初始状态，原位指示灯HL点亮。2按“SB1”启动开关，下降指示灯YV1点亮，模拟机械手下降，上限位开关SQ2打下，下降到A处后将下限位开关SQ1打下，开始夹紧工件，夹紧指示灯YV2点亮。133件3秒后，机械手上升，上升指示灯YV3点亮，将下限位开关SQ1打上，机械手上升到位后，上限位开关SQ2打上。4指示灯YV4点亮，机械手开始右移，左限位开关SQ4打向右。5手右移到位后，右限位开关SQ3打向右，下降指示灯YV1点亮，机械手下降，上限位开关SQ2打下。6械手下降到位后，下限位开关SQ1打下，夹紧指示灯YV2熄灭，机械手放松。7松3秒后上升，上升指示灯YV3点亮，下限位开关SQ1打上，机械手上升到位后，上限位开关SQ2打上。8手上升到位后左移指示灯YV5点亮，右限位开关SQ3打向左。149左移到位后，左限位开关SQ4打向左，机械手完成一个动作周期。论文小结随着我国经济的迅速发展，采用PLC的工作原理来控制材料搬运装置的技术基本已经成熟，其中得到愈来愈广泛的就是采用PLC控制搬运机械手来实现搬运材料的装置。在完成大学三年的课程学习和实习，我熟练地掌握了PLC基础应用、机械工程学、机械制图等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于PLC对机械手多种工作方式的控制这个实践性非常强的设计课题，我进行了大量的模拟训练。由此我对于PLC对机械手多种工作方式的控制设计有了一个全新的认识，丰富了许多PLC方面的知识，而对于PLC方面的制造工艺更是实现了零的突破。在指导老师的协助下，同时查阅了很多相关资料，明确了PLC的一般工作原理、制造、工艺过程。此次设计，可以培养PLC项目设计能力，扩展知识结构和知识综合运用能力，进一步熟悉步进指令以及顺序控制设计的方法和技巧，了解由PLC实现的多种工作方式的PLC控制系统的程序结构，掌握IST指令的使用。通过本次论文，进一步加强自己对机械手和PLC的认识，以及它们在生活中广泛应用。虽然会有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限，且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，恳请各位老师指正。我觉得在自动化控方面PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网