前言隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)的效率要求越來越高，生產(chǎn)的環(huán)境也越來越復(fù)雜，尤其在一些極端的環(huán)境下，對機(jī)械手的要求就越來越高，因而機(jī)械手在生產(chǎn)制造的地位越來越重要，使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化地結(jié)合。機(jī)械手獨有的高效率及耐高溫，抗腐蝕，適應(yīng)各類惡劣環(huán)境的特點，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。機(jī)械手的廣泛使用，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。緒論1.1機(jī)械手的概述1.1.1簡介機(jī)械手是一種能模仿人手和臂的某些動作如抓、送、轉(zhuǎn)等功能，用以按固定\t"/item/%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E6%89%8B/_blank"程序進(jìn)行自動操作\t"/item/%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E6%89%8B/_blank"裝置。特點是可以通過預(yù)先的編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)。在實際生產(chǎn)中，機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率，可以減輕工人的勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)。特別是在高低溫、高低壓、粉塵，噪音，潮濕，強(qiáng)酸以及有毒有害氣體和放射性等惡劣的環(huán)境下工作，因此意義重大，而隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，如今的機(jī)械手無論在外觀，性能，還是可靠性能上都得到了很大的改進(jìn)，在機(jī)械加工以及軍工，航空，醫(yī)療以及交通運輸業(yè)等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。1.1.2機(jī)械手的類型機(jī)械手的分類有很多，大致按照一下幾類：第一個是按照自動類型分為半自動型機(jī)械手和全自動型機(jī)械手半自動型機(jī)械手就是在運行過程中需要人工干預(yù)已完成一個動作循環(huán)，例如倉庫的裝箱機(jī)械手，需要人工將物料碼放完成后操作機(jī)械手的遙控器以完成動作，后者的全自動型機(jī)械手就是無需人工干預(yù)即可重服完成動作循環(huán)，該類機(jī)械手多用于生產(chǎn)線上的搬運工作，特點就是工作過程簡單，體積小，所承受的負(fù)荷小。第二個是按照應(yīng)用分為通用機(jī)械手和專用機(jī)械手通用機(jī)械手應(yīng)用廣，可以在多個環(huán)境下工作，通過替換機(jī)械手的工作機(jī)構(gòu)以完成其他的工作。而專用機(jī)械手通常是某個設(shè)備或者生產(chǎn)線的附屬設(shè)備，大多數(shù)是專門設(shè)計制造的，如機(jī)床的上下料機(jī)械手。用于解決機(jī)床的工件更換、掉頭及存放等工作。其他的分類方式有很多如按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣壓式、電氣式、機(jī)械上，按結(jié)構(gòu)類型又可分為直角式圓柱式極坐標(biāo)式以及關(guān)節(jié)式等。1.2.1PLC簡介PLC又稱可編程邏輯控制器，是一種用于自動化控制的一種工控設(shè)備。可以根據(jù)預(yù)先編寫的程序來控制工業(yè)機(jī)器和設(shè)備的運行，包括監(jiān)控輸入/輸出信號、執(zhí)行邏輯運算、控制執(zhí)行器和執(zhí)行開關(guān)等操作，系統(tǒng)通常由中央處理器、輸入/輸出模塊、編程器和通信模塊等組成。1.2.2PLC的特點PLC的特點主要包括：（1）穩(wěn)定可靠：PLC能夠在惡劣的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定運行，并具有較高的抗干擾能力。（2）易于編程：PLC因其獨特操作友好性，使得操縱人員在操縱編程時無需花費過多的學(xué)習(xí)時間，特別是它本身的邏輯開關(guān)，敞開與常閉觸點與硬件開關(guān)，繼電器的閉合斷開邏輯相似，所以初學(xué)者或操縱人員在編程操作時能夠直接聯(lián)系電氣控制線路的通斷來編寫梯形圖程序。（3）靈活性高：PLC可以根據(jù)現(xiàn)場工作需要進(jìn)行重新編程，使得PLC能滿足不同的工作需要。（4）結(jié)構(gòu)緊湊：PLC的體積小，重量輕，能耗低，無需占用許多地方。（5）安裝維護(hù)方便：正是由于PLC的小體積且易于編程的特點，使得他在前期安裝時不需要專用的電柜，后期維護(hù)時如需改線，只要和電氣接線一樣，松開壓緊螺釘更換位置即可，無需對整個系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模的改動。（6）易于擴(kuò)展：無論是三菱、歐姆龍還是西門子等廠家產(chǎn)的PLC產(chǎn)品，都在其上預(yù)留了一個擴(kuò)展接口，使得原來輸入輸出點不足的情況下可以只增加拓展模塊以滿足使用要求，且擴(kuò)展模塊比PLC整體要更經(jīng)濟(jì)，更能節(jié)約成本。1.2.3PLC的分類PLC大致按I/O點數(shù)和結(jié)構(gòu)兩塊分類第一個是按I/O點數(shù)分為小型，中型，大型三種，其中小型PLC的I/O點數(shù)在128點以下，中型PLC是點數(shù)在256-1024之間的，而且一般中型PLC采用，模塊化結(jié)構(gòu)，而大型PLC的I/O點數(shù)則在1024點以上。第二個是按結(jié)構(gòu)分為整體式、模塊式和集成式整體式PLC就是將處理器，內(nèi)存，I/O接口及電源等硬件都集成在在一個機(jī)殼內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)的PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，使用維護(hù)方便等特點，多用于簡單控制環(huán)境中；例如西門子的SIEMENSS7-200SMARTPLC；模塊式PLC則與整體式PLC相反，它是把電源，處理器和I/O模塊等分成獨立的部分，根據(jù)實際使用要求自定義地組合PLC，這種結(jié)構(gòu)雖然體積較大，結(jié)構(gòu)不太緊湊，但該類型PLC配置靈活，安裝方便，維護(hù)也較為容易，常常用于大型的控制場合；集成式PLC也稱內(nèi)置式PLC，也可以稱它為專用式PLC，該類PLC一般是作為數(shù)控系統(tǒng)的輔助功能，用于實現(xiàn)機(jī)床功能，例如刀架的轉(zhuǎn)換，工作臺的轉(zhuǎn)換，主軸的啟動與停止，油泵、冷卻的開停以及夾具的松緊等控制，這種PLC因為是集成于數(shù)控系統(tǒng)CNC內(nèi)，一般沒有獨立的電源，也不能使用，代表產(chǎn)品有德國西門子旗下的SIEMENSSINUMERIK828D，840Dsl，日本發(fā)那科旗下的FANUC0I-FPLUS，F(xiàn)ANUCSeries31i-MODELB，我國廣數(shù)旗下的GSK928TA2，GSK980TD以及GSK986Gs等1.2.4PLC的發(fā)展趨勢PLC的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面第一個是高性能、高穩(wěn)定性、高運行速度、及大容量發(fā)展，可以將若干個PLC相連組成一個更為龐大的PLC，且可以與計算機(jī)，以太網(wǎng)相連以組成整個車間的自動化控制系統(tǒng)，性能更強(qiáng)，速度更快，穩(wěn)定性更好。第二是結(jié)構(gòu)更為緊湊，體積更為小巧，價格更為便宜以三菱的FX1S系列為例，該款是三菱旗下最小的一款PLC，只有接觸器的大小，正面的面積與一張工作卡相似，卻具有完整的性能和通訊功能等擴(kuò)展性。未來將會有更為小巧的PLC，在價格上，目前，市面上已經(jīng)有只需幾百元人民幣的小型PLC產(chǎn)品。第三是編程軟件的功能當(dāng)前的PLC仍然需要手動編程或?qū)肫渌O(shè)備的梯形圖程序，未來的編程軟件經(jīng)過改進(jìn)后，可以根據(jù)現(xiàn)場需要，直接生成梯形圖，大大降低了人工編寫所需要的時間，甚至無需修改即可直接使用，極大地提高了效率。第四是模擬PLC現(xiàn)在，已經(jīng)有許多制造商推出了可以在計算機(jī)上運行的模擬PLC軟件包，也叫“軟PLC”，該類PLC可以模擬運行真實PLC的所有功能，也就是說，未來有可能輸入輸出的線將退出舞臺，再多的輸入輸出點只需要一根線就可以輸出到設(shè)備上。機(jī)械手總體方案的設(shè)計2.1設(shè)計課題如圖2-1所示，其加工的順序是：a.機(jī)械手將工件倉中的工件取出裝夾到機(jī)床里進(jìn)行加工，b.機(jī)械手返回工件倉，然后重復(fù)a的動作。圖2-1加工流程圖2.2總體設(shè)計方案2.2.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)根據(jù)2.1的設(shè)計要求，本設(shè)計中的機(jī)械手采用桁架結(jié)構(gòu)，其原因是該結(jié)構(gòu)除了有其他類型機(jī)械手的特點外，最大的特點是它利用了機(jī)床上方的空間，不占據(jù)其他的地方，方便人員在機(jī)床前面操作維護(hù)，該結(jié)構(gòu)中機(jī)械手的左右、上下有限位裝置已確定機(jī)械手最終停留的位置，機(jī)械手的移動動力由電機(jī)驅(qū)動，機(jī)械手夾緊裝置的夾緊松開動作由氣動缸驅(qū)動，氣動缸則由相應(yīng)的電磁閥來控制，機(jī)械手結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-2桁架機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖2.2.2機(jī)械手的工作過程機(jī)械手的工作過程分為兩個階段：第一個階段：送料階段，如圖2-3所示，當(dāng)PLC內(nèi)部的啟動觸點接收到機(jī)床數(shù)控指令或按下啟動按鈕后，機(jī)械手從工件倉里夾緊一個工件，然后升降電機(jī)驅(qū)動機(jī)械手上升至上限位，接著由左右移動電機(jī)驅(qū)動機(jī)械手向左移動至左限位，再由升降電機(jī)驅(qū)動機(jī)械手下降到下限位（機(jī)床卡盤處），最后由電磁閥驅(qū)動夾緊氣缸將機(jī)械手中的工件松開，送料工作即完成。圖2-3機(jī)械手送料工作過程圖第二個階段：等待階段，如圖2-4所示，機(jī)床在加工的過程中，機(jī)械手可以利用這段時間將待加工的工件送往機(jī)床備用，松開工件后，首先機(jī)械手上升至上限位，然后由移動至右限位，接著下降到下限位，再由電磁閥驅(qū)動夾緊氣缸夾起工件，而后同第一階段到機(jī)床處等待機(jī)床加工結(jié)束，當(dāng)機(jī)床加工結(jié)束后，由下一工位機(jī)械手取走工件進(jìn)行下一步加工，本工位機(jī)械手裝上工件，而后返回工進(jìn)倉，重復(fù)第一階段的工作。圖2-4機(jī)械手等待過程圖硬件設(shè)計3.1硬件設(shè)計步驟先確定機(jī)械手所需的電氣設(shè)備：根據(jù)工作背景選用滿足生產(chǎn)要求的電氣硬件設(shè)備，并標(biāo)記其電氣原理符號。根據(jù)機(jī)械手的運動原理設(shè)計其所需的電氣原理圖：通過電氣原理設(shè)計使得機(jī)械手硬件能正確的連接以實現(xiàn)預(yù)期的功能。統(tǒng)計輸入輸出點數(shù)并設(shè)計PLC的I/O點接線圖：通過統(tǒng)計I/O點數(shù)以選擇需要PLC的規(guī)格。設(shè)計電氣設(shè)備布局并繪出電氣設(shè)備安裝圖：將硬件設(shè)備布局在機(jī)械手應(yīng)在的位置3.2機(jī)械手的動作分析 根據(jù)圖2-3和2-4的分析可知，機(jī)械手的初始位置停在工進(jìn)倉內(nèi)，啟動后，機(jī)械手將夾緊工件→上升→左移→下降→放松工件→上升→右移→下降共八個動作作為一個工作周期。而機(jī)械手的下降、上升、右移、左移等動作轉(zhuǎn)換，是由其對應(yīng)的四個限位開關(guān)來控制的，而加緊、放松動作的轉(zhuǎn)換是PLC驅(qū)動電磁閥來控制的。3.3確定所需的電氣設(shè)備3.3.1按鈕，開關(guān)根據(jù)3.2的分析，依照電氣設(shè)計部分規(guī)范，設(shè)計如下：機(jī)械手位置檢測的四個感應(yīng)開關(guān)。下限位記為“SQ1”、上限位“SQ2”、左限位“SQ3”、右限位“SQ4”，同時設(shè)置4個人硬限位開關(guān)以防止機(jī)械手超程發(fā)生碰撞，四個方向硬限位各記為“SQ1A”“SQ2A”“SQ3A”“SQ4A”使用4個感應(yīng)開關(guān)，4個行程開關(guān)。機(jī)械手的限位感應(yīng)開關(guān)應(yīng)設(shè)置左右極限兩個，分別記為“SQ5A”,“SQ5B”啟動機(jī)械手，或當(dāng)發(fā)生特殊情況是，機(jī)械手需要緊急停止，恢復(fù)后，需要回到初始位置，因此將總停記為“SB1”，回原點記為“SB2”啟動記為為“SB3”。使用3個按鈕。機(jī)械手在維護(hù)時需要調(diào)試各個功能，所以設(shè)置調(diào)試功能開關(guān)，記為“SA1”3.3.2機(jī)械手松開夾緊線圈機(jī)械手的夾緊松開是由電磁閥帶動氣缸運行的，則使用一個電磁換向閥，其通電用的兩個線圈分別記為夾緊YV1和松開YV23.3.3伺服電機(jī)伺服電機(jī)就是通過其配備的伺服控制器發(fā)送的脈沖信號進(jìn)行轉(zhuǎn)動的動力裝置。伺服電機(jī)具有一下幾個特點：精度高：能夠?qū)崿F(xiàn)精確的位置控制和速度控制，適用于需要高精度運動控制的場合。高性能：具有反應(yīng)快、轉(zhuǎn)矩高、等特點，適用于需要高性能運動控制的場合。封閉環(huán)控制：這是伺服電機(jī)的最大特點，其編碼器或其他位置反饋裝置進(jìn)行封閉環(huán)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的位置和速度控制。高可靠性：具有較長的使用壽命和穩(wěn)定的性能，適用于長時間、高負(fù)載運行的場合。本設(shè)計中機(jī)械手的升降及左右移動由兩個伺服電機(jī)帶動齒輪齒條運行，為三菱伺服電機(jī)，使用伺服電機(jī)的原因是機(jī)械手需要頻繁地上升下降及左右移動，靠傳統(tǒng)的接觸器換相的方式改變電機(jī)轉(zhuǎn)向不太合適，接觸器線圈頻繁地吸合會影響到它的使用壽命，且伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩恒定，響應(yīng)速度快，控制精度高，過載能力大，因此這里更適合使用伺服電機(jī)加驅(qū)動器的形式。升降電機(jī)的代號記為“SM1”，所配備的驅(qū)動器代號記為“E1”；平移動電機(jī)的代號記為“SM2”，所配備的驅(qū)動器代號記為“E2”。此外，伺服驅(qū)動器的供電是交流220V，因此需外接一個380V轉(zhuǎn)220V的伺服變壓器。伺服變壓器的電氣代號分別記為“SG1”和“SG2”3.3.4保護(hù)部分電氣的總進(jìn)線應(yīng)有電路保護(hù)，則將總開關(guān)代號記為“QF1”，兩個伺服驅(qū)動器的進(jìn)線端也需要自動開關(guān)保護(hù)，則將兩個自動開關(guān)分別記為“QM1”和“QM2”，PLC的進(jìn)線端設(shè)置一個熔斷器“FU1”以保護(hù)PLC電路。3.3.5指示燈機(jī)械手在運行及報警時，應(yīng)有相應(yīng)地指示燈顯示，則將運行指示設(shè)置為綠色指示燈，記為“HL1”，回零設(shè)置為黃色指示燈，記為“HL2”，報警設(shè)置為紅色指示燈，記為“HL3”，調(diào)試設(shè)置為白色指示燈，記為“HL4”設(shè)置上下左右四個超程指示燈為紅色指示燈，分別記為“HL5”“HL6”“HL7”“HL8”。因為控制回路中需要直流24V電源作為供電，所以需要配一個交流220V轉(zhuǎn)直流24V的開關(guān)電源，代號記為“U1”。3.3.6手脈 機(jī)械手調(diào)試時，需要點動伺服軸，因此需在伺服驅(qū)動器上連接手脈“SL1”與“SL2”。3.3.7三菱PLC日本的三菱的可編程控制器是比較早的進(jìn)入我國市場的產(chǎn)品，由于三菱的PLC具有較高的性價比，且入門簡單，易學(xué)易用，因而在我國PLC的市場占有很大的份額，該類PLC廣泛用于控制要求不高，控制范圍少，使用維護(hù)簡單方便等優(yōu)點。常見的三菱系列產(chǎn)品有FX系列，A系列，Q系列以及L系列的PLCFX系列是小型的PLC產(chǎn)品，具有完整的性能和通訊功能A系列有多種特殊模塊可供選擇，如網(wǎng)絡(luò)，定位控制，高速計數(shù)，溫度監(jiān)測控制等模塊。其功能也強(qiáng)于FX系列，適用于控制相對較復(fù)雜的場合Q系列PLC一般運用于中大型企業(yè)，因為他的系統(tǒng)龐大，可以滿足各種復(fù)雜的控制需求。L系列的PLC機(jī)身小巧，但集高性能，多功能及大容量于一身。L系列與Q系列PLC相比，性能更加強(qiáng)大。本設(shè)計中根據(jù)實際的使用要求，適合使用該類型的PLC，又因為控制點數(shù)少，因此可選用點數(shù)較少的小型PLC，按照三菱的產(chǎn)品手冊，選用FX3U32MR作為本設(shè)計所用的PLC。代號記為“T1”3.4電氣控制分配表根據(jù)上述方案，整理出電氣硬件代號分配表分配表如下表（表3-1）所示。表3-1電氣硬件代號分配表代號名稱類型代號名稱類型SB1總停輸入HL5上超程SB2回原點輸入HL6下超程SB3啟動輸入HL7左超程SQ1下限位輸入HL8右超程輸出SQ2上限位輸入M1升降電機(jī)電機(jī)輸出SQ3左限位輸入M2平移電機(jī)輸出SQ4右限位輸入E1升降伺服SQ1a下硬限位輸出E2平移伺服SQ2a上硬限位輸入T1PLCSQ3a左硬限位輸入QF1總開關(guān)SQ4a右硬限位輸入U1開關(guān)電源SQ5A機(jī)械手上限位輸入SG1伺服變壓器1SQ5B機(jī)械手下限位輸入SG2伺服變壓器2SA1調(diào)試模式輸出QM1伺服保護(hù)開關(guān)1HL1運行輸出QM2伺服保護(hù)開關(guān)2HL2回零輸出FU1熔斷器HL3報警輸出SL1升降手脈HL4調(diào)試輸出SL2平移手脈3.5電氣原理圖根據(jù)上述方案,控制要求以及表3-1的選用信息，設(shè)計出電氣原理圖，如圖3-1,3-2所示圖3-1SM1電機(jī)電氣原理圖圖3-2SM2電機(jī)電氣原理圖3.6PLCI/O分配表根據(jù)表3-1所示，總結(jié)出PLC的I/O分配表如下表所示表3-2I/O分配表代號名稱類型I/O點代號名稱類型I/O點SB1總停輸入X0PPSM1脈沖輸出Y0SB2回原點輸入X1PPSM2脈沖輸出Y1SB3啟動輸入X2NPSM1方向輸出Y3SB4夾緊輸入X3NPSM2方向輸出Y4SB5松開輸入X4HL1運行指示輸出Y6SQ1下限位輸入X5HL2回零指示輸出Y7SQ2上限位輸入X6HL3報警指示輸出Y10SQ3左限位輸入X7HL4調(diào)試指示輸出Y11SQ4右限位輸入X10HL5上超程輸出Y12SQ1a下硬限位輸入X11HL6下超程輸出Y13SQ2a上硬限位輸入X12HL7左超程輸出Y14SQ3a左硬限位輸入X13HL8右超程輸出Y15SQ4a右硬限位輸入X14YV1夾緊輸出Y16SA1調(diào)試模式輸入X15YV2松開輸出Y17SQ5A機(jī)械手上限位輸入X16SQ5B機(jī)械手下限位輸入X173.7電氣連接說明圖3-1為SM1電機(jī)電氣原理圖，電源接三相AC380V，經(jīng)過總開關(guān)QF后到達(dá)U11,V11,W11電位，當(dāng)前仍是380V電壓，為了要得到220V的供電電壓，則需在伺服驅(qū)動器的輸入端接380V轉(zhuǎn)220V的伺服變壓器SG1，經(jīng)伺服變壓器SG1轉(zhuǎn)換后變得到220V電壓，則可以接入伺服驅(qū)動器的進(jìn)線端。伺服驅(qū)動器的伺服電機(jī)輸出部分有“U”“V”“W”“CN2”“PE”端，分別是動力線接口（UVW），編碼線接口（CN2）及接地接口（PE），用產(chǎn)品附帶的電纜插線連接在伺服電機(jī)“SM1”的動力線接口及尾部的編碼器接口。兩PE接口內(nèi)部短接，右側(cè)電機(jī)接地與左側(cè)的接地線和總接地相連，保護(hù)硬件，左側(cè)連接線中的“PP”是伺服驅(qū)動器的脈沖接口，用于給伺服電機(jī)提供脈沖信號，與PLC的Y0.0點連接，“NP”為伺服驅(qū)動器的方向接口，用于給伺服電機(jī)提供向向信號，與PLC的Y3.0連接，“EM2”為強(qiáng)制停止接口，用于在特殊情況下強(qiáng)行停止伺服電機(jī)，例如限位超程，本次設(shè)計將該接口接在PLC的Y12、Y13、Y14、Y15的點上，其中Y12、Y13控制“SM1”伺服驅(qū)動器，Y14，Y15控制“SM2”伺服驅(qū)動器，同時，該四個輸出點還與“HL5”、“HL6”、“HL7”“HL8”并聯(lián)，當(dāng)超程開關(guān)接通時，伺服電機(jī)強(qiáng)行停止，超程指示燈得電發(fā)亮，以便操作人知曉哪個方向超程。“SON”為伺服使能接口，如果該接口不接通，則伺服電機(jī)就不在工作狀態(tài)，本次設(shè)計將該接口接0點上，與公共端COM行成回路，使得系統(tǒng)上電就賦予電機(jī)使能。DICOM與OPC按照產(chǎn)品說明書的接線圖的要求，接在開關(guān)電源的24V點上。SM2電機(jī)的電機(jī)的電氣原理與SM1相同，如圖3-2所示，區(qū)別在于PLC的Y1.0和Y4.0輸出點接在“E2”伺服驅(qū)動器的“PP”及“NP”上。3.8PLCI/O接線圖根據(jù)I/O分配表，設(shè)計出PLC的I/O接線圖如圖3-3所示圖3-3PLC輸入輸出點接線圖3.9電氣設(shè)備安裝圖 根據(jù)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，設(shè)計出機(jī)械手上的電氣元件的安裝圖如圖3-4所示圖3-4機(jī)械手電氣設(shè)備安裝圖安裝說明：SM1升降電機(jī)裝有一對感應(yīng)開關(guān)SQ1，SQ2，一對行程開關(guān)SQ1A，SQ2A，感應(yīng)開關(guān)用來實現(xiàn)定位，當(dāng)機(jī)械手超過感應(yīng)開關(guān)接觸到行程開關(guān)SQ1A或SQ2A時，伺服驅(qū)動器則強(qiáng)制停止伺服電機(jī)以保護(hù)設(shè)備，機(jī)械手的上下兩位置分別安裝了SQ5A，SQ5B兩個感應(yīng)開關(guān)以保護(hù)機(jī)械手氣缸不收沖擊而損壞。SM2左右電機(jī)所配備的限位開關(guān)的安裝使用原理同SM1升降電機(jī)相似。3.10操作面板裝配圖根據(jù)設(shè)計的電氣原理圖及PLCI/O接線圖，設(shè)計面板的裝配圖如圖3-5所示，面板有兩行，上一行是指示燈行，即PLC輸出里的八個指示燈，下一行是由五個輸入按鈕以及一個輸入旋鈕及升降手脈和平移手脈兩個電子手輪組成，其中兩個電子手輪直接接在伺服驅(qū)動的NP，PP以及開關(guān)電源的0及+24V上，用于機(jī)械手上下左右的微調(diào)。圖3-5操作面板裝配圖3.11電箱元器件布局圖電箱內(nèi)部的電氣硬件布局如圖所示。圖3-6配電板電氣元件布局圖4.軟件設(shè)計4.1PLC編程軟件介紹PLC編程軟件是用于編寫、編輯和測試可編程邏輯控制器控制系統(tǒng)程序的軟件。這些軟件可讓操作人員創(chuàng)建各種邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和自動化的項目任務(wù)，并將它們轉(zhuǎn)換為可在PLC上運行的程序。以下是關(guān)于PLC編程軟件的詳細(xì)說明。編程界面：PLC編程軟件通常提供圖形化界面，支持多種編程語言，例如梯形圖、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本等。這種多樣化的編程語言使得操作者能夠以直觀的方式編寫程序邏輯。梯形圖通常是最常見的編程語言之一，尤其適用于描述邏輯控制的過程，編程界面還可能包括各種工具和功能，如自動化代碼生成、代碼重用、標(biāo)簽管理等，以提高工程師的編程效率和程序可維護(hù)性。模擬和調(diào)試工具：PLC編程軟件提供強(qiáng)大的模擬和調(diào)試工具，允許工程師在實際部署前對他們的程序邏輯進(jìn)行全面的測試和驗證。模擬功能允許操作者模擬PLC的行為，并觀察程序在不同條件下的執(zhí)行結(jié)果。這有助于發(fā)現(xiàn)潛在的邏輯錯誤和異常行為，并進(jìn)行及時修復(fù)。調(diào)試工具包括斷點設(shè)置、變量監(jiān)視、實時數(shù)據(jù)跟蹤等功能通信功能：PLC編程軟件提供與PLC通信的功能，允許工程師將編寫好的程序上傳到PLC，并與其他設(shè)備（如人機(jī)界面、傳感器、執(zhí)行器等）進(jìn)行通信。通信功能包括設(shè)備配置、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等，確保PLC與其他設(shè)備之間的有效連接和數(shù)據(jù)交換。廠商支持和生態(tài)系統(tǒng)：PLC編程軟件通常由PLC制造商提供，并針對其所生產(chǎn)的特定型號進(jìn)行優(yōu)化和支持。這意味著軟件與硬件之間的兼容性更高，工程師可以更輕松地進(jìn)行開發(fā)和部署。此外，PLC編程軟件通常配備了豐富的文檔、示例項目、在線社區(qū)等支持資源，為操作者提供了學(xué)習(xí)和解決問題的渠道。4.2PLC編程軟件分類常見的PLC軟件有以下幾種：SiemensStep7：西門子的PLC編程軟件，提供了梯形圖、功能塊圖等多種編程語言，以及強(qiáng)大的模擬和調(diào)試工具。Allen-BradleyRSLogix5000：洛克韋爾自動化的系列PLC編程軟件，支持梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本等編程語言，提供了全面的調(diào)試功能。MitsubishiGXWorks3：三菱電機(jī)的各種PLC編程軟件，提供了梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本等編程語言，以及直觀的用戶界面和模擬工具。SchneiderElectricUnityPro：施耐德電氣的Modicon系列PLC編程，支持多種編程語言，提供了強(qiáng)大的調(diào)試和通信功能。這些軟件通常具有直觀的用戶界面、豐富的功能和強(qiáng)大的支持，幫助工程師進(jìn)行PLC程序的開發(fā)、調(diào)試和部署。每種軟件都針對特定的PLC品牌和型號進(jìn)行了優(yōu)化，以確保與硬件的兼容性和穩(wěn)定性。4.3GXWORK3軟件簡介GXWorks3是三菱旗下的一款PLC編程軟件，用于PLC和人機(jī)界面的編程和調(diào)試。它提供了一個集編程、仿真、調(diào)試和監(jiān)控的編程語言，該軟件支持多種編程語言，包括梯形圖、功能塊圖、指令列表和結(jié)構(gòu)化文本，開發(fā)環(huán)境，它還提供了豐富的庫函數(shù)和模塊，以及強(qiáng)大的仿真和調(diào)試功能，幫助用戶快速開發(fā)和調(diào)試自動化控制系統(tǒng)，此外，GXWorks3還具有用戶友好的界面和豐富的文檔和教程，使用戶能夠快速上手并充分發(fā)揮其功能。它是工業(yè)自動化領(lǐng)域中常用的編程軟件之一，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、工廠自動化、物流和其他領(lǐng)域的控制系統(tǒng)開發(fā)中。4.3GXWORKS3軟件特點多種編程語言支持：GXWorks3支持多種編程語言，包括梯形圖、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本等，使操作者可以根據(jù)需要選擇最適合的編程方法。直觀的用戶界面：軟件提供直觀的用戶界面，使操作者能夠輕松地編寫、編輯和組織程序邏輯，同時提供了豐富的工具和功能，如自動化代碼生成、標(biāo)簽管理等，以提高編程效率。強(qiáng)大的模擬和調(diào)試工具：GXWorks3提供了強(qiáng)大的模擬和調(diào)試工具，允許工程師在實際部署前對其程序邏輯進(jìn)行全面的測試和驗證。這包括模擬PLC行為、斷點設(shè)置、變量監(jiān)視等功能，幫助操作者發(fā)現(xiàn)和解決潛在的邏輯錯誤和異常行為。設(shè)備通信和配置：軟件提供了與PLC通信的功能，允許工程師將編寫好的程序上傳到PLC，并與其他設(shè)備進(jìn)行通信。此外，它還包括設(shè)備配置、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等功能，確保PLC與其他設(shè)備之間的有效連接和數(shù)據(jù)交換?？偟膩碚f，GXWorks3是一款功能豐富、易于使用的PLC編程軟件，為操作者提供了開發(fā)、調(diào)試和部署PLC程序所需的一切工具和功能。4.4PLC控制機(jī)械手的流程圖根據(jù)3.2的分析可知，機(jī)械手啟動后進(jìn)入原位，下移抓取工件，上移再左移后再下移進(jìn)入機(jī)床而后松開機(jī)械手，然后在原路返回重復(fù)循環(huán)。PLC控制機(jī)械手控制流程圖如圖所示，圖4-1機(jī)械手控制流程圖4.5梯形圖的設(shè)計根據(jù)機(jī)械手的控制流程圖設(shè)計出以下PLC程序保護(hù)圖形圖圖4-2保護(hù)梯形圖如圖4-2所示，該梯形圖里設(shè)有X0，X11，X12，X13，X14五個輸入點，當(dāng)X0“總停按鈕”閉合時，由于M3處于常閉狀態(tài)，則中間繼電器M0得電，M0常開觸點閉合，輸出到Y(jié)10報警指示燈。M0的其他常閉觸點斷開，使得機(jī)械手無法動作；此時，操縱面板上的“報警指示燈”通電發(fā)亮，沒有設(shè)自鎖的原因是該按鈕使用自鎖式蘑菇頭按鈕，因而可以一直保持總停狀態(tài)，若要停止總停狀態(tài)，僅需將按鈕旋出即可。X011，X012，X013，X014分別為機(jī)械手的下硬限位，上硬限位，左硬限位和右硬限位，分別連接這Y012，Y013，Y014和Y015指示燈，且在13行里四個常開觸點并聯(lián)輸出一個M10超程故障，例如X011下硬限位，當(dāng)該觸點閉合時，Y012下硬限位輸出點則得電，面板上“面板上下硬限位指示燈”得電發(fā)亮，同時，由于13行里的四個常開觸點并聯(lián)，意味著這四個觸點中閉合任何一個都會使得M中間繼電器M10得電，在其他程序里M10的常閉觸點則會斷開，以停止機(jī)械手的動作。回零點梯形圖圖4-3回零點梯形圖如圖4-3所示，當(dāng)機(jī)械手開機(jī)后需要回零以使機(jī)械手處于初始狀態(tài)，按下X0回零點按鈕時，X0的常開觸點閉合，中間繼電器M1得電，M1的兩個常開觸點閉合，PLC開始執(zhí)行回零指令ZRN，將該指令傳輸給伺服驅(qū)動器，使得機(jī)械手的縱軸和橫軸兩根軸以指定的方向向原點感應(yīng)開關(guān)移動，本設(shè)計的機(jī)械手的原點設(shè)置在X6上限位與X10右限位上，當(dāng)機(jī)械手移動到這兩個感應(yīng)開關(guān)上時，X6，X10的上升沿閉合輸出一次脈沖到伺服驅(qū)動器Y003上，也就是“SETY003”和“SETY004”兩個指令，因為Y003連接的是伺服方向點，則該脈沖會使得伺服方向發(fā)生改變，又因為上升沿只會瞬時動作一次，因而伺服電機(jī)則會停止在限位點上而后不會再反向移動，當(dāng)“ZRNK1600K400X006Y000”和“ZRNK1600K400X010Y003”指令執(zhí)行完畢時，該輸出指令會自動將各自下面的M8029接通，M8029接通后將會執(zhí)行“RSTM1”“RSTY003”“RSTY004”三個復(fù)位指令，復(fù)位中間繼電器M1以及兩個伺服驅(qū)動器的方向Y003和Y004。調(diào)試模式梯形圖圖4-4調(diào)試模式梯形圖如圖4-4所示，X015為調(diào)試模式旋鈕開關(guān)，X003為氣缸夾緊按鈕，X004為氣缸松開按鈕，X016為氣缸上限位，X017為氣缸下限位，Y011為調(diào)試模式指示燈，Y016為氣缸夾緊輸出，Y017為氣缸松開輸出，其控制原理如下當(dāng)面板上的調(diào)試模式開關(guān)旋至開時，X015通電閉合，輸出M3調(diào)試模式，M3的常開觸點閉合，Y011調(diào)試模式指示燈通電點亮，氣缸的夾緊松開可以手動控制，此時機(jī)械手進(jìn)入調(diào)試模式，其他控制梯形圖因如有M3的常閉觸點則會斷開。當(dāng)按下面板上的“夾緊”按鈕時，X003通電閉合，M3在調(diào)試模式下也以閉合，則中間繼電器M4通電，M4的常開觸點閉合，Y016通電，上升電磁閥得電換向，氣缸活塞向上移動，當(dāng)?shù)缴舷尬籜016時，X016的常閉觸點斷開，中間繼電器M4失電，M4的常開觸點斷開，Y016失電，上升電磁閥失電，氣缸停止，同理，當(dāng)按下面板上的“松開”按鈕時X004通電閉合，M3在調(diào)試模式下也以閉合，則中間繼電器M5通電，M5的常開觸點閉合，Y017通電，下降電磁閥得電換向，氣缸活塞向下移動，當(dāng)移動到下限位X017時，X017的常閉觸點斷開，中間繼電器M5失電，M5的常開觸點斷開，Y017失電，下降電磁閥失電，氣缸停止運動。該控制程用于根據(jù)工件的大小以調(diào)整氣缸限位觸點的位置。4.啟動運行梯形圖圖4-5啟動運行梯形圖1圖4-5啟動運行梯形圖2如圖4-4，4-5所示為機(jī)械手的啟動運行梯形圖，該梯形圖的工作原理如下：在圖4-4中，按下面板啟動按鈕X002后，中間繼電器M100通電，M100的常開觸點閉合，則中間繼電器M2通電，M2的常開觸點閉合形成自鎖，同時M2的另外一個常開觸點閉合后使PLC執(zhí)行DDRVA運動指令，輸出伺服驅(qū)動器控制伺服電機(jī)由原點下降，當(dāng)下降到X005下限位感應(yīng)開關(guān)是，X005常閉觸點斷開，伺服停止移動，常開觸點閉合，氣缸待加工夾緊工件，氣缸移動到上限位X016時，X016的常閉觸點斷開，氣缸停止運動，常開觸點閉合，伺服驅(qū)動器執(zhí)行DDRA指令，機(jī)械手開始向上移動。當(dāng)機(jī)械手到達(dá)上限位X006時，X006的常閉觸點斷開，伺服停止移動，同時X006的常開觸點閉合，伺服開始向左移動，當(dāng)機(jī)械手移動到左限位X007時，X007的的常閉觸點斷開，伺服停止移動，同時X007的常開觸點閉合，機(jī)械手向下移動，X006復(fù)原，當(dāng)機(jī)械手移動到下限位X005時，X005的常閉觸點斷開，伺服停止移動，此時，機(jī)械手在機(jī)床卡盤的位置，同時X005的常開觸點閉合，驅(qū)動機(jī)床卡盤夾緊，當(dāng)機(jī)床卡盤夾緊工件完成時，中間繼電器M20得電，M20的常開觸點閉合，則中間繼電器M5得電，機(jī)械手松開工件，當(dāng)機(jī)械手氣缸移動到X017下限位時，X017的常閉觸點斷開，機(jī)械手氣缸停止運動，同時X017的常開觸點閉合，PLC輸出DDRVA指令給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動升降電機(jī)向上移動。在圖2中，當(dāng)機(jī)械手移動到上限位X006時，X006感應(yīng)開關(guān)得電，常閉觸點斷開伺服驅(qū)動器向上的運動停止，同時X006的常開觸點閉合，伺服驅(qū)動器驅(qū)動左右電機(jī)向右移動，當(dāng)移動到右限位X010時，X010感應(yīng)開關(guān)得電，常閉觸點斷開，伺服驅(qū)動器向右的運動停止，同時X010的常開觸點閉合，中間繼電器M30通電，圖1中M30常閉觸點斷開，同時，圖2中定時器T0通電計時100ms,當(dāng)計時完成時，T0常閉觸點斷開，圖1中M30常閉觸點恢復(fù)閉合，中間繼電器M40得電，圖1中M40常開觸點閉合，開始循環(huán)運行。4.6PLC與計算機(jī)的連接界面里最上方點擊工具欄中的“在線”→“PLC讀取”，在跳出的窗口中選擇需要讀取的PLC，點擊“確定”，稍等會出現(xiàn)鏈接目標(biāo)設(shè)置窗口，點擊左上角USB，雙擊打開窗口的COM端口，選擇需要的下載線，點擊右側(cè)“通信測試”，彈出“已成功與FXCPU進(jìn)行連接”窗口，此時PLC與計算機(jī)通訊成功，點擊確定，等待彈出“在線數(shù)據(jù)操作”頁面4.7PLC程序的上傳與下載程序下載是指把在計算機(jī)中編寫好的控制程序下載寫入到PLC中使其能夠控制設(shè)備或機(jī)器的運行。PLC下載通常需要使用專門的下載線纜和編程軟件來完成。以下是三菱PLC連接的基本步驟：（1）上傳程序在彈出的“在線數(shù)據(jù)操