基于组态王和plc的搬运机械手的监控系统

基于组态王和plc的搬运机械手的监控系统内容摘要：

造，还是设计新的生产机械设备。 毫无疑问，生产、设计周期越短越好，甚至希望边设计、边安装、边调试和边生产，特别是产品更新换代，生产工艺改造，不需改动现有生产设备及其外部接线，就能马上组 织生产，这不仅节约了劳动力，而且新产品能尽快投入市场。 这无疑给企业增加了活力，提高了经济效益。 如果把这些要求得以实现，继电器或半导体都不能满足，而 PLC则完全可以实现。 这是因为四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 页 共 39 页 13 使用 PLC不必改动外部设备接线，只要对软件进行一些改变就可以了。 也就是说只要改变梯形图，按照新工艺要求重新输入新程序或修改原程序即可。 这既经济又简捷，可以达到事半功倍的效果。 据调查，目前我国 70%的机械生产设备，都是采用继电器进行控制的，除了可靠性差外，程序设计也很繁杂。 从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量很大，这势必造成设计周期长。 而采用 PLC控制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。 设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。 编程人员也可根据新产品对生产提出的新工艺要求，重新编写程序并把它存储在 EEPROM 模块中去，需要加工哪种产品的程序，操作人员可以随时调用，这既简单、方便又保密。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 页 共 39 页 14 第三章 安装搬运站控制系统的设计 安装搬运站控制系统构件概述 本课题设计是实际生产过程中安装搬运装置，其中机械手是核心。 机械手的机械结构采用滚珠丝杆 、滑杆、气缸、气夹等机械部件组成；电气方面有传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组成。 该装置是 PLC 技术、位置控制技术、气动技术有机结合成一体的生产设备。 设计要求 1．组成部分 1）机械部分：平移工作台、回转工作塔、吊臂、机械手。 2）控制部件 : 可编程序控制器 (一套 )、开关电源 : 220V/ 24V/ 5V (带短路保护 )、控制面板 : 八个按钮、两套 I/O 接口板、一套 I/O通讯接口板、四组电控气阀及其执行器件。 2．技术要求： 1) 技术参数： 磁性开关： DC7 DA90、 DA93 气 缸行程： 30mm、 50mm、 90mm； 2) 可调整参数：机械手旋转座位置前后 3cm可调、左右 6mm可调，旋转角度 180176。 可调，机械手高度 3cm可调，气缸的速度可以通过调节节流阀来控制。 3) 供电： 220V/ 1A、执行驱动电压： 24V/5A、环境温度： 055℃（工作） 2070℃（保存）相对湿度： 3585%（不结露）、接地：第三种接地、工作环境：不许有腐蚀性，可燃性气体及导电尘埃。 4) 尺寸 (长宽高 ): 600mm 420mm 800mm 净重量： 40Kg 3．控制要求 ： 将上站工件拿起 放入安装工位。 将装好工件拿起放下站。 可以急停，复位。 硬件设计 元器件清单见附录四。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 页 共 39 页 15 传感器 本装置中使用的传感器只有行程开关。 机械手的升降、旋转均采用行程开关来限位，并通过改变行程开关的位置来调节横轴和竖轴的运动范围。 行程开关：当档块碰到开关时，常开点闭合。 根据题目的要求，并通过查找资料对比，选用的是 上海秉东自动化科技有限公司 出产的 KT07R 系列的磁性开关。 其外形图如图 31： 图 31 KT07R KT07R 系列的磁性开关是一种接近传感器， 它响应于一个 永久的磁场。 作用距离大于电感传感器。 在本项目中，将磁铁安置在活塞杆的末端，将传感器的本体安置于汽缸的 2 个极限位置。 在活塞运动至极限位置时，传感器就可以发出信号。 电磁阀 电磁阀从原理上分为三大类： 1） 直动式电磁阀。 2） 分布直动式电磁阀。 3） 先导式电磁阀。 电磁阀从阀结构和材料上的不同与原理上的区别，分为六个分支小类： 直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构。 电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的 气管 ，腔中间是阀， 两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排 气 的孔，而进 气 孔是常开的， 气 就会进入不同的排 气孔 ，四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 页 共 39 页 16 然后通过 气压 来推动活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。 其中，活塞可以处于几个位置我们就称它为几位，有几个进气或排气的孔我们就称其为几通。 本项目中，选用了 4 个 AIRTAC 公司的 4V100 系列的电磁阀，他们非别为： 2 个三位五通阀(4V130C06)，一个二位五通阀 (4V12006)，一个二位五通阀（ 4V11006,带弹簧归位）。 其外形及原理图如图 32， 33： 图 32 AIRTAC 4V 系列电磁阀 图 33 电磁阀结构图 3种电磁阀的命名含义及主要技术参数如下： 4V11006 ① ② ③ ④ ① : 规格代号 ②：系列代号 ③：线圈及位数 (10:单头双位置， 20：双头双位置， 30C：双头三位置中间封闭型 ) ④：接管口径 汽缸 汽缸的种类很多，分类也比较复杂。 我们一般用到的有两种：单作用汽缸和双作用汽缸。 其 中单作用汽缸的 压缩空气只能使柱塞向一个方向运动； 需要 借助外力或重力复位。 双作用气缸利用压缩空气 可 使活塞向两个方向运动，活塞行程可根据实际需要选定，双向作用的力和速度不同。 通过性价比较，选用的是乐清星辰公司的 CU系列汽缸： CDU 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 页 共 39 页 17 2050D （双作用） 2个， CDU2090D（单作用）一个。 其外形及型号含义如图 34， 35： 图 34 星辰 CU 系列汽缸 图 35 型号含义 安装搬运站控制系统的外部接线图 外部接线时 首先要画出 PLC 原理图，然后根据原理图画出接线图。 如图 36所示。 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 页 共 39 页 18 LN 图 36 电气原理图 PLC外部电气接线图见： 附录一 急停电路接线图 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 页 共 39 页 19 输入接线 （ 1）输入接线一般不要超过 30m。 但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。 （ 2） 输入、输出线不能用同一根电缆，输入、输出线要分开。 电源接线 电源是 PLC引入干扰的主要途径之一， PLC应尽可能取用电压波动较小、波形畸变较小的电源，这对提高 PLC 的可靠性有很大帮助。 PLC 的供电线路应与其他大功率用电设备或强干扰设备（如高频 炉、弧焊机等）分开。 为了提高整个系统的抗干扰能力，可编程序控制器供电回路一般可采用隔离变压器、交流稳压器、晶体管开关电源等。 我们正是用了开关电源来抗干扰。 PLC供电电源为 50Hz、 220V10%的交流电。 由于本设计使用的是 FX2N 系列可编程控制器，所以有直流 24V输出接线端。 该接线端可为输入及传感器（如光电开关或接近开关）提供直流 24V电源。 电磁阀我们则选择了外接电源的发法，这样可以有效的保护PLC，同时还可以减少干扰。 接地 正确选择接地点，完善接地系统接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。 完善的接地系统是 PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。 系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。 对 PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。 良好的接地是保证 PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。 所以我们给可编程控制器接上了专用接地线。 安装搬运站的动作实现过程 安装搬运站的全部动作由汽缸进行驱动控制。 机械手的松开 /夹紧和旋转座正转 /反转是通过两个继电器的吸合与断开来控制汽缸伸出 /缩回来实现的。 机械手的上升 /下降由一个单线圈两位置 电磁阀控制。 当该线圈通电时，机械手下降；该线圈断电时，机械手上升。 打开电源，复位灯闪烁，按下复位按钮装置复位，开始灯闪烁，复位灯灭，复位动作：夹爪打开，机械手抬起，回转工作塔转到上工位（ A工位）。 按下开始按钮，开始灯灭，机械手下降碰到下限位开关，夹爪夹紧，等待 ，机械手抬起碰到上限位开关回转工作塔转到安装工位（ B工位，转动是靠汽缸的伸缩改变带动转轮转动的），伸出缸1缩回碰到后限位开关机械手下降，下降碰到下限位开关夹爪打开（等待 秒），机械四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 页 共 39 页 20 手抬起碰到上限位开关，等待工件安装（等待 2 秒），机械手下降 ，碰到下限位开关夹爪夹紧 (等待 )，机械手上升，碰到上限位开关回转工作塔转到下工位（ C工位），伸缩缸 2缩回，碰到后限位机械手下降，碰到下限位开关夹爪打开 (等待 )，机械手抬起，碰到上限位开关回转工作塔转到上工位（ A工位），完成一次操作，然后循环操作。 工位示意图如图 37所示。 图 37 工位示意图 PLC 程序设计 I/O 点数的确定及 PLC 类型的选择 由于机械手系统的输入 /输出点 适中 ，要求电气控制部分体积小，成本低，并能够用计算机对 PLC 进行监控和管理 ，该机械手的控制为纯开 关量控制，且 I/O点数不多，需要 14个输入点和 10个输出点，考虑留有一定的余量。 故选用日本 三菱 公司生产的多功能小型 FX2N48MT(如图 38)主机 ， 该机输入点为 24个 ，输出点为 24个。 如图 38 FX2N48MT 外形 四川职业技术学院毕业设计（论文） 第 页 共 39 页 21 PLC 的 I/O 分配 根据机械手动作的要求及机械手实物教学实验装置说明指导，输入、输出点分配如表 31所示。 表 31 PLC 的 I/O 分配表。