1、20xx 届毕业设计说明书基于 PLC 的焊接机械手控制器设计 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 职称 高级实验师 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气本 完成时间： 年 月 摘 要焊接机器手写所作为工业机器人中的一种，主要有分为切割和喷涂两种功能。可以利用机械手的高自由度和高精准度来焊接一些么人们手工无法做到的工作，比如对一些细小的零件进行加工。同时加快了流水线作业效率，推动了社会的发展。焊接机械手，通常是有焊接部分和机械手部分构成的。由于焊接部分过于的简单本次设计不加以讨论。在本设计中介绍了本人对国内外机械手研究的理解及 PLC 技术发展趋势的认识。介绍了本
2、人设计的基于 PLC 的焊接机械手控制器的工作原理以及焊接机械手动作实现过程。由该设计的系统程序使用 GX Developer（简称 GX）设计的，该软件是设计在校期间所学习的设计软件有一定的熟悉程度。GX 可以完成该次设计使用的 FX 系列的 PLC 梯形图，同时还可以将 word 文档的各种注释导入程序中，便于设计者在程序方面的设计。同时 GX 有操作简单，和 PLC多种连接方式，方便调试等特点。本次设计的在程序方面的内容主要是 PLC 的步进，周期，连续三个工作模式下让机械手完成 X、Y 、Z 三个方向的动作。关键词：机械手；PLC；AbstractAs the 21st century
3、 the pace of industrial and other fields has been rapid development. People need to work requirements and have begun to gradually beyond the scope of the manual can do people need to work a variety of to work under the factors such as high temperature, toxic gases harm. These requirements in industr
4、ial production increased the difficulty of the workers work, some even endanger the lives of employees. With single chip microcomputer in the 21st century, such as PLC technology mature, began to shine on the stage of human industrial manipulator, successful completion of the human demand for produc
5、tionIn this design introduced himself understanding of manipulator research at home and abroad and the understanding of the development trend of PLC technology. Introduces the design of my working principle of welding manipulator based on PLC controller and welding manipulator action implementation
6、process. The design of the system program use GX Developer (GX) design, the software is the design of the software design during the period of school learning has certain familiarity. GX can be used to complete the design of FX series PLC ladder diagram, at the same time can also be word document va
7、rious comments import program, to facilitate designers in program design. GX has a simple operation at the same time, PLC and a variety of connection, convenient debugging, etc. Content in application of this design is mainly PLC stepper, cycle, continuous three working mode for manipulator to compl
8、ete the X, Y, Z three directions of movement. Hardware is the connection of the PLCKey words: manipulator; PLC目 录摘 要 2Abstract 31 绪 论 11.1 本次设计的目的和意义 .11.2 机械手在国内外的研究概况 .11.3 关于本次设计的研究内容 .22 机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介 42.1 选择与机械手控制方式的讨论 .42.1.1 控制方式的分类 42.1.2 PLC、IPC 和 DCS 三者的对比的对比 .42.1.3 关于机械手控制形式的选定 52
9、.2 可编程序控制器简介 .62.2.1 PLC 的结构 .62.2.2 PLC 的特点 .72.2.3 PLC 的主要功能 .92.2.4 PLC 的经济分析 .92.2.5 PLC 发展状况及趋势 .103 焊接机械手控制器 PLC 程序的设计 .123.1 机械手控制系统构件概述 .123.1.1 步进电机 123.1.2 步进电机驱动器 123.1.3 传感器 143.2 机械手的动作实现过程 .153.3 PLC 程序设计 163.3.1 I/O 点数的确定及 PLC 类型的选择 .163.3.2 PLC 的 I/O 分配 .163.3.3 编程指令的选择 173.3.4 PLC 程
10、序的设计 .173.4 PLC 机械手的程序调试 .233.4.1 机械手的调试方式以及调试步骤 233.4.2 机械手调试过程以及仿真图 233.4.3 调试结果和总结 .25结束语 26参考文献 27附录 A 29接线图： 29附录 B 30梯形图： 30附录 C 34仿真图： 3411 绪 论1.1 本次设计的目的和意义机械手在目前是作为一种的工业机械人在运用，这种控制目标经常在工业自动化方面经常出现。工业自动化技术在近年来逐渐地成熟，作为逐渐成熟的一门技术线已经在工业自动化中快速发展一门独立的学科。机械手的应用开始渗透到像焊接，物流，机械加工等各个行业。尤其是用在像在高或者很低的温度，
11、充满有毒气体，高度辐射的情况下，机械手在类似的情况下展现了很大用途也给员工带来了很大的便利。正是因为如此机械手得到了人们的注意开始得到了很高的发展。从劳动率，劳动条件，劳动强度等几个方面推动了发展。于是在国内外都得以大力发展PLC(可编程序控制器)是针对在各种特殊环境和特殊条件下而设定的机械装置。在现在的发展情况下乘上了微电子技术和自动控制技术飞速发展的列车，成功的让 PLC 在硬件软件和模拟控制等方面赢的巨大而成功发展，现在依然发展成为一个工厂自动化程度的标准之一。正是因为机械手的技术得以有发展良好的发展使得各项的生产资本有了很好的优化，并且机械手展现出了本特有的优点如：有优良的兼容性、较广
12、泛的实用性、硬件的配套齐全、有可在较短时间内掌握的编程方法，从而在工业的范畴内 PLC 的应用变得随处可见。机械手在很多的发达国的工农业上的得到了应用，如运用机械手收割大面积的农田、在重复作业的高速流水线上使用机械手等。现今我国的自动化水平不高加上地区限制，所以在我国的机械手的发展水平略低于国际。该次设计主要就是通过 PLC 来实现焊接机的机械手臂自动化控制。这次的设计让设计者对在校所学的有个一定的巩固，了解了一些平常没机会认识在世界范围内一些领先水平的知识有了一定认识，但愿设计者可以在以后的设计中能够成功的运用在这次设计中所得的经验1.2 机械手在国内外的研究概况自动化机械手臂研究开始于二十
13、世纪中期，经过多年来伴随着计算机和自动化技术的发展，使得机械手臂登上了工业自动化大舞台并且大放异彩，逐渐成为一种工业化评价的标准，从此可见其重要性。现在初代机械手臂投入了大部分的量产生产和使用在生产线上，这就是通过程序控制机械手臂。作为第一代的机械手主要特征是以点位控制系统为主，虽然么有向后面几代那样可以检测外部环境，但还是可以成功的完成像焊接、喷漆、运载以及供用料等比较简2单的动作工作。第二代机械手臂开始配备传感器从而机械手开始有对外界环境有了一定的“感知” ，这时的机械手臂还是使用的程序控制作为基础的。不同的是这代机械手开始有了“触角”可以通过检测系统来“察觉”外部工作环境再根据检测的结果
14、校正自己的“思想” （相应相应的适应性算法） 。种类别的机械手的“触角”正是接触式传感器这类比较简单的传感器也正是这类传感器的发展使得机械手有如此发展，也使得上面所说的“思想”得以运用。伴随着现在的发展，发展出了第三代机械手。有了前两代奠定的基础使得第三代机械手的现在处于蓬勃发展的阶段。他与前两者相比它可以更好的更精确的检测外界环境与作用对象，再更好的“感知”系统下机械手的可以更快更好的更准确的反馈并处理面对的状况，可以对自身的所做出的动作快速判断。现在随着理论的扩充使得机械手对外界情况的判断能力越来越强，使得机械手具有相当于人类五感的感觉，可以较为成熟进行探索、搜索踪迹、辨别颜色等各式各样的
15、高仿生动作，可以想象不远的将来出具有自主学习、声纹分辨等高度智能的人工智能。伴随着现今的快速发展机械手的研发是的机械手有了多样的应用，比如：高仿人类手指动作机械手臂、微形体积的机械手和微控系统（如肉食者这样的无人机等） 、人工智能机械手臂（不仅可以对其的动作进行预定设置；还可根据变化的工作环境进行判断，从而相应地进行动作如：判断障碍物的回避移动，自动规划工序，智能学习等） 。机械手的应用领域现在正在向医学，服务等行业扩展，并且现在军用机械手技术越发成熟，开始在越来越多地部队上使用。从国际的方面：最近几年来机械手得到了飞速的发展，在各行各业中都有所应用其中为如下几个部分：（1）机械手的运动能力越
16、来越强，功能越来越多，在此同时机械手臂的机价格不断降低。 （2）机械手越来越容易组装，给安装人员带来了很大方便。 （3）控制系统的使用平台越来越开放，这给控制器兼容方面给机械手带来了方便（4）伴随着传感器日渐发展，机械手已经由理论和虚拟阶段发展到现在量产生产的阶段。国内方面：现在机械手的工作类型方面，像进行焊接的，进行零件组装的，进行喷涂的等各方面的机械手在生产的方面已然成熟了，目萍姐现在的技术已经可以轻易的解决设计和编程上的问题，在关键技术上解决了驱动系统的设计和配置这一难题。还掌握了弧焊自动工业制造线这种高难度的流水线；在关于基础元件即硬件的方面：机械手的电源的焊接技术和焊缝的自动装置也有
17、了技术上突破。1.3 关于本次设计的研究内容关于设计是用 PLC 控制的焊接机械手的控制器是这次的设计对象，关于主3控制系统软件的设计主要是编写的流程图，即将整个流程细分为多个个步骤，为了可以肯定每一步，一步一步控制的要求之间的转换条件，设计，定时，计数，分支，循环，跳转指令可以完成梯形图设计。所以在本次采取 PLC 编程语言事梯形图的方式，由于梯形图的编程可以直白的表达本次设计在控制方面的要求，编写是运用 GX.Developer 编程软件，此软件支持三菱 FX 系列的 PLC。为设计者所熟悉的编程软件，加快了本设计的编程效率。42 机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介2.1 选择与机械
18、手控制方式的讨论2.1.1 控制方式的分类继电器和分立电子线路可以老旧的工业设备中自控，同时也比较常见。这主要是这两种方式造价相对低廉并且可以满足这些老式的、简陋的（或说简单的）工业设备。所以现在还是可以看到这些方式，但上述两种控制方式（继电器和分立电子线路）却有这些致命缺陷：（1）不能适应复杂逻辑控制；（2）仅仅适合当前的工程项目，缺乏兼容性；（3）不能随着设备的改进而对系统进行改造。现代工业自动化技术的发展的春风使得我国的工业自动化的水平大幅度提高，完成了由继电器想着计算机技术的完美过度。在控制方面计算机展示出他的两个强大优点：（1）每一个硬件上可以安装一个甚至多个微型处理器；（2）软件的
19、编写内容正式设计者控制思想的体现。在现在以下几种方式正是在工业自动化范围内经常可以看见的三种方式：（1）Programmable Logical Controller（简称 IPC） ；（2）Distributed Control System（简称 DCS） ；（3 ）Programmable Logical Controller（简称 PLC） 。2.1.2 PLC、IPC 和 DCS 三者的对比的对比1、各自技术的起源和发展人们对快速大量数据处理的要求使得人们发明了计算机。这个人在硬件方面带来的恩会有，人们使用的总线更加高程度的标准化，可以使用更加具有兼容性的工具，是软件的资源更加的丰富
20、，尤其是满足了对可操作系统方面的即时性的需要。所以计算机可以很好地控制被控制对象，并满足人们对其速度上，虚拟模型上，实时性上以及在计算量上的要求。集散系统最开始是用工业自动化仪表达到控制目的控制系统，而如今则是已成功的发展成用工业控制计算机作为中心的集散系统，再转变以后的集散系统在模拟量处理、回路调节等方面开始体现出所其用的巨大优势。初期虽然集散系统在回路调节方面的有很大优势，但还只是作为连续过程控制的一种手段。PLC 是相应优化继电器的需要而诞生，其主要使用在工作顺序控制上，早期主要是取代继电器这种笨重的件组成的系统，侧重于用开关控制系统运行顺序的功能。5以二十世纪七十年代初出现了微处理器为
21、标志，使得微电子技术得到了迅速的发展，人们很快的将对微电子处理技术运用在了 Programmable Logical Controller（即可编程逻辑控制器）上。使得可编程逻辑控制器增多了相较繁杂的逻辑运算，数据传递及处理等功能。到了二十世纪七十年代中末期技术和功能上发生了飞跃。在七十年代初的基础上，功能得到了加强和增加，提高运算速度、拥有跟小的小型体积、更强的工业抗干扰性，跟高的性价比。CPU 的处理能力上也跟上了工业控制计算机发展的脚步。2、相同点随着现在技术的发展尤其是在微电子技术方面。使得三者编程方面也有些相同点。与此同时也给 PLC、集散系统(DCS)带来了冲击，使得二者之间的差异
22、性正在缩小。 （甚至会有人提出两者可以互相替代）都作为工业自动化控制系统两者在控制功能、通讯方式基本相同。对于 IPC 来说于前两者来说在硬件方面有些类似。3、IPC，DCS 和 PLC 三者之间的不同点PLC 和 IPC 分别为不同的两类产品。二者已经发展出了在各自特点，本身特有装置的特性以及不同的软件工具，从而两者的区别也是非常的明显。PLC 所使用自身编程器或者在 PC 上机编程，但一般采用专用的网络结构，从而更加具有针对性。而 DCS 虽然也是编程器或用计算机编程，却都以以太网络网络平台方便资源共享，从而更加分散化更加注重仪表控制。综上，三种控制器各有优劣，在选择时我们首先要从实际的项
23、目要求、周边的现场环境以及经济性价比等多方面要求考虑。不能因为某种控制器的片面的一点，而去武断的说孰优孰劣，我们必须按照客户或现场不同的要求和条件谨慎地的选择控制的使用2.1.3 关于机械手控制形式的选定PLC 是一种实现自动控制的系统，其实现手段是通过软件来完成控制功能，软件的编程指令系统是由 PLC 厂家提供设计的，可以通过在机械设备的工作过程当中所体现出来。PLC 从出现到模拟到实践到投入生产再到现在的大批量的生产制作，在这段期间经过无数次改革，改进和发展，现在各个工业发达的国家已然成为重要的工具和产品。目前，PLC 在国内外的市场上已成为应用较为广泛的工业控制方面的产品，PLC 设计的
24、自动控制器因为其针对小型自控场所，同时，也可应用在大型的自控的场所，从而得到很高的欢迎度。PLC 在工业自动化的领域里拥有强大生命力，并且还在持续地成长改进。6最主要的原因是他可以达到不同工业的不同的要求，并且还具有着可靠性高、在有高性价比的同时有抗各种干扰的能力等其他控制器没有的优点。编程简单易学，安装简易，使用简便。相对单片机而言，PLC 在现场总线和处理器之间有方便处理器和 I/O 进行数据交换的通讯接口，这个设计使得 PLC 的输出输入端口贴近现场不需太多的接口，这样优化了设备的接线线路。PLC 的下端输入端使用了继电器、晶体管等控制部件，而上端则是使用面向用户的微型计算机。在人们行使
25、的时，不需要进行像跟计算机一样复杂的培训，就可以在短时间内较为熟练的进行简易的操作以及进行简单逻辑的编程。凭借着上述的优势就可以很容的完成各式各样的工作的要求。PLC 相对其他控制器有多种优势。正是因为看中了 PLC 拥有灵巧的体积、轻盈的重量、多样的控制方式的特点。还有高可靠性、操作简单、结构简单方便于调试，模块化等特点。正是因为这些优点使得 PLC 可以很出色完成各种各样的工作要求。正是因为设计中采取了控制器选用 PLC 的方案，使得机械手的自动化水平得以大幅度的提升。并且这种设计使得继电器减少使用频率了大幅度的减少，也尽量避免了硬件接线的使用，这些提升和改进让系统更加的稳定。与此同时，P
26、LC 的选用为程序和工艺的改进提供极大的方便。根据以上所述，该次设计采取选用 PLC 作为控制器的方案。2.2 可编程序控制器简介可编程序控制器，英文名 Programmable Logic Controller 简称 PLC 或 PC，在初期是根据继电器的逻辑控制方式加以改进，再到后来得以大力发展而来的，在发展的过程中，不断跟着微电子技术快速发展的脚步，不断的改进自己发展自己。2.2.1 PLC 的结构计算机（就是我们说的 PC 机）跟 PLC 相比较的情况下在结构没有太大区别，PLC 也是由两大部分硬件系统和软件系统构成。PLC 在硬件系统就是CPU、 EPROM、ROM、I/O 部分、P
27、SU、PRGMR、I/O Expansion Unit 和其他外围设备组成。以上每个部分都有自己那部分的总线。其结构简图如下：7图 1 PLC 硬件结构图所谓的软件系统指的 PLC 是各种程序的集合，通常是通过系统程序和用户系统程序两大部分构成。每个 PLC 成品都有自己完整的系统程序，这个都是由PLC 的生产者提供给出。这个系统在没有特效要求的情况下，一般是在EPROM 中，功能就是能够让其自身正常运行。对于可以根据用户的要求来编写的那部分程序，即是我们称为的用户程序。完整的 PLC 系统是由硬件系统和软件系统两部分构成的整体，两者谁也不能够少。2.2.2 PLC 的特点我们使用的可编程控制
28、器哦是一种用微机当做核心的装置，所以我可以把它看成一种工业控制方面的专用计算机。无论国内外几乎所有的机械手系统，所使用的控制方式都是是相同的采用我们所选用的 PLC 来控制，对于现在这种高要求的机械手系统的设计中根为普遍。接下来讲述 PLC 的五大优点：1、灵活性，泛用性简洁方便是设计的要求之一而我们要是使用继电器的话，就与这个初衷背道而驰了。因为继电器很大而且安装的话一般也会很多。这与设计师要求的简8洁背道而驰的。同时，当整个系统是面对不同的要求是要设计不同的电气控制图，此后还有一系列的繁杂的工作如：布线，焊接等要靠人工完成的工作。这一系列的安装过程是要耗费大量的人力物力的。这里就与设计要求
29、的方便完全相悖。也是一种极为浪费的做法。因为设计者在工艺上有什么改进的话，我们就不得不改变我已安装好的控制系统了。接下我们将会面对一大系列的工程。首先我们拆除我们开始安装好的系统，然后我们在在线抢浪费了材料的基础上又重新开始布线，焊接等人工工作。换句话说我们又开始消耗一次大量材料和人力当然还有工时，跟不要说老板的工资。在转过头来看我们所选用可编程控制器。因为我们的 PLC 控制控制对象的程序是存储在存储器中的，我们可以假设如果对控制对象有不同先前的工作要求需要进行更变，那我们变动的是仅仅只是控制器上接线而已。我还可以假设，我们因为工作要求对于同一台可编程控制器来控制于不同先前的控制对象的话，我
30、们只是需要按照工作的要求更改的程序在存到存储器。有上述所说完全体现了 PLC 的灵活性、泛用性。2、有很高的稳定性，抗干扰能力强现在工作要求越来越高，环境越来越苛刻。所以我们对控制器的要求的可靠性，抗干扰性有了很高的要求。正是这样的要求机械手必须在苛刻的条件下(如电磁干扰、高温、湿润、低温、粉尘等)，还可以稳定的进行工作，有较低出现故障的几率，当然这些对环境和条件的要求是每种控制系统也是要考虑。由于现在的技术使用了高集成的微电子技术，故障的未变的更加容易。由于其动作是通过无触点半导体来完成的，大大的提高了工作的稳定性。使其工作稳定程度是使用笨重的机械触点的继电器没有办法可以比的。为了使能够在艰
31、难的工业环境下工作，设计者和制造者会在设计和制造过程中会使用一系列的措施来增强刚干扰的能力，使其在恶劣的工作环境下可以稳定可靠的工作。3、便于维修，操作简单PLC 所采用的设计方式和符号都是相关者所熟悉的，所以使对于使用者来说可轻易的读懂，更不用说对程序进行修改抑或是编写。这种设计对操作者来说，就算没有经过特别的计算机的培训或对计算机不是非常了解的人也可以熟练掌握。由于使用的是梯形图等方式编写，程序将会十分的明了直观，所以只需要写好操作说明书，就可以让操作人员在很短的时间内学习和使用。4、功能强PLC 不单单只是有有前提的情况下一些基本的控制功能，也可以非常好的进行 A/D、D/A 转换、数字
32、运算。也可以出色地完成生产过程监控。正是这样，它在出色的进行开关量的控制，也可以的轻易地进行模拟量的控制；不仅仅可以控制独立的机械手，又完成含有多个机械手的流水线的监控和控制；既可执9行单一逻辑的系统控制，又可实现结构庞大系统对控制对象的控制；既可根据现场情况进行控制，又可达成远距离指挥操控。5、提高机电一体化的程度，体积小巧，重量轻盈PLC 构成的使用半导体集成电路的结构。这种设计使得 PLC 有小体积、轻重量、小号的功率较小的特点。针对于各种要求不相同的工作环境而设计的计算机，体积小巧，结构紧凑，经久耐用。结合有上面叙说的可靠性以及抗干扰的本领，能够使其更加容易的安装在控制对象上一些不好安
33、装像继电器这样大体积的地方，可以很好改进一些设备，提高设备现代化程度。虽然有上述的诸多长处，该方式仍然有自己不够好的地方，在性价比上与单片机控制和继电器控制略高，其开发能力相较于单片机要差一些，并且因专用的网络结构使得通用性不是很好，可编程序控制器以及其附属单元会根据不同厂家要求而变化等等。2.2.3 PLC 的主要功能PLC 有很广的应用、并且更新速度快的工业自动化装置。在计算机集成制造系统(CIMS)和工厂自动化(FA)领域中占据着很重要席位。PLC 系统主要有以下功能：1) 编程便易，调试方便；2) 控制功能多样化；3) 便于沟通的人机界面；4) 对于数据的收集，存储；5) 联网通讯；6
34、) 可以调理的 I/O 接口。PLC 在外形，体积，性价比等方面跟着技术的进步在不断优化，软件系统方面在价格方面的所占的比例也开始加大，使得各商家开始进行激烈的价格竞争，一直保持着较高的性价比。此外，采纳 PLC 使设计、编程和投产周期大大减短，进一步优化行使的价值。PLC 产品如今主要发展现场总线，使得 PLC 迎来了二次技术更新，以满足更高的工业与民用的需要。2.2.4 PLC 的经济分析结合上面所说的，PLC 控制机构设备可以在各类不同的情况下使用，将会是作业流水线和生产工艺方面的自动化程度越来越高，同时也在工业自动化范围领域内大放异彩，可以看见 PLC 控制在未来的工业生产中有宽泛的应
35、用。在价值方面是否应该使用 PLC，应从以下几方面考虑：1、出于对成本影响的各种因素综合的考虑虽然现在的工业控制器林林总总，但主要有三个不同的类别： 硬件逻辑10控制；开关量控制 ； 模拟量数字控制这三类。这三者中就价格和性能来说的话，高性价比的 PLC 是最为合适的。2、从产品的制造生产的时间周期和控制器在设计上考虑对于旧设备我们需要进行改进，对新设备我需对其进行设计和调试。对于设计的要求务必要做到将各个阶段所使用的时间做到优化到最短，从而达到最理想的周期。不少设计者追求的理想状态能够将设计，安装，调试，生产融为一个整体，这种理想状态加快产品推陈出新速率，对生产的要求和工艺不断地要改造，但又
36、不需对现有生产设备进行很大的改动，只需要改变外部接通方式和型具，可以迅速的组织和进行各式各样的不要求的生产。这样的状态给工业生产带来巨大推动力以外，还可以为社会节约下大量的劳动力，提高了产品的质量和投入市场的速度，对社会和企业实际有好处的。这种控制的方式无非是给企业注入了一剂强心剂，使得经济效益可以大幅度增长。虽然我们无法达到这样理想状态，但是依靠简单笨重占体积的硬件逻辑控制或者繁杂大量的模拟量数字控制都不能很好的想着这个理想状态靠拢。而我们的开关量控制可以很好满足这个要求。因为 PLC 的控制要求主要在于存储器的程序中，所以我们只要更改其存储在存储器中的程序就可以了。换句话说我们只要对程序进
37、行更改，向存储器输入根据新的工艺编写的程序或对原程序略加调试便可以了。使用这轻便的控制器，可以达到事半功倍的结果。更具设计者在网上的调查，我国的机械设备生产有百分之七十，都是对控制对象使用硬件逻辑控制进行控制的，阻碍了设备的改进和革新，拉低了设备的可靠性，是控制程序的设计便更加复杂。根据上述讨论就可以知道硬件逻辑控制技术的设计条件的要求和施工要求的苛刻，还会增加土面设计的工作量和复杂程度，延长设计时间这是万万不可取的。假设是以 PLC 作为控制的方式可以节省大量的设计的工作时间，也节省不少要画成图表文件资料的制作。设计者直接使用用编程器或者使用和 PLC 连接的 PC 机来编辑成程序，或者按照
38、现场生产要来修改使得梯形图可以变得更适合于当前的生产状况。假设设计这要设计新产品，有了新的生产要求，重新编写或者改写程序再把新程序存储器中去。当要加工这个新产品时，可以调到相应程序进行生产。从而节省了大量的替换时间。2.2.5 PLC 发展状况及趋势PLC 得到了快速的发展，却在发展中出现了两个截然相反的趋势：一种方向更快，更小，更低廉，功能更强，但是忽略了连接的性能；二是向更加网络化，更好的兼容性，功能更多样化但是却忽略了性价比和体积大小。1、与大型网络相连接11这个方向的发展，使得 PLC 和 DCS 的界限越来越不明显，甚至使 PLC 更够完成 DCS 的工作。PLC 随着网络的发展通行
39、能力越来越强，这样情况下的使得 PLC 可以多个下级的连接框架，也多个上级网络相连接。正是和大型网络的连接使得工程的自动化水平得到大幅的提高。 2、功能的多样化伴随着自调整、基本控制模块开发和发展，使 PLC 控制在控制的领域中舞台越来越宽广。123 焊接机械手控制器 PLC 程序的设计3.1 机械手控制系统构件概述机械手的模型不在本次策划讨论中，不讨论在机械结构；主要是在电气方面要求机械手含有以下部分：Stepper motor（步进电机） 、DC motor（直流电机）、Sensor（传感器） 、SMPS （开关电源） 、YV（电磁阀）等电子器件。3.1.1 步进电机本次设计所行驶机械手要
40、求的动作主要靠步进电机，所选的是二相八拍混合式的，与直流电机相较之下有更好的停止能力，再配上滚动滚珠丝杆以及滑杆的组合，让机械手可以拥有更加精确和平稳的运动。步进电机有体积小，启动市的频率很高， 高运动是的频率也很高，有转矩带有定位的特点。其电气接线图如 2 所示：图 2 步进电机电气接线图3.1.2 步进电机驱动器Output（输出部分） 、Signal input part（信号输入部分） 、Power input part（电源输入部分）这三个部分构成了步进电机驱动器。如下述 4 个列表所示已给出给出的各种驱动器参数。有关控制器与驱动器之间的连线，如图 3 所示。驱动器的对电机控制功能主
41、要在于控制其转速和方向。关于驱动器的电源来源于面板的电源模块，驱动器的信号端选取了典型值正二十四伏，选取一千五百欧姆的限流电阻作为驱动器的保护电阻（见图 3 中 1.5K 电阻） 。低电平有效对于驱动器的 IN 有效。光耦合的开启和关闭的驱动器是由 PLC 的输出点控制，当输出线圈来电，三极管导通，相应的冲击输出低电平，使光驱动耦合传导，当 PLC 输出线圈失电，晶体管关闭，驱动器的光耦闭合。表 1 电气规格13说明 最小值典型值最大值单位供电电压 18 24 40 V均值输出电流0.21 1 1.50 A逻辑输入电流6 15 30 mA步进脉冲响应频率 100 kHz脉冲低电平时间 5 1
42、s表 2 电流设定电流值 SW1 SW2 SW30.21A OFF ON ON0.42A ON OFF ON0.63A OFF OFF ON0.84A ON ON OFF1.05A 0FF ON OFF1.26A ON OFF OFF1.50A OFF OFF OFF表 3 细分设定细分倍数步数/圈（1.8 整步）SW4SW5SW61 200 ON ON ON2 400 OFFON ON4 800 ON OFFON8 1600 OFFOFFON16 3200 ON ON OFF32 6400 OFFON OFF64 12800 OFFON OFF由外部确定动态改细分/禁止工作OFFOFFOFF
43、 表 4 接线信号描述信 号功 能PUL脉冲信号：上升沿有效，每当脉冲由低变高时电机走一步DIR方向信号：用于改变电机转向，TTL 平驱动OPTO光耦驱动电源ENA使能信号：禁止或允许驱动器工作，低电平禁止GND直流电源地+V直流电源正极，典型值+24VA+电机 A 相A- 电机 A 相B+电机 B 相B- 电机 B 相14图 3 PLC 控制器与步进电机驱动器连接及工作原理3.1.3 传感器该设备是用于传感器分别为接近开关和行程开关。基座（即 Z 轴方向的控制）采用接近开关（金属传感器） 。为了加工不同的工件，根据工件尺寸可在一定范围内改变基座角度、方向等来达到工件尺寸的要求。焊接机械手 X
44、 轴运动（前进和后退） 、Y 轴运动（上升和下降）都是使用行程开关来控制距离，也可以根据不同的工件来改变行程开关的位置。1、接触开关：有三根连接接近开关（棕、兰、黑）棕色接电源的正极、蓝色接电源的负极、黑色为输出信号，当机械手的基座上物块接触接触开关时，输出低电平，反之为高电平。输出端在传感器有动作时与地接通。与 PLC 之间的接线图见附录 3，工作原理如图 4 所示。2、行程开关：当挡块碰到开关时，常闭点断开。图 4 传感器工作原理图153.1.4 直流电机驱动单元本次设计基座的的正反转是利用继电器的吸合和断开来实现的，而继电器这是本次设计中直流电驱动单元的构成部分。成对低电平不管是输入还是
45、输出都有效。接线方式见附录 C3.2 机械手的动作实现过程本次设计的机械手的动作方面是由上面两种电机执行，两个对应的驱动进行控制。步进电机所进行的所有运动是通过驱动器控制得以实现的，就是说只有当驱动器把脉冲输入步进电机的时候才能运动，且步进电机每走一步必须要接受的脉冲产生由高到低的变化；对于电运转的方向的改变，必须要输入方向性的信号。机械手在 X 轴和 Y 轴上的运动的控制，就是利用驱动器控制电机的转向来实现的。Z 轴向的运动控制是由继电器来掌控直流电机的正反转来实现的。机械手的焊枪通过一个单线圈两位置电磁阀控制。下面以介绍自动程序为例进行介绍：确认机械手起始点为原点，启动机械手。机械手停留在
46、原点，触发点以为原点位置上的三个传感器。驱动器将会在同时得到输入脉冲信号和电频信号，一号步进电机开始了工作，得以正转，机械手的下降运动得以开始。当下降到设定的传感器的位置时触发下限位开关，然后二号驱动器得到输入脉冲信号，二号步进电机开始了工作，得以正转，机械手横轴运动得以开始。右移到位时碰到右接近开关，右移停止。三号驱动器也会接受到输入脉冲信号，机械手向前运动，当前进运动到前限位开关，前进运动停止。电磁阀工作焊枪开始进行焊接工作，焊接时间预设为 3 秒。三秒过后，电磁阀再次工作，焊枪停止工作，等待时间预设一秒。焊接工作完成后，三号驱动器将会在同一时间内接收到输入脉冲信号和电频信号，三号步进电机
47、开始了工作，反转，机械手后退运动得以开始，后退到设定的传感器的位置时后限位开关的位置时，后退运动将会被停止。二号驱动器将在起头被输入脉冲信号，二号电机运作，反转，机械手向左移动，移动到左限位开关时，停止左移。PLC 向驱动器一输入脉冲信号，一号步进电机开始正转，机械手开始向上运动，当运动到上限位时机械手停止运动时，机械手停止运动。此时焊枪停止工作，机械手回归原点。此时机械手的九步工作动作循环完成。以下动作示意图16图 5 机械手的动作示意图3.3 PLC 程序设计3.3.1 I/O 点数的确定及 PLC 类型的选择为了方便对步进电机的运转进行很好地控制，本次设计使用的可编程控制器必须同时输出两
48、路信号到步进电机驱动器。因为本次设计的程序的 I/O 点较少，所以改设计对电气控制部分具有 PLC 普遍的特点。该此设计采用了以纯开关量逻辑的控制为主要的手段，设计所要求的 I/O 点数为 21 个输入点和 7 个输出点。所以设计者对本次设计使用的是三菱公司的控制器，型号为 FX2N-32MR-UAI/UL 的控制器。该控制器的 I/O 点完全满足设计的需求，并留有余量方便改进。接线图见附录 33.3.2 PLC 的 I/O 分配 按照以上的要求设计者给出 I/O 分配如下表 5 PLC 的 I/O 分配表输入触点 功能输入触点 功能输入触点 功能输出触点 功能X1-SQ2 左限位 X12 回
49、原点 X21 停止焊 接 Y0 上升X2-SQ2 右限位 X13 单步 X22 上升 Y1 下降X4-SQ2 上限位 X14 单周期 X23 下降 Y2 右行X5-SQ2 下限位 X15 连续 X24 右行 Y3 左行17续表 1X6-SQ2 前限位 X16 启动 X25 左行 Y4 前进X7-SQ2 后限位 X17 停止 X26 前进 Y5 后退 X11 手动 X20 焊接 X27 后退 Y6 焊接/停止3.3.3 编程指令的选择方案一：使用起动、保持、停止典型控制电路（简称起保停电路）的编程方式。使用继电器为步的设计，所以有很简单的指令。但是会有代码在设计方面一半都是冗长的程序。方案二：使用以转换为中心的编程方式。这种编程方式在编制顺序功能图较为复杂的梯形图时使用这种方式，是一种较为便捷的方法。方案三：STL 指令是由三菱制造商使用特殊指令的顺序控制设计，编程控制程序使用这个指令的话，可以使编程更方便，编制顺序控制程序时采用这种指令的话能够让编程较为方便，与此同时该方案在调试和维护上的特点，变成精简。综上论述该次设计使用编程方式选用方案三。3.3.4 PLC 程序的设计改次设计的程序有四个部分组成，分别为：通用部分、复位部分、手动部分、自动连续步进部分。该部分的说明也有这四部分来分别进行说明（一
