基于plc的机械手自动分拣装置系统的设计与实现

基于plc的机械手自动分拣装置系统的设计与实现内容摘要：

特点进行分拣；机械手则迅速返回，等待下一轮分拣抓取。 整个系统的 工作流程如图 所示，工艺流程如下所示。 （ 1）按启动按扭后，启动送料电机驱动放料盘旋转，物料由送料槽滑到物料提升位置，物料检测光电传感器开始检测； （ 2）如果送料电机运行一定时间后，并且 物料检测光电传感器仍未检测到物料，则说明送料机构已经无物料，这时要停机并报警； （ 3）当物料检测光电传感 器检测到有物料，将发出信号，上料单向电磁阀驱动上料，机械手臂 下降 ， 手爪抓 紧 物 体 ，然后 手臂 手爪 上升到上限位 ，手臂向右旋转到右限位，手臂下降 至下限位，手爪放松物体， 将物料放到传送带上； （ 4）传送带输送物料，传感器则根据物料性质（金属和非金属），分别控制相 应电磁阀使气缸动作，对物料进行分拣； （ 5）最后机械手返回原位重新开始下一个流程。 无 物 料 报 警 停 机送 料 机 构物 料 光 电 检 测有 物 料 驱 动 机 械 手机 械 手 抓 料机 械 手 臂 旋 转机 械 手 放 料传 送 和 分 拣 机 构开 始 图 机械手自动分拣装置工作流程 武汉工程大学 毕业设计 10 为了满足生产要求，机械手需要设置 手动工作方式和自动工作方式，而自动工作方式又分为单步、单周期和连续工作方式。 （ 1）手动工作方式 利用按钮对机械手每一步动作进行控制。 例如，按下“下降”按钮，机械手下降；按下“上升”按钮，机械手上升。 手动操作可用于调整工作位置和紧急停车后机械手返回原点。 （ 2）单步工作方式 每按一次操作按钮，机 械手就完成一个工作步。 例如，按一次启动按钮机械手就开始下降，下到左工位压动下限位开关自停，欲使之运行下一个工作步，必须再按一次启动按钮等。 （ 3）单周期工作方式 机械手在原位压左限位开关和上限位开关。 按一次启动按钮机械手开始下降，下降到左工位压动下限位开关后自停；接着机械手夹紧物料后开始上升，上升到原位压动上限位开关后自停；接着机械手开始右行直至压动右限位开关后自停；接着机械手下降，下降到右工位压动下限位开关（两个工位用一个下限位开关）后自停；接着机械手放松物料后开始上升直至压动上限位开关后自停（两个工位 用一个下限位开关）；接着机械手开始左行直至压动左限位开关后自停。 至此一个周期的结束，再按一次启动按钮则开始下一个周期的运行。 （ 4）连续工作方式 启动后机械手反复运行单周期方式中的动作过程，即周期性连续运行。 系统的总体方案 根据系统的控制要求， 该 PLC 系统的硬件部分主要是输入接口端与输出接口端的信号地址选择。 其 输入接口端有运行方式选择开关信号、限位开关信号、检测信号和内指令信号，这些信号将通过输入接口电路在扫描周期存入映像寄存器，以供 PLC 内部的程序执行，执行后的输出信号存在另一映像寄存器，将 通过输出接口输出，在输出接口端主要是电机驱动线圈、指示灯信号、推杆驱动线圈和电磁阀线圈。 其基本结构图如图。 输入接口 PLC 输出接口 图 系统的基本结构图 内指令信号 电机驱动线圈 限位开关 信号 检测信号 指示灯信号 推杆驱动线圈 电磁阀线圈 运行方式选 择开关 信号 武汉工程大学 毕业设计 11 该系统可以采用不同的 PLC 型号，例如西门子，三菱，欧姆龙等，综合考虑价格以及系统规模因素，选用欧姆龙系列的 PLC 更加合理一些。 根据系统的工作流程，可以将系统的 软件部分采用顺序控制方式来实现，顺序控制方式既可以采用步控制指令，也可以采用移位寄存器来实现。 如果采用步控制指令实现功能，程序清晰明了，分 布明显，但程序较长；如果采用移位寄存器实现功能，程序较为复杂，但 程序比较简明，而且系统的循环过程更好一些。 综合上述两种情况，本次设计选择移位寄存器来实现顺序控制过程。 PLC 选型及 I/O 地址分配 （ 1） 输入信号 启动按钮和停止按钮需要两个输入端子； 物料盘 和传送带物料检测信号：用光电开关作检测元件，需要两个输入端子； 手指抓紧检测信号：同样用光电开关检测元件，需要一个输入端子； 物料台限位开关：上升和下降，需要两个输入端子； 机械手臂限位开关：上升，下降，左旋和右旋，需要四个输入端子； 机械手工作方 式 选择开关：有手动、单步、单周期和连续 四 种工作方式，需要 四个输入端子； 机械手手动方式动作选择开关：有上升 /下降，左旋 /右旋，抓紧和放松三个，需要三个输入端子； 金属和非金属检测信号：用电感传感器和电容传感器分别作检测元件，需要两个输入端子。 以上共需要 20 个输入信号。 （ 2）输出信号 PLC 的输出用于控制机械手的下降、上升、右旋、左旋 、 抓 /放， 共需要 5 个输出点； 物料盘驱动电机、上料单向电磁驱动和传送带驱动电机，共需要三个输出点； 送料指示、 机械手 指抓紧和放松指示，共 需要 三个输出点； 分拣金属和非金属的 推杆驱动，需要两个输出点。 以上共需要有 13 个输出点。 由于 该系统的控制属于开关量控制，在功能上未提出特殊要求， 因此任何型号的小型 PLC 均可满足要求。 根据所需的 I/O 总点数并留有一定的备用量，可选用 欧姆龙系列的 40 点型 CPM1A 型， 其输入 有 24 点， 输出有 16 点。 PLC 的输入输出端子分配表， 如表 31 所示。 其外部接线图见附录一。 武汉工程大学 毕业设计 12 表 31 PLC 输入输出分配表 输 入 输 出 启动按钮 SB0 00000 物料盘驱动电机接触器 KM1 20200 停止按钮 SB1 00001 上料单向电磁阀驱 动线圈 KM3 20202 手指抓紧检测开关 LS1 00002 送料指示灯 L 20203 手臂左旋限位开关 LS2 00003 手臂左旋电磁阀线圈 YV1 01000 手臂右旋限位开关 LS3 00004 手臂右旋电磁阀线圈 YV2 01001 手臂上升限位开关 LS4 00005 手臂上升电磁阀线圈 YV3 01002 手臂下降限位开关 LS5 00006 手臂下降电磁阀线圈 YV4 01003 物料盘光电开关 PS1 00007 手指抓 /放电磁阀线圈 YV5 01004 传送带光电开关 PS2 00008 传送带 驱动电机接触器 KM2 20201 物料台上升限位开关 LS6 00100 推杆 1（金属）驱动线圈 KM4 20204 物料台下降限位开关 LS7 00101 推杆 2（非金属）驱动线圈 KM5 20205 电感传感器 LS8 00102 夹紧指示灯 01005 电容传感器 LS9 00103 放松指示灯 01006 单步方式 00104 单周期方式 00105 连续方式 00106 手动方式 00107 上升 /下降选择 00009 左旋 /右旋选择 00010 抓紧 /放松选择 00011 PLC 控制系统的设计 送料机构 PLC 控制系统的设计 机械手自动分拣装置的第一部分是送料机构，它是负责所有将所有的物料在放料转盘的转动下，逐个通过物料滑槽，等待提升气缸从提升台向上运送。 送料机构主要由放料转盘，物料滑槽和提升台三部分组成。 在物料下滑到指定位置处用光 电漫反射型传感器 进行 物料检测，主要 是 为 PLC 提供一个输入信号。 如果有物料在提升台上，就会驱动提升气缸提升物料；如果运行中，光电传感器没有检测到物料并保持一定的时间后，让系统停机然后报警。 提升台 采用的是上料气缸进 行动作，而 上料气缸使用的是单向电控气阀。 当电控气阀得电，物料提升台上升，当电控气阀断电，则物料提升台下降。 在进行程序设计之前，先画出 送料 的 控制 流程图，如图 所示。 送料机构的简单程序梯形图见附录二。 其功能分析如下。 （ 1）按下启动按钮 SB0，保持继电器保持信号，驱动电机线圈 通电，转盘旋转，开始送料； 武汉工程大学 毕业设计 13 （ 2）当物料检测开关检测到有物料下滑到指定位置时，上料单向电磁阀驱动线圈 通电，气缸动作； （ 3）当物料检测开关没有检测到有物料下滑到指定位置 15s 后，转盘停止旋转，并将保持继电器复位 ，系统停止运行； （ 4）用一个送料指示灯来显示送料过程的运行，在正常运行时指示灯亮，正常停止时指示灯灭，故障运行时指示灯闪烁。 转 盘 送 料检 测 到 有 物 料。 启 动气 缸 动 作有无保 持 器 保 持开 始 图 送料的控制流程图 机械手 PLC 控制系统的设计 机械手分拣装置的搬运机构能完成三 个自由度动作，手臂 上升下降 、手臂 左右 旋转、手爪紧松。 主要由两个双向电控气阀和一个单向电控气阀来控制手臂手指的动作。 在进行程序设计之前，先画出机械手的 控制 流程图，如图。 在流程图中，能清楚地看到机械手每一步的动作内容及 步间的转换关系。 根据流程图，设计出应用程序的总体方案如图 所示。 把整个程序分成两大块，即手动和自动两部分。 当开关拨到手动方式时，输入点 位 ON，其常开触点接通，开始执行手动程序；当选择开关拨到单步、单周期或连续方式时，输入点 断开，其常闭触点闭合，开始执行自动程序。 至于执行自动方式的哪一种，则取决于方式选择开关是在单步、单周期还是连续的位置上。 武汉工程大学 毕业设计 14 机 械 手 停 在 原 位下 降 到 位。 夹 紧 物 料物 料 夹 紧。 启 动机 械 手 下 降上 升 到 位。 机 械 手 上 升右 位 物 料 检 测松 开 物 料机 械 手 左 旋机 械 手 上 升机 械 手 下 降机 械 手 右 旋右 旋 到 位。 左 旋 到 位。 上 升 到 位。 物 料 松 开。 下 降 到 位。 右 位 有 物 料。 有无否是否是否是否是否否否否是是是是 图 机械手的自动运行 控制 流程图 图 程序的总体方案 根 据要求设计的手动控制程序的梯形图见附录三，此时工作方式选择开关是拨在手动位置上的，对其功能有如下分析。 自 动程序 手 动程序 武汉工程大学 毕业设计 15 （ 1）上升 /下降的控制（工作方式选择开关拨在手动位） 手动控制机械手的升 /降、左 /右旋、物料的夹紧 /放松操作，是通过方式开关、启动和停止按钮的配合来完成的。 欲进行机械手上升 /下降操作时，要把动作选择开关拨在升 /降位。 使 接通。 下降操作：按下启动按钮时，输入点 接通，则 （下降电磁阀线圈）接通使机械手下将，松开按钮则机械手停。 当按住启动按钮不放时，机械手下降到位压动下限位开关 时自停。 上升操作：按下停止按钮时输入点 接通，则 （上升电磁阀线圈）接通使机械手上升，松开按钮时机械手停。 当按住停止按钮不放时，机械手上升到位压动上限位开关 后自停。 （ 2）夹紧 /放松控制（工作方式选择开关拨在手动位） 只有机械手停在左或右工作位且下限位开关 受压（其常开触点接通）时，夹紧 /放松操作才能进行。 要把动作选择开关拨在夹紧 /放松位，使其输入点 接通。 若机械手停在左工作位且此时有物料时，当按住启动按钮时有如下动作：其一， 被置位，机械手开始夹紧物料；其二， 位 ON，夹紧动作指示灯亮，表示正在进行夹紧的动作；其三， TIM003 开始夹紧定时。 当定时时间到且夹紧动作指示灯灭时，方可松开按钮。 此时 仍保持接通状态， TIM003 被复位。 若机械手停在右工作位且夹有物料时，当按住停止按钮时有如下动作：其一， 被复位，机械手开始放松物料；其二， 位 ON 使放松动作指示灯亮，表示正在进行放松的动作；其三， TIM004 开始放松定时。 当定时时间到且放松动作指示灯灭时，方可松开按钮。 此时 仍保持断开状态， TIM004 被复位。 （ 3）左旋 /右旋控制（工作方式选择开关拨在手动位） 把动作选择开关拨到左旋 /右旋位，使输入点 接通。 右旋的操作：按住启动按钮 ,（右旋电磁阀线圈）得电使机械手右旋，松开按钮则机械手停。 当按住启动按钮不动时，机械手右旋，右旋到位压动右限位开关 时自停。 左旋的操作：按住停止按钮 ,（左旋电磁阀线圈）得电使机械手左旋，松开按钮则机械手停。 当按住停止按钮不动时，机械手左旋，左旋到位压动左限位开关 时自停。 根据要求设计的自动控制程序的梯形图见附录四，对其功能有如 下分析。 （ 1）连续运行方式的控制（工作方式选择开关拨到连续位上） 连续运行方式的启动须从原位开始。 如果机械手没在原位，要用手动操作让机械手返回原位才可以运行。 方式选择开关拨在连续位且输入点 接通，使 置位，且使 SFT 得移位脉冲输入端接通。 移位寄存通道 201 是由停止按钮 进行复位的。 由于机械手在原位，上限位开关和左限位开关受压，常开触点 和 都闭合，武汉工程大学 毕业设计 16。