基于ControlLogixPLC的机械手搬运物体过程控制Word格式.docx
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当出现异常时按下“急停”按钮，机械手会立刻停止运动。
ControlLogix结构体系是一个技术先进的控制平台，它集成了顺序控制、运动控制、传动及过程控制等多个控制功能。
与传统可编程控制器不同，ControlLogix系统在任意尺寸上都是模块化的。
可以根据具体应用来选择合适的内存量、控制器个数和网络类型，这种柔性结构允许在同一机架内使用多个控制器、网络及I/O模块。
与此同时，ControlLogix系统具有优良的性能品质，主要特点如下：
（1）无缝连接。
易于和其它网络上的程序控制器透明地收发信息，兼容性好。
（2）快速。
ControlLogix结构在背板上提供了高速数据传输总线。
（3）可组态。
可根据工业生产的需要增减控制器和通信模板的个数，可在
一个机架内使用多个控制器。
（4）工业化。
ControlLogix提供了高强度平台，可耐受振动、高温及各种
工业环境下的电气干扰。
除此之外，其结构紧凑，可有效减少配电盘的空间；
可无需控制器而在网络间实现桥接；
多个控制器、I/O模板及通信模扳可任意组合；
可带电拔插一个模块而无需断开系统的其他模块，并提供可拆卸接线端子排，使用方便，易于维护。
本系统以罗克韦尔公司的ControlLogix系列产品系统为控制核心，该系统涵盖了计算机、工业控制网、ControlLogix控制器、气动机械手、传感器等技术。
第2章课程设计的总体方案
2.1设计意义
在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：
（1）可以提高生产过程的自动化程度。
应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
（2）可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中。
用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。
在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
（3）可以减少人力，便于有节奏地生产应用机械手代替人手进行工作。
这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。
因此，在自动化机床和综合加工自动化生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。
图2.1机械手的实物图
2.2机械手的工作方式
机械手主要由手部、腕部、升降部、滑动部、机座和控制箱以及其它附件组成。
其中手部为四指结构，其运动由具有自锁功能的夹紧气缸完成；
升降部件是以导轨为导向装置，其运动由伺服电机驱动丝杠来完成；
滑动部件也是以导轨为导向的装置，其运动由伺服电机驱动齿轮在齿条上滚动来完成。
PLC和相关控制器件安装于控制箱内，通过电缆和信号线与机械手进行联接。
机械手的定位采用脉冲数来控制，升降运动和滑动都有快慢速调整，调整位置也由脉冲数来控制，而速度由脉冲频率调整。
在物料架1和物料架2上分别安装接近开关，进行生产线上有无工件的检测，满足在物料架1有工件时机械手才进行下降和抓取，物料架2上无工件时机械手下降并放下工件。
机械手还满足在断气和掉电时能够自锁，保持当前的状态。
系统上电后机械手开始初始化，初始化完毕后选择工作方式，分别为手动模式、半自动模式和自动模式。
手动模式下，操作员可以通过控制面板控制机械手的单步运动和零点复位，能够在机械手故障时进行检修。
半自动模式下，只要操作员选择半自动工作方式，然后按下启动按钮，机械手首先会零点复位，然后检查物料架1有工件，机械手下降抓取工件，上升前进，检测物料架2上无工件机械手下降并放下工件，返回原点，一个周期的动作完成，机械手停机。
自动模式下，按下启动按钮，伺服电机通电，滑台、升降台、气缸等回到原位，气压表显示正常。
机械手运动到上、左原点位。
当检测到物料架1上有工件时，电机1反转，升降台快速下降，达到一定脉冲数后减速，到达下工位2时，电机1停转；
气缸伸出夹紧工件，当气缸压力到达一定程度时压力传感器得电，表明工件夹紧；
电机1正转，升降台先快速上升，达到一定脉冲数后时减速，当到达上原点时，电机1停转，升降台停止；
电机2反转，滑台快速前进，达到一定脉冲数后滑台减速，到达右工位时电机2停止；
当检测到生产线2无工件时，电机1反转，升降台快速下降，达到一定脉冲数后减速，到达下工位1时电机1停转；
气缸缩回放开工件，表明工件已松开；
电机1正转，升降台上升，先快速后慢速，当到达上原点时电机1停转，升降台停止；
电机2正转，滑台返回到初始位置，电机2停止。
一个工作流程结束。
机械手的工艺流程如图2.2所示。
图2.2机械手的工业流程图
2.3系统设计方案
罗克韦尔的自动化机械手控制系统主要由PC机监控客户端、Ethernet／IP、ControlNet、DeviceNet三层网络、控制模块ControlLogixPLC、输入模块1756一IBl6、输出模块1756一OBl6、气动机械手、传感器、生产线组成。
图2.3系统总体设计图
第3章系统的硬件设计
3.1controlLogix控制器的简介
美国罗尔韦尔自动化公司的可编程控制器设备以其优良的性能广泛应用于工业控制的各个领域。
本次设计采用Logix5561处理器是安装在1756I/O框架上的高速单槽内。
ControlLogix控制器采用模块化的设计，无源数据总线背板式的结构，包括处理器在内所有单元，具有紧凑的、经济的产品提供离散控制、驱动控制、运动控制、过程控制、安全控制、便利的通讯连接、艺术的输入输出功能，根据功能设计成各种模块，处理器模块Logix5561不仅包括数字量，模拟量这些传统的信号模块，还有各种网络通信模块、专用的运动伺服控制模块及相应的运动控制指令，为工业控制提供一种非常灵活且完整的控制方案。
图3.1controlLogix控制器
3.2气缸的选型
机械手夹紧装置是使机械手松开和夹紧的动力装置，根据机械手部的夹紧力和手部张开后指尖距离，选用FESTO公司生产的两端带有终端可调缓冲装置的SNU-50-100-PPV-A型双作用气缸，并配有夹紧装置和行程开关。
图3.2SNU-50-100-PPV-A型双作用气缸
3.3干簧传感器的选型
本设计采用欧姆龙公司的干簧传感器SMCD-A93用作机械手和生产线的位置及行程检测，干簧传感器的关键元件时簧片开关，当线圈通电后，管中两簧片的自由端分别被磁化成N极和S极，两级相互吸引，接通被控电路。
图3.3干簧传感器
3.4驱动电机的选型
直流伺服电机由于存在机械换向器和电刷，降低了电机运行的可靠性，加重了维护和保养负担。
而交流异步电机虽然结构简单、成本低廉、无电刷磨损、维修方便，但调速问题一直没有得到经济合理的解决。
近十年来，由于调频等调速方法发展很快，使其调速范围和成本与宽调速直流伺服电机接近，因此，交流伺服电机以其优良的控制性能和高可靠性在数控系统中得到了越来越广泛的应用。
为了方便设计和维修，升降电机、水平移动电机和传送带电机选用同一型号，根据经验选用松下公司MinasA4系列全数字式交流伺服电机和驱动器。
电机型号：
PanasonicMDMA152P1U（220V，50Hz，0.75KW，0.8A增量式编码器，标准型，键轴，有制动器）。
图3.4MinasA4系列全数字式交流伺服电机和驱动器
3.5PLC输入输出模块的选型及外部接线
输入/输出（I/O）模块种类繁多，其中的数字量模块分为交流、直流两大类，本系统采用16点阵型数字量直流输入模块1756-IB16D和直流输出模块1756-OB16D，在面板上对应有16个状态指示灯（ST）和16个故障指示灯（FLT）。
系统以l#机械手臂的电磁阀作为输出点，在取料至输送1#传送带的过程中，传感器检测信号作为输入点，输出点8个，输入点7个，都是数字量，其I/O分配如表3.1所示。
表3.1PLC的I/O分配表
1756-IB16D输入模块
1756-OB16D输出模块
名称
符号
地址编号
启动按钮
SB1
Local:
1:
I.Data.5
传送带转
KM
2:
O.Data.3
停止按钮
SB2
I.Data.6
机械手左旋
YV2
O.Data.4
物品检测
PH
I.Data.15
机械手右旋
机械手抓紧检测
LS1
I.Data.13
机械手上升
YV4
O.Data.5
机械手左旋限位
LS2
I.Data.7
机械手下降
机械手右旋限位
LS3
I.Data.8
机械手抓紧
YV6
O.Data.6
机械手上升限位
LS4
I.Data.11
机械手松开
机械手下降限位
LS5
I.Data.12
根据系统的I/O分配表可以进行PLC的外部接线，如图3.5所示。
图3.5PLC的外部接线图
第4章系统的软件设计
4.1程序流程图的设计
系统的以太网的驱动配置、创建控制器文件、I/O模块的组态以及创建主例程等任务由上位机PC运行RSLogix5000软件完成，传感器检测、机械手动作、货物传送至传送带、传送带运送货物至仓库、检测入库、计数报警这部分是自动生产线流程，由主控制器ControlLogix系列的Logix5561处理器控制机械手和传送带电机来完成，以机械手的一个夹物动作为例，流程如图4.1所示。
图4.1程序流程图
4.2ControlLogix系统的组成
ControlLogix控制系统以微处理器为核心，把先进的控制技术、通讯技术、计算机技术、CRT技术与现
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