基于PLC对搬运机械手的控制系统.doc

xxx职业技术学院 毕业论文 论文题目：PLC对搬运机械手的控制系统学生姓名 xxx 班级 xx机 制x班专 业 机 械 设 计 制 造 与 自 动 化 指导教师_ xxx （完成日期） xx年 x 月 x 日引 言随着现代工业自动化的普及和发展，搬运机械手的应用也逐渐普及，机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，根据给定的规定动作顺序、轨迹来完成工件抓取和搬运的自动化装置。搬运机械手的应用可以大大提高生产过程中的自动化程度可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率、降低了劳动力和其他搬运方式的限制和不足以满足现代经济的发展要求。 该控制系一以可编程控制器为核心由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转。其动作过程包括：下降、夹紧、上升、前进、延时、下降、放松、上升、后退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、连续；来满足生产中的各种操作要求。机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按自己预定的程序、轨迹来完成工件抓取和搬运的自动化装置。搬运机械手的应用可以大大提高生产过程中的自动化程度，改善劳动条件避免人身事故的发生同时还可以减少人力便于有节奏性的生产。基于PLC控制机械手，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点。通过这次培养自己进行独自调查研究，面向生产实际，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法，培养自己综合分析和解决本专业的一般技术问题的独立创作和解决能力，扩展，深化和巩固知识，培养自己树立正确的设计思想，设计构思掌握设计的一般程序规范和方法，正确使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。关键词：搬运机械手 电磁阀 可编程序控制器（PLC） 目 录 前 言第一章 机械手的概况1.1 搬运机械手的简介和应用意义 11.2 机械手的发展概况 21.3 plc的概况及在机械手中的应用 3第二章 搬运机械手的总体设计方案2.1机械手的结构及其动作42.2机械手的控制过程42.3机械手的工作方式5第三章 搬运机械手PLC控制系统设计3.1 搬运机械手的硬件系统设计3.1.1 机械手的结构示63.1.2电气控制的设63.1.3机械手的外部接线图73.2搬运机械手的软件系统设计3.2.1梯形图的总体设计83.2.2各部分梯形图的设计8结 论14参考文献 15谢 辞16前 言机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand自改革开放以来，我国的工业化以非常快的速度在发展着，工业自动化的趋势也是越来越明显，并逐渐取代着原来的大量人工劳动力的生产方式。机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。基于PLC控制机械手，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点。可编程序控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。第一章机械手的概况1.1 搬运机械手的简况和应用意义在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。机械手的应用大大提高了生产过程中的自动化程度改善了劳动条件避免了人身事故的发生便于有节奏的生产。工业机械手能够实现工序的自动化。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手的应用非常广泛主要应用于在：热加工方面、冷加工方面、拆修装方面。机械手的应用意义: 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，对机械手的控制要求和精度也越来越高在机械工业中，机械手的应用意义主要概括如下： 1.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.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。综上所述，有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势。1.2机械手的发展概况专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过40多年的发展，现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备主要体现在重复高精度、模块化、机电一体化方面。1.重复高精度精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度, 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次, 机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要, 如果一个机器人定位不够精确, 通常会显示一个固定的误差, 这个误差是可以预测的, 因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围, 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展,机械手的重复精度将越来越高, 它的应用领域也将更广阔。2.模块化有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术, 而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装置, 使机械手运动自如。模块化机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能, 扩大了机械手的应用范围, 是机械手的一个重要的发展方向。3.机电一体化由“可编程序控制器- 传感器- 液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面;发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件, 使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”; 省配线的复合集成系统, 不仅减少配线、配管和元件, 而且拆装简单, 大大提高了系统的可靠性。而今, 电磁阀的线圈功率越来越小, 而PLC的输出功率在增大, 由PLC直接控制线圈变得越来越可能。随着科学与技术的发展, 机械手的应用领域也不断扩大。机械手广泛应用于各行各业.而且,随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩,未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活,其市场将繁荣兴旺。1.3 PLC概况及在机械手中的应用1）plc的发展及其应用可编程序控制器（plc）,它综合和计算机技术、微处理技术、自动控制技术等等，以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。Plc已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统，在其他领域的应用也得到了迅速的发展PLC在机械手中的应用节省了人力的劳动。机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作，普通继电器由于其体积和接口等各方面限制，经常被应用于动作简单的电气及流水线控制，而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单、通用性强。第二章 搬运机械手总体设计方案2.1搬运机械手结构及其动作本机械手用于生产线上工件的自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图21所示：图21机械手的动作周期2.2机械手的控制过程本机械手是通过两个液压缸来完成工件的加紧和放松的A液压缸是通过一个二位四通的电磁阀来控制工件的加紧和放松的，B缸也是一个二位四通的电磁阀它是通过液压缸的伸出出和缩回来控制机械手的升降的。由小车来完成机械手的左右移动，该小车是有两台电动机控制的的，一台是高速，一台是慢速。小车的前进和后退都是以慢快慢的形式运行的。当工件从传送带传输到机械手下方时，工件碰压行程开关SQ1，B缸活塞杆伸出，带动机械手下降，下降至终点碰压行程开关SQ3与机械手夹钳相连的A缸活塞杆收进，机械手将工件夹紧；当工件夹紧到位时，行程开关SQ5动作，B缸的活塞杆收进，把工件提升；当工件提升到最高位置时碰压行程开关SQ4，启动小车慢速右行；当小车碰压行程开关SQ7时转为快速行走；接近终点时小车碰压行程开关SQ8，转为慢速行走；行至右端行程开关SQ9，小车停止前进； B缸活塞杆再次外伸，机械手下降至终点，A缸活塞杆外伸带动夹钳松开，将工件放下；然后机械手上升，小车以慢快慢的形式沿原路返回，恢复原点位置。2.3机械手的工作方式在本系统中机械手的工作方式有：有手动、单周期、单步、连续、回原点。手动控制：供维修用，即用按钮对机械手的每一步动作单独控制。例如，当选择手动操作时，按下上升/下降按钮，机械手在满足条件情况下即执行相应的动作，其它动作以此类推。在单周期工作方式，再按下启动按钮后，从初始步开始机械手按顺序功能图的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步（原点位置）在连续工作方式，再按下启动按钮后，机械手从初始步开始，工作一个周期后又开始搬运下一个工件，反复连续的工作。按下停止按钮并不马上停止工作，完成最后一个周期的工作后，系统才返回并停留在初始步。在单步工作方式，从初始步开始，按下启动按钮，系统转换到下一步，完成该步的任务后自动停止工作并停留在该步，再按一下按钮才执行下一步的操作单步工作方式常用语系统的调试。第三章搬运机械手plc控制系统设计3.1搬运机械手的硬件系统设计3.11机械手结构示意图 机械手的结构示意图3.12电气控制的设计包括主电路和控制电路的设计。主电路由两台电动机，即慢速电机和快速电机，分别拖动小车慢行和快行，其控制如下：慢速电动机M1由接触器KM1、KM2分别控制其正传和反转；快速电动机M2由接触KM3和KM4分别控制其正传和反转。机械手的夹紧放松动作是由两位四通电磁阀控制的液压缸完成的，在通电情况下，机械手加紧，失电时松开，可以防止在设备运行过程中突然断电导致的机械手松开，工件脱落的情况发生。3.13机械手的外部接线图3.2搬运机械手软件系统设计3.21程序的总体设计按照机械手控制和工艺流程的要求，在选择“手动方式”时应执行手动程序；在选择“回原位”时应执行回原位程序；在选择自动程序时应执行自动程序。其中自动程序要在启动按钮按下时才执行。3.22各部分梯形图的设计1.公用程序与手动程序公用程序用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间相互切换的处理。在手动程序中为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了一些必要的联锁，以防止功能相反的两个输出同时为1状态。 公用程序 手动程序2.自动程序 自动程序是用于处理单步、连续和单周期工作方式的顺序功能图自动程序是用起保停电路设计的程序是典型的起保停电路设计。 顺序功能图3.自动回原点程序在回原点工作方式按下启动按钮机械手可能处于任何状态中，个悲剧机械手当时所处的位置和状态，可能分三种情况采用不同的处理方法。 顺序功能图 结 论本机械手采用PLC控制，体积小，重量轻，控制方式灵活，可靠性高，操作简单，维修容易。使用该机械手代替人工搬运工件，既安全，又准确，提高了劳动生产率，保证了工件的质量，降低了工人的劳动强度，具有较好的经济效益和社会效益。可编程控制器PLC以其丰富的I/O接口模块、高可靠性,可以在机械手的控制系统的设计中起到了十分重要的作用。随着机械手应用的普及，机械手向着专用化，机械结构向模块化、可重构化的方向发展，机械手的动作更加灵活多样，其控制方式也在向着多