毕业设计论文：三菱plc控制机械手设计系统

1、市职工大学市第二技师学院毕业论文题目：三菱pic控制机械手设计系统系别：电气自动化工程系专业系别：14电气自动化双高学生：饶金荣学号：42指导教师：王建军教师温惠萍教师集祥教师摘 要可编程序控制器（PLC是近年来开展极为迅速，应用面极广，以微处理 器为核心，集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装 置。PLC的广泛应用，已经给生产带来许多的好处，它具有功能齐全、使 用方便、维护容易、通用性强、可靠性好、性能价格比高等特点，已在工 业控制的各个领域得到了极为广泛的应用， 成为实现工业自动化的一种强 有力工具。比方pic控制的机械手在搬运工件方面的应用，以前一直采用 人工搬运物料，不

2、仅工人的劳动强度大，平安性差，而且效率低。本文分 析了机械手和PLC之后，我们采用PLC控制的机械手进展物件的搬运来代 替人力。本文基于汇川公司的PLC提出了 PLC控制工件传送机械手PLC控制 系统的设计方法。重点研究了实验开发系统的工作原理、硬件局部的主要 构成，以及硬件局部的设计、安装调试和实验应用开发。讨论了汇川PLC指令系统、编程语言和程序设计方法，分析了汇川PLC专用编程软件在本 系统中具体应用，关键词：机械手，PLC第一章概述1.1 PLC产生、定义及开展趋势1.1.1 PLC可编程逻辑控制器）的产生PLC可编程逻辑控制器）是20世纪60年代末期逐步开展起来的一种以 计算机技术为

3、根底的新型工业控制装置。近几年来，PLC技术在各种工业过程控制、生产自动线控制及各类机电一体化设备控制中得到极其广泛的 应用，成为工业自动化领域中的一项十分重要的应用技术。在PLC出现以前，继电器控制曾得到广泛应用，在机电设备和工业过 程控制领域中占有主导地位。但是继电器控制系统有明显的缺点；体积大， 可靠性低，故障查找困难，特别是因为它是由硬接线逻辑构成的系统，造 成了接线复杂，容易出故障，对生产工艺变化的适应性较差。20世纪60年代未，美国最大的汽车制造商通用汽车公司 （GM）为了适 应汽车型号不断更新的需要，试图寻找一种新的生产线控制方法， 使之尽 可能地减少重新设计继电器控制系统的工作

4、量以及尽量地减少控制系统 硬连接线的数量，以降低生产本钱，缩短制造周期，减少生产线的故障率， 从而有效地提高生产效率。当时，电子计算机的硬件己经根本完备，其主 要功能是通过软件来实现的，因此具有灵活性、通用性等优点，但价格相 对来说比拟昂贵，于是他们想到了把继电器控制系统简单易懂、 操作方便、 价格廉价的长处与计算机灵活、通用的优点结合起来，用来制造一种新型 的工业控制装置，并进而采用招标的方式，首先是美国数字设备公司（DEC） 研制出符合上述想法的工业控制装置，命名为可编程逻辑控制器，即PLC（ Programmable Logic Controller） 1969年，第一台 PL（在GM公

5、司汽车生 产线上首次运行，成功地取代了沿用多年的继电器控制系统， 尽管当时的 PLC功能仅具有逻辑控制、定时、计数等功能，但却标志着一种新型装置 问世。随着微电子技术和计算机技术的飞速开展，20世纪70年代中期又出 现了微处理器和微型计算机，这些新技术很快也被用到PLC之中，使得PLC 不仅其有逻辑控制功能，而且还增加了运算、 数据处理和传送等功能，从 而成为具有计算机功能的新型工业控制装置。1980年美国电器制造商协会 (NEMA)正式将其命名为可编程控制器(Programmable Controller)简称PC. PLC可编程逻辑控制器)的定义国际电商委员会(IEC于 1982年11月和

6、1985年1月公布了可编程控 制器的第一稿和第二稿，对可编程控制器作了如下的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下应用而设计。它可采用可编程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、 计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控 制各种类型的机械和生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于 与工业控制系统联成一个整体，易于扩大功能的原那么而设计。之所以把可编程控制器简称为 PC因为它已经不再是仅具有逻辑控制功能的 装置了口只是由于20世纪80年代崛起的个人计算机(Personal puter)也简 称为PC为了加以区别，人们又

7、把可编程控制器简称为PLC本文均称其为 PLC.可编程逻辑控制器(PLC的特点1可靠性高由于制造PLC时在硬件和软件两个方面采用了一系列抗干扰措施，如 屏蔽、滤波、隔离、故障诊断等，使 PLC具有很强的抗干扰能力，其平均 无故障时间可到达5万到10万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工 业生产现场。2编程简单PLC是面向工控现场设计的，他经常采用的是一种面向控制过程的梯 形图语言，梯形图语言与继电器原理图相类似，具有形象直观、易学易懂 的优点，便于电气工程技术人员掌握。3使用方便使用PLC时只需进展和输入、输出接口相关的少量电气接线，当控制 要求发生改变时，梯形图程序修改非常容易。PLC的功能

8、强大，主要有逻 辑控制、定时控制、技术控制、步进控制、数据处理等根本功能，有的 PLC还有A/D、D/A转换及通信联网的功能。由于可编程控制器产品已系 列化、标准化、模块化，因此能灵活方便地进展系统配置， 组成规模不同、 功能不同的控制系统。单片机不能适应太复杂的工作环境， 抗干扰性能没有PLC强，编程复 杂，不易掌握，单片机的开发是需要大量的技术人员的共同努力才能够实 现的，其接线复杂，因此在工业控制时，人们会选择简单易学易于控制的 PLC作为工控机。PLC的主要应用领域包括：专用机床，纺织机械、包装机械、通用机 械工程应用、控制系统、机床、电器制造工业及相关产业等等。（可编程逻辑控制器）开

9、展趋势一、向高速度、大存储量方向开展为提高处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。 目前大中型PLC的速度可达0.2ms/k步左右。各大公司都把PLC的扫描速 度作为一个很重要的竞争指标。二、向多品种方向开展目前中小型PLC比拟普遍。为适应市场的多种需要，今后 PLC开展 要向多品种方向，特别是向超大型和超小型两个方向开展。目前开关量输入输出点数到达8192点的大型PLC己比拟多。为适应大规模控制系统的 需要，输入输出点数还在增加。例如Modicon公司的984-780、984 785 的最大开关量输入输出点数为16384,西门子公司的S5- 55U为10K点， Reliane

10、e Electric公司的 DCS- 5000为 12K 点。三、编程语言多样化PLC系统构造不断开展的同时，编程软件也在不断开展。编程语言 朝着多种编程语的方向开展。尽管大多数PLC采用继电器梯形图语言（RLL ），但是新的编程语言还是不断出现，现在有局部PLC已采用高级语言（如 BASIC语言等），例如Teletrol系统公司的286集成系统就是用C语言， 使个人计算机技术得以溶入 PLC之中。四、开展智能模块智能模块是以微处理器为根底的功能部件。它可以与PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的时间很少，有利于提高 PLC的扫描速度。开展 智能模块可进一步提高PLC处理信息的能力和控制功能

11、。工业机械手的概述机械手是在机械化、自动化生产过程中开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迅速开展起来的一门新兴技术， 它更加促进了机械手 的开展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和 劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，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，例如：机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较 为普遍。(2) 在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路 板，在机械行业

12、中它可以用来组装零部件。(3) 可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人 的劳动。(4) 可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运 等。(5) 宇宙及海洋的开发。(6) 军事工程及生物医学方面的研究和试验。机械手的组成机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但根 本的组成形式是一样的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装 置组成。1执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构， 用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是 连接手指与手臂的元件，可以进展上下、左右和回转动作。简单的机械手 可以没有手腕

13、。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。2 传动系统执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械 传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。3. 控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位 置、速度进展动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行 程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构 按要求进展动作.动作复杂的机械手那么要采用可编程控制器、微型计算 机进展控制。4. 辅助装置辅助装置是机械手各部的连接装置，如，油箱、管道、仪表、基座 等。机械手按使用用途分：专用机械手、通用机械手。传动方式分：机械式机械手、液压式

14、机械手、气压式机械手、电动 机械手。机械手应用好处进入信息时代，科学技术高速开展的今天，传统的机械手面临着一场严峻的挑战，它要生存要开展就必须要进展一场深刻的变革，自动化技术就越来越受到各方面的关注，在机械手上提高自动化程度几乎成了有识 之士的共识。近几年来，自动化机械手的应用出现了日新月异的可喜局面， 它将对提高产品质量、提高工作效率、节约能源、降低生产本钱、减少消 耗、增加企业的竞争力，缩小同兴旺国家的差距等都将起到重要的作用。生产自动化的实质就是利用机械装置来代替人，来完成人的工作（劳动）。把人从繁重、单调、恶劣的环境中解放出来。它能长时间、不知 疲倦地按人们的意愿工作。物料分拣自动化的

15、重要环节机械手己被人 们研究了几十年，也应用了几十年，并得到了飞速的开展，它己经被应用 到人类生活的各个方面，它已经成了人类的好朋友，伴随它的开展，它将 对人类的生产、生活做出更大的奉献。PLC选型一、控制要求分析及I/O点统计系统运行前，由运转。PLC的输入端有单周期运行启动按钮，循环启动启动、停顿按钮，机 械手夹紧SQ1,左限位SQ2右限位SQ3上升限位SQ4下降限位SQ5光电 开关SQ6等9个输入端。输送带A、B运转，手臂上升、下降、左摆、右 摆、手抓抓工件等7个PLC输出端。根据设计要求：物料分拣 PLC系统需要输入点9个，输出点7 个，其I/O接口共16个，为保证20%的余量，其I/

16、O应不小于32个; 根据其控制要求及I/O点，对此系统进展进展分析，我们将选用FX2N 型的PLC控制本系统。图3-1FX2N-32M可编程控制器输入输出32点置RAM存储器8000步电池后备。使用选件盒时最大可达 16000 步。实时时钟：置于根本单元中可与公历 4位对应，有闰年调整功能 根本指令：27种步进梯形图指令：2种可表示SFC应用指令：28种置运行/停顿开关也具有外部运行/停顿功能可在程序中写入程序。二、汇川PLC的介绍汇川公司的PLC是较早进入中国市场的产品。其小型机F1/F2系列是 F系列的升级产品，早期在我国的销量也不小。F1/F2系列加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信

17、功能，比 F系列有了更强的控制能力。继 F1/F2系列之后，20世纪80年代末汇川公司又推出FX系列，在容量、速 度、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强。FX2系列是在90年代开发的整体式高功能小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。 FX2N几年推出的高功能整体式小型机，它是 FX2的换代产品，各种功能 都有了全面的提升。近年来还不断推出满足不同要求的微型 PLC如FXOS FX1S FX0N FX1N及a系列等产品。汇川公司的大中型机有 A系列、QnA系列、Q系列，具有丰富的网络 功能，I/O点数可达8192点。其中Q系列具有超小的体积、丰富的机型、 灵活的安装方式、双CPU协同

18、处理、多存储器、远程口令等特点，是汇 川公司现有PLC中最高性能的PLC汇川PLC中的FX2N是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相 当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出1625点的独立用途外， 还可以适用于多个根本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途， 是一套可以满足多样化广泛需要的 PLC特点：-系统配置即固定又灵活；-编程简单；-备有可自由选择，丰 富的品种；-令人放心的高性能；-高速运算；-使用于多种特殊用途；- 外部机器通讯简单化；-共同的外部设备。在根本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进展 16-256点的灵活输 入输出组合。可选用16/32/48/64/80/12

19、8点的主机，可以采用最小8点的 扩展模块进展扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。程序容量：置 8000步RAM可输入注释可使用存储盒，最大可扩大至16K步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、 输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取， 7段显示器输出等。数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平 方根、浮点小数运算等。特殊用途、脉冲输出20KHZ/DC5V 10KHZ/DC12V-24V，脉宽调制，PID控制指令等。外部设备相互通信，串行数据传送，ASCII code印刷，HEX<->A

20、SC变换，校验码等。FX2N系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制 等特点；FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案；FX2N 系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。所以本系统选用了FX2N系列PLC2.3其它外部器件选型一、光电传感器选型光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被 测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号 转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三局部 组成。光电检测方法具有精度高、反响快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的构造简单，形式灵

21、活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号红外、可见及紫外光辐射转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成 分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直 径、外表粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形 状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可 靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来， 新的光电器件不断涌现，特别是 CCD图像传感器的诞生，为光电传感 器

22、的进一步应用开创了新的一页。 检测距离长如果在对射型中保存10m以上的检测距离等，便能实现其他检测 手段磁性、超声波等无法离检测。 对检测物体的限制少由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定 在金属，它可对玻璃塑料.木材.液体等几乎所 有物体进展检测。 响应时间短光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。 分辨率高能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊 的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进展微小物体的检测和高精 度的位置检测。 可实现非接触的检测可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会

23、对检测物体 和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。 可实现颜色判别通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长 和检测物体的颜色组合 而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的 颜色进展检测。 便于调整在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物 体的位置进展调整。在此系统中由于对产品的要准确度不高，所以选用KBE22-DS10NA型光电传感器。2.4汇川PLC的I/O接线图汇川I/O地址分配及功能说明序号PLC地址名称及功能说明序号PLC地址名称及功能说明1X0单周期运行启动按钮1Y000输送带A2X1连续循环运行 启动按钮SB22Y001输送带B3X2连续循环运行

24、 停顿按钮SB33Y002手臂上升44Y003手臂下降5X4机械手左限SQ25Y004手臂右摆6X5机械手右限SQ36Y005手臂左摆7X6机械手上限SQ47Y006手抓抓物件8X007手臂下降限位传感器SQ58Y0079X010光电开关传感器SQ69Y010第三章机械手控制系统软件设计3.1 FX系列PLC常见的编程方式指令表编程：指令表编程是以“ LD、“LDI、“AND、“ANI、“OUT等顺控指令输入的方式。这种方式是编写顺控程序的根本输入形式，但控制容难于看懂。例：步指令软元件号0LDX0001ORY0052ANIX0023OUTY005梯形图编程:梯形图程序是采用顺控信号及软元件号

25、， 在图形画面上作出顺控电路 图的方法。这种方法是用触点符号与线圈符号表示顺控回路，因而容易理 解程序的容。同时还可用回路显示的状态来监控可编程控制器的动作。SFC编程：SFC程序是根据机械动作的流程进展顺控设计的输入方法。在具有个人 计算机与A7PHP/HGP等的图形画面的外围设备中，通过制作下列图所示 的画面可决定顺控的流程。以上3种方法编制的顺控程序，全部以指令表方式指令表编程时的容 存储在可编程控制器的程序存中。因此，按照下列图所示以各种输入方法 编制的程序表示及编辑都可相互变换。即使是指令表程序，也可根据SFC 转换的规那么，通过SFCffl对应的软件来表示以指令为根底的程序。3.3

26、 FX系列PLC的常见编程方法常见编程方法有：“启一一保一一停方式编程置位复位方式编程步进指令方式编程本设计以“启一一保一一停方式编程，本编程方式是以的方式为根本单位的编程方法，它适合逻辑关系简单的控制系统，是在实 际中较为常用的编程方法。机械手上升 伎送带B运转机械手討左旋转顺序功能图4.4梯形图程序£ Ml DOX001X002DM100岡 00?TIM6QO2I IYDD1 （刖Mt KOOS 純呻1I 即-16 - / 26M4 m MBIIIp-4M5C 爲SEI yD06MEX0Q3瞬45彳 III|F£ 船MGEDMeXOOB棉d |1 |一PFC M7ii1

27、 117 - / 26M?Y0044.5指令表程序CLDXDOl1OBH1DO2AN Im1OUIM1004LDH95AN1X0036OFN8D027OEHO-18 - / 26；：AllHl0KPS233(00624OR25帕那OUI270册Y0D5鸥LD毗29皿W30OR3132OUI-19- /曲33LDK345LD46ANDX00347加H648AN149OUT5LLD51ANDK006骑OE胛53肋54OUT-20 - / 26史OUT?00450LD92 / -dONAZdOM9ZawagzSOOAmoMOsz1?OOAmoTZ9NMOOLZODXanv69ON¥89IH

28、ai戊第四章总 结本课题是对物料分拣 PLC控制系统应用设计机械手设计应用的一 次探索，也是企业逐步走向生产自动化的一次探索。虽然我的探索和设计可能不够成熟，但对我来说这次探索奠定了我在 PLC的设计和应用道路上 的根底，为企业生产自动化，为在更多的设备上用更多的PLC作出我应有 的奉献，献出我的精力和智慧。本课题的联想和体会：一、通过该机械手的设计探索，在许多的行业广泛采用可编程控制 器PLC，采用自动化生产来代替人工劳动，把人从繁重和恶劣的环境中 解放出来。可编程控制器PLC能长时间，不知疲倦地工作，有利于产 品质量和产量的稳定提高，也能有效地防止人身伤了和设备的损坏事故。二、 本分拣物件的系统采用先进的可编程控制器(PLC作为控制系 统的核心，使系统能快速、无误、准确地将物件予以分拣。在设备的改造 中采用PLC能提高设备的在品质。三、可编程控制器PLC在自动化分拣线上的实践应用，可推广到 所有分拣、组装物件的设备上，及至向更大围推广。四、本自动化分拣线还没有能实现完全的自动化，没有自动化装箱。 我将会在以后的工作和学习中更加深入地进展研究可编程控制器PLC的应用本系统已经设计成功，经检验能够满足生产的需要参考文献【I】土承