機械手的物料傳送設計

1、南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文（設計）課題名稱機械手物料傳送設計機械制造與自動化專業(yè)及班級機制3111學號1162304133姓名徐高磊指導老師張穎14年 5 月 12 日機械手物料傳送設計摘 要隨著我國工業(yè)自動化的發(fā)展和漸漸的普及，工業(yè)上機械手物料傳送的應用也越來越多，越來越普遍，導致它在先進的制造業(yè)中扮演著尤為重要的角色。在生產(chǎn)中，它漸漸可以代替人手的繁重勞動，很大程度上縮減了工人們的勞動負荷度，讓他們能得到多余時間來休息，以便下次能很好的工作，改善工人們的生活，也減少他們的勞動時間，提高了工業(yè)上生產(chǎn)效率。然而在現(xiàn)代社會中，環(huán)境問題在工作生產(chǎn)中也影響了其工作進度和工作效率，從而導致該公司利

2、益得不到提高，人們就發(fā)明了像人手一樣的東西后被稱為“機械手”，它在惡劣的環(huán)境中（高溫，高壓，放射性，有毒性氣體），可是如魚得水呀！ 該文采用PLC和觸摸屏相結合控制機械手通過手臂上升，左移，下降，抓緊，手臂上升，右移，下降，放下把物料傳送到目的地，詳細介紹了PLC和觸摸屏，在機械手的物料傳送過程中，運用人機界面可以方便，有效的控制，取得了很好的成就。 關鍵詞：PLC，觸摸屏，機械手。PLC and material transfer control manipulatorAbstractWith the development of industrial automation and the

3、gradually popularization, application delivery manipulator material industry is also more and more, more and more common, which plays a particularly important role in advanced manufacturing. In the production of heavy labor, it gradually can substitute for manpower, greatly reduced the workload of w

4、orkers, so that they can get more time to rest, so you can work well, improve the workers living, but also to reduce their labor time, improve production efficiency in industry.However, in modern society, environmental problems in the work of production also affected his work schedule and work effic

5、iency, resulting in the interests of the company is not improved, people invented something like a human hand is called the "manipulator", it is in the harsh environment (high temperature, high pressure, radiation, toxic gas), but feel just like a fish in water!This paper uses the control

6、arm manipulator through increased, PLC and touch screen combination shift left, down, up, right arm up, down, down, the materials are delivered to the destination, details of the PLC and touch screen, the material transfer process of manipulator, the man-machine interface can be convenient, effectiv

7、e control, obtained very good achievement.Keywords: PLC, touch screen, manipulator.目 錄第一章 緒論11.1選題的背景及意義11.2國內(nèi)外機械手的現(xiàn)狀2第二章 總體方案32.1機械手物料傳送系統(tǒng)圖32.2工藝過程及其設計要求32.3主電路的分析與設計42.4系統(tǒng)中解決的問題5第三章 控制系統(tǒng)硬件的設計73.1可編程控制器的定義73.2可編程控制器的基本結構框圖73.3 PLC的設計83.4 PLC的地址分配及其接線圖8第四章 控制系統(tǒng)軟件的設計結論104.1 軟件設計的分析104.2系統(tǒng)流程圖與STEP7 編程

8、過程104.3 HMI（觸摸屏）的應用134.4 S7-300與HMI聯(lián)調(diào)15致 謝27參考資料28附錄29徐高磊 機械手物料傳送設計1 緒論改革開放后，我國工業(yè)已基本實現(xiàn)機械化，慢慢向自動化發(fā)展是我國改革開放后的目標。然而在生產(chǎn)過程中，自動化基本上問題不大，可是在機械工業(yè)方面，如加工，化工物體搬運等生產(chǎn)是很難的。結果就有人想辦法生產(chǎn)出一些機床來使加工，裝配等方面實現(xiàn)自動化：從而就出現(xiàn)了控制機床，加工中心，數(shù)控機床等機械化機器。這些機器的出現(xiàn)一時解決了小批量的生產(chǎn)，但是除了加工外，還是有許多裝配，搬運呀，卸料呀很難解決。是生產(chǎn)工作自動化難度有一次加大了。就資料統(tǒng)計呀，外國（德國，國，法國），在

9、生產(chǎn)工業(yè)零件中，60%到70%是小批量生產(chǎn)出來的，然而零件的加工時間統(tǒng)計到僅為零件生產(chǎn)時間的5%，這時多么可怕的事呀。從而就可以知道，裝配搬運卸料在機械化中是緊迫的，是需要大量時間的呀，這個時候就有人發(fā)明了像人手的東西，我們把他稱為機械手，它在工業(yè)方面為自動化的生產(chǎn)，運輸，可是貢獻很大的呀！可編程控制器（PLC）目前已經(jīng)普遍用于工業(yè)控制各個方面，它是經(jīng)繼電器控制技術，通信技術及計算機技術發(fā)展后而研發(fā)出來的。它具有可靠性高，易于編程，配置靈活，維護方便等特點，被稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化技術三大支柱之一。PLC是運用邏輯控制，計數(shù)，定時器，循環(huán)，比較等指令來編程，是以CPU為中心，議定數(shù)字輸入量/輸出量

10、和模擬輸入/輸出量，掌管工業(yè)上機械設備的生產(chǎn)與運行過程。自從20世紀90年代初，第一個商用監(jiān)控組態(tài)軟件Intouch問世以來，不少公司也紛紛參入監(jiān)控產(chǎn)品的研發(fā)，并且還推出了一些自己的產(chǎn)品，從此監(jiān)控組態(tài)軟件，它在全國以及國外得到了認可，還得到了蓬勃的發(fā)展。然而它的由來是計算機技術，網(wǎng)絡通信技術飛速發(fā)展和自動化系統(tǒng)推進監(jiān)控系統(tǒng)的普及和發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控組態(tài)軟件，應用軟件正逐步從工業(yè)自動化各個領域滲透。西門子公司在1996年研究發(fā)現(xiàn)了基于Windows編程的監(jiān)控組態(tài)軟件SIMATIC WinCC全稱Windows Control Center， 在短短幾年之內(nèi)，Wincc 快速發(fā)展為全世界最優(yōu)秀的

11、HMI/SCADA（人機界面/監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集）軟件之一。十多年來，伴隨著軟件技術，計算機技術，和工業(yè)自動化技術的進步，Wincc也在不斷更新。1.1選題的背景及意義在當今的社會中，在機械制造業(yè)的機械手及其廣泛應用，它是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術和工業(yè)自動化的開發(fā)和生產(chǎn)。在機械化加工與運輸中，有些大批的工件和自動化生產(chǎn)過程人工是沒法挪動的。因此就無法滿足了生產(chǎn)的要求，這時就要用機械手來代替。然而它的應用范圍涉及面也廣，它包括機械制造，電子，冶金重工，輕工，原子能等行業(yè)。隨著時代的前進，工業(yè)的發(fā)展，機械手可以說是作為工業(yè)自動化設備更新時不可缺少的器材，它的加入大大減輕工人的壓力，不管在惡劣的環(huán)境（高溫高壓，

12、有毒氣體）或在一些復雜的操作進行時，或高重復頻率的一些動作，機械手的加入減少工人的危害，保護人身安全，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)時間，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化和機械化。省時省力是生產(chǎn)的基本要求，更是生產(chǎn)車間的目標。機械手它的來到，真體現(xiàn)這一價值，讓它在市場中有很高的占有率。讓一些生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)零件和搬運零件時，大量堆積的問題得到很好的解決，從這方面，實現(xiàn)該生產(chǎn)廠家的利益。1.2國內(nèi)外機械手的現(xiàn)狀最早的機械手應該被應用在汽車的領域，它通常用于裝卸，搬運，焊接，涂裝。隨著人們的發(fā)現(xiàn)，機械手慢慢體現(xiàn)人性化。它替代人的大腦功能，它能夠包辦人從事有毒，高溫高壓等惡劣環(huán)境中；它代替人完成了繁重的勞動，節(jié)約了勞動成

13、本，減輕勞動的力度，還保證生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量?？梢哉f是一舉雙得。目前在工業(yè)制造領域的應用，特別是在汽車自制，電器，塑料加工。工業(yè)機械手和AGV，自動檢測系統(tǒng)，和控制中心組成的柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)；實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)過程自動化。目前，機械手主要的國際公司，是日本和歐洲的兩個部分。日本中有松下，川崎，OTC,富士，安川等公司的產(chǎn)品，歐州中有瑞典的ABB，德國的CLOOS,顧家家居。還有奧地利的工GM公司；我國的機械手，改革開放后開始，經(jīng)過長時間的發(fā)展，經(jīng)歷了3個階段；萌芽時期的改革開放初期，80年代的發(fā)展階段，到90年代的應用階段。然而在我國，機械手大部分還是被外國的機械手企業(yè)占主導地位。我國

14、的制造業(yè)正面臨著巨大的困難和勞工標準，國際分工，面對困難，政府將投入大量資金，采取一些政策，將帶動機械手的發(fā)展，推動我國工業(yè)自動化程度的提高。慢慢的，隨著機械手的發(fā)展，它也在各個領域中得到應用了，還獲得了不少成績。從傳統(tǒng)的汽車制造領域，擴展到其他領域。如工礦，建筑業(yè)，還有水電系統(tǒng)維修維護的機械手等等呀。然而就在這時，醫(yī)療衛(wèi)生，生活服務，食品加工這些領域機械手也沒有放過呀。在這之后，它的應用將越來越大。據(jù)專家推測，不久的將來，機器人將會出現(xiàn)在醫(yī)療，農(nóng)林技術，教育，抗震救災，機器維修，保健，海洋開發(fā)，交通運輸和漁業(yè)水產(chǎn)等方面，它的功勞無可限量呀！2 總體方案2.1機械手物料傳送系統(tǒng)圖機械手物料傳送

15、示意圖2-12.2工藝過程及其設計要求22.1設計要求：該課題主要選用PLC和Wincc flexible 相結合來控制機械手物料傳送。傳送帶A的物體在遠行運用機械手通過上下左右旋將物體搬運到傳送B上。按下啟動按鈕時，傳送帶B遠行，同時手臂上升。上限位開關閉合，機械手手臂左旋。左限位開關閉合，機械手手臂下降。下降限位開關閉合，傳送帶A開始運行。傳送帶A遠行到，檢測開關時，機械手手指抓物體。手指抓物體時，傳送帶停下來遠行。當抓緊限位開關閉合時，機械手手臂再次上升。手臂上升限位開關閉合時，機械手手臂右旋。手臂右旋開關閉合時，機械手手臂下降。機械手下降限位開關閉合，機械手手指放開，物體被搬運到傳送帶

16、B上，5s延時時間到，A傳送帶繼續(xù)遠行同時手臂有一次上升，一個循環(huán)結束。按下停止按鈕，停止運動。 工藝過程1觸摸屏控制PLC2通過光電傳感器可以控制使傳送帶A,B自動停止，物體被傳感器檢測到時，它將這信息傳輸?shù)絇LC,此時PLC就通過變頻器來控制傳送帶的電機實現(xiàn)傳送帶啟動運行與停止。3然而機械手傳送物體，手臂移動時也是通過PLC來控制電磁閥，使機械手手臂上升，下降，左移，抓緊，上升，右移，下降，放下。也使用了PLC中定時器的定時功能使其延時，來放下物體，使其在傳送帶繼續(xù)運動。工藝過程圖2-22.3主電路的分析與設計 機械手物料傳送主電路示意圖2-3線圈KM1得電 M1電動機正轉機械手手臂上升。

17、線圈KM2得電 M1電動機反轉機械手手臂下降。線圈KM3得電 M2電動機正轉機械手手臂左移。線圈KM4得電 M2電動機反轉機械手手臂右移。線圈KM5得電 M3電動機反轉機械手手臂抓緊。線圈KM6得電 M3電動機反轉機械手手臂放下。線圈KM7得電 M5電動機運轉，傳送帶A遠行。線圈KM8得電 M6電動機運轉， 傳送帶B遠行。FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3，F(xiàn)R4，F(xiàn)R5，分別是過載保護中的熱繼電器。FU為熔斷器作短路保護。2.4系統(tǒng)中解決的問題1解決機械手計劃的問題，要求機械手構造要簡單具有一定代表性，最重要要低廉點。節(jié)約生產(chǎn)成本。2機械手的控制系統(tǒng)，它的控制程序，并且找出有效的辦法，來解決物料的傳送和

18、控制系統(tǒng)中傳送帶停與運行的協(xié)調(diào)問題。3元件的匹配的規(guī)則，表達形式與知識的獲取。4傳感器的選擇類型。機械手是以完成各類運動的物體，它的構造類型直接影響到機械手的工作本能。機械手控制系統(tǒng)的設計是該機械手物料傳遞的設計環(huán)節(jié)和中心。它在功能上抬高了機械手的實用性，總體可靠性，具備重要的意義，在結構上高明運用，區(qū)分，而且降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)率，削減了開發(fā)周期的有用途徑，還提出了一些采用PLC的有效控制方法。該傳感器是一個頻率轉換器對象的各種物理變化量檢測的電子信號。根據(jù)這一內(nèi)容的設計，我們需要位置檢測裝置，傳感器，和滑動傳感器的選用。位置傳感器是檢測機械手行動是不是已經(jīng)到位，視覺傳感器主要就是看是

19、不是能實現(xiàn)機械手對物料的鑒別能力?；X傳感器是看物料可穩(wěn)定控制?；X傳感器機械手在抓取物體時，可以根據(jù)它吸收物體的夾緊程度分為兩種，硬吸取和軟吸取。硬吸取是吸盤用最大的吸力來吸取物體，來保證它的穩(wěn)定性；軟吸取的方式是運用吸盤用能穩(wěn)定吸取物體的最小值，防止損傷物體，軟吸取時，由于吸力不夠時可能會導致被吸物體會產(chǎn)生移動導致誤差。這時，滑覺傳感器就是為了檢測移動而設計的呀，它可以檢測物體被吸方向產(chǎn)生的位移，是有重力而引起的變形，以達到修正吸力，來避免吸取物體的移動?；苽鞲衅鳈z測到大部分的接觸面和直接應用相對運動的大小和方向，可確定是否吸多吸對象和應用。位置檢測裝置位置檢測裝置是一種基于行程位置的移

20、動部件和開關電器電路，工業(yè)是用于控制機械設備的行程及限位保護。在實踐生產(chǎn)中，將行程開關安置在一開始設計好的位置中，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊限位開關時，限位開關的觸點閉合，完成電路的切換。視覺傳感器機械手的視覺效果就是模仿人類的眼睛，可以對不同的物體進行判別，并且加以辨別。該機械手利用顏色傳感器，按照不同物料有分別的色彩，能夠針對一種顏色的物料進行檢測。3控制系統(tǒng)硬件的設計3.1可編程控制器的定義可編程控制器，簡稱PLC（Programmable Logic Control ）,是以CPU為核心，綜合了計算機技術，通訊技術，以及自動化技術發(fā)展起來的一種新型，通用的一種工業(yè)裝置。3.2可

21、編程控制器的基本結構框圖CPU模塊，輸入/輸出模塊，編程器裝置等主要部件構成了PLC如圖3-1 S7-300系列的PLC組成S7-300屬于模塊式PLC，它有許多模塊，比如說CPU模塊，功能模塊，電源模塊等，各個模塊都可以安裝在導軌上。S7-300中有很多種不同型號的CPU，期中一些CPU模塊集成了數(shù)字量I/O，還有的一些集成了數(shù)字量I/O和模擬量I/0。他們分別適用于不同領域的控制要求。信號模塊主要包括了數(shù)字量輸入模塊，數(shù)字量輸出模塊，數(shù)字量輸入與輸出模塊，模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊，模擬量輸入與輸出模塊。序號 名稱 型號 說明數(shù)量 1 電源模塊6ES7-307-1BAOO-0AA0 P

22、S3071 2 CPU模塊6ES7-315-6FF01-OABOCPU315-2DP1 3 數(shù)字量輸入模塊6ES7-321-1FF10-0AA0SM321 DI8*AC120/230V1 4數(shù)字量輸出模塊6ES7-322-1FF00-0AA0SM322 DO8*AC120/230V/1A1 S7-300PLC的特點1處理速度快，循環(huán)周期短。2產(chǎn)品設計緊湊，有利于運用空間有限的場合。3模塊和I/0模塊可供選擇。4該PLC的CPU種類繁多。5指令功能強大，可用于復雜的功能。 系統(tǒng)的工作原理當按下S7-300 PLC的SB1(M1.0)或觸摸屏的啟動按鈕，系統(tǒng)開始啟動，機械手將傳送帶A 的物體搬到傳

23、送帶B上。開始工作時，傳送帶B遠行同時手臂上升，到上限位時，上限位開關閉合，手臂左旋；到左限位時，左限位開關閉合，機械手手臂下降；下降到下降限位時，下降限位開關閉合，傳送帶A就開始了遠行。當檢測開關到動作時，傳送帶A就停止了，機械手開始抓物體。當物體抓緊時，抓緊限位開關閉合，機械手手臂再次上升。到上限位時，上限位閉合，機械手手臂右旋。右旋到位時，右旋限位開關閉合，手臂下降，下降到下限位時。下降限位開關閉合。手指放開，物品被放到傳送帶B上，5s延時時間到，A傳送帶繼續(xù)遠行，同時手臂上升，一個循環(huán)結束，按下停止按鈕SB2(M0.2)或觸摸屏停止按鈕，停止運動。3.3 PLC的設計PLC控制系統(tǒng)是以

24、程序形式來實現(xiàn)其控制功能的，太多的時間都將用在設計上面。它的程序設計遵循下面五個步驟。1確定被監(jiān)控對象必須完成的工作及其完成動作的順序；2畫出地址分配表，對輸入輸出做好分配。3應用編程工具編程。 4對該程序進行模擬仿真，驗證其準確性，然后寫入報告中。 5運用PLC與WINCC聯(lián)調(diào)。3.4 PLC的地址分配及其接線圖 輸 入 部 分 I0.0 啟動按鈕 I0.1 停止按鈕 I0.2 上限位開關 I0.3 左限位開關 I0.4 下降限位開關 I0.5 抓緊限位開關 I0.6 右限位開關 I0.7 物件檢測開關輸 出 部 分 Q0.0 傳送帶B Q0.1傳送帶A Q0.2 上升 Q0.3 左移 Q0

25、.4 下降Q0.5 抓緊 Q0.6 右移 Q0.7 放下PLC接線圖3-24 控制系統(tǒng)軟件的設計結論4.1 軟件設計的分析STEP7的概述：梯形圖，指令表，功能塊圖，和語句表進行編程的操作，是SIMATIC S7-300/400建立的站點中的一部分。SETP7功能：硬件組態(tài)，參數(shù)設置，通信組態(tài)。程序編制/調(diào)試，程序上傳/下載，系統(tǒng)維護等。S7-PLCSIM概述：S7-PLCSIM是運用于可編程控制器（PLC）的模擬仿真軟件，它是由西門子企業(yè)研發(fā)出來的，它也可以在STEP7沒有硬件的情況下實現(xiàn)模擬仿真，實現(xiàn)編程的快速性，也能夠與觸摸屏在與STEP7的環(huán)境下實現(xiàn)上位機監(jiān)控模擬。在學習上過程中它是S

26、7-300是不可缺少的軟件，有了它更能驗證其程序的有效性。S7-PLCSIM的特性：1,打開PLCSIM軟件時。當S7-PLCSIM軟件工作時，所有來自STEP7的通訊都會轉向模擬PLC。2,模擬仿真PLC時，它能夠用于判定任何運用于S7 CPU模塊的程序，S7-300和S7-400的CPU都可以運用。3,它能夠改變 CPU的操作模式（RUN-P）,真正的像在一個CPU上進行操作。而且，模擬仿真器還擁有了一個暫停的功能，能讓你在修改程序時，不受影響，保證了它的穩(wěn)定性。4,它還可以被模擬終端OB程序。模擬PLC的局限性：1.同一時間只能在一個模擬PLC運行；2.比如CPU中電池故障，EPROM的

27、出錯引起的模擬失效呀。然而多數(shù)情況下輸入/輸出和程序應該是能模擬。所以就說，模擬情況下PLC不支持全部編寫到診斷緩沖區(qū)中的錯誤信息。4.2系統(tǒng)流程圖與STEP7 編程過程系統(tǒng)工作流程圖4-1SETP7編程的過程1使用新建項目向導創(chuàng)建項目，首先打開“STEP7向導：新建項目”對話框如圖，菜單自動關閉。對話框中的小方框中有“勾號”，說明SIMATIC Manager時顯示向導被選中了，后在打開SETP7時，都將自動打開新建項目向導。單擊向導“取消”按鈕，將會打開上次關閉STEP7時打開的項目。2使用符合定義變量如圖S7-300程序中定義變量圖4-2 3在OB1中編寫程序程序段2中的程序是以梯形圖為

28、例的編寫出來的，它應該也可以轉換成指令表STL的形式。編寫程序圖4-3按下啟動按鈕，傳送帶B遠行。4下載與模擬仿真PLC仿真圖4-4當按下啟動按鈕（M1.0），傳送帶B遠行（Q0.0）和機械手上升（Q0.2）。4.3 HMI（觸摸屏）的應用 HIM的概念：人機界面（Human Machine Interface）簡稱為HMI。它可以在惡劣的工作環(huán)境中可以長時間連續(xù)運行，還是PLC的最佳合作伙伴。然而觸摸屏是人機界面發(fā)展的方向，用戶可以在觸摸屏的屏幕上生產(chǎn)和滿足自己要求的觸摸式按鍵。觸摸屏使用直觀方便，易于操作。屏幕上的按鈕和指示燈可以通過相應的硬件組件替換，可以降低PLC輸入/輸出點，降低系統(tǒng)

29、的生產(chǎn)成本。提高設備的性能。HMI的工作原理：1對監(jiān)控畫面組態(tài)2編譯和下載項目文件3運行階段在控制系統(tǒng)運行時，人機界面和PLC之間通過通信交換信息，可以實現(xiàn)它的各種功能。只需要對通信參數(shù)進行簡單的組態(tài)，就可以實現(xiàn)人機界面與PLC的通信。為了實現(xiàn)控制系統(tǒng)的運行PLC與人機界面的，他們之間有效的自動數(shù)據(jù)轉換，將觸摸屏中的圖像與存儲器中的地址分配符號表聯(lián)系起來。HMI的實現(xiàn)方法：1先創(chuàng)建站點2建立兩個站點的連接3定義符號和編寫程序HMI中的符號變量表圖4-5 4打開Wincc flexible的項目5工作區(qū)的操作工作區(qū)操作圖4-66打開連接打開連接圖4-7組態(tài)按鈕1按鈕的生成2設置按鈕的屬性按鈕屬性圖4-83按鈕功能的設置按鈕功能設置圖4-94.4 S7-300與HMI聯(lián)調(diào)用觸摸屏控制PLC實現(xiàn)設計的要求如下圖5S以后機械手開始再一次上升傳送帶A開始遠行。按下停止按鈕，傳送帶，機械手處于停止狀態(tài)。全文小結 機械手的出現(xiàn)延伸和擴張了人的手足和大腦功能，它可替人從事危險，有害，有毒，低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作，代替人完成繁重，單調(diào)，重復勞動，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。隨著科學技術的發(fā)展和PLC在工業(yè)生產(chǎn)過程中的廣泛應用，機械技術方面的研究不斷得到創(chuàng)新，促使成果不斷涌現(xiàn)。本課題在完成機械結構設計的基礎上，