減壓爐控制系統(tǒng)123456

1、目錄第一章機械手概況2.1.1搬運機械手的使用簡況 2.1.2機械手的使用意義2.1.3機械手的發(fā)展趨勢.3.1.4 PLC 在機械手中的使用 3.第二章 搬運機械手總體設(shè)計方案 42.1搬運機械手結(jié)構(gòu)及其動作 4.2.2機械手的控制過程4.2.3機械手的控制要求 5.第三章搬運機械手硬件系統(tǒng)設(shè)計53.1機械手的結(jié)構(gòu)5.3.2電氣控制的設(shè)計 6.3.3操作面板及動作說明6.3.4 I/O 分配6.第四章 搬運機械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計 74.1梯形圖的總體設(shè)計 7.4.2各部分梯形圖的設(shè)計 8.第五章結(jié)果分析1.5課程設(shè)計心得16參考文獻.17第一章機械手概況1.1搬運機械手的使用簡況在科技的不斷發(fā)

2、展，機械化、自動化不斷的發(fā)展，為我們的生產(chǎn)生活帶來了 諸多的便利，尤其在工業(yè)生產(chǎn)中，許多大型的裝備貨物，并不是人力能進行搬運 的，這就為機械手的使用帶來了諸多的發(fā)揮空間。在現(xiàn)代的工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。在機械工 業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法, 程控機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動 化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步 實現(xiàn)機械化。，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。機械手可在 空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自

3、動化生產(chǎn), 廣泛使用于柔性自動線。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不 知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多 部門的重視，并越來越廣泛地得到了使用，例如：(1) 機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。(2) 可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。(3) 可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。(4) 宇宙及海洋的開發(fā)。1.2機械手的使用意義在機械工業(yè)中，機械手的使用意義可以概括如下：1. 可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度使用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸

4、、刀具的更換以及機器的 裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè) 生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。2. 可以改善勞動條件、避免人身事故。在高溫、高壓、低溫、低壓、有放射 性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根 本不可能的，而使用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善 了工人的勞動條件。在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機械手代替人手 進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。3. 可以減少人力，快速生產(chǎn)使用機械手代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于使 用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另

5、一個側(cè)面。因此，在自動化機床和 綜合加工自動生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機械手，以減少人力和更準確地控制生 產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產(chǎn)。1.3機械手的發(fā)展趨勢機械手發(fā)展經(jīng)歷三代第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環(huán) 式，沒有識別能力；改進的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機械手設(shè)有 電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種 傳感器，把接收到的信息反饋，使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完 成工作過程中的任務(wù)。在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手使用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、 模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程

6、序 完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā) 生某些偏離時，就將引起零部件甚至機械手本身的損壞。為此，國外機械手的發(fā) 展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外 界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時，即能更正，并自行檢 測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學(xué)測距儀(即距離傳感器)以 及衛(wèi)星計算機。工作時，電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算 機，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。觸覺功能即在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手先伸出

7、手指 尋找工件，通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住 工件。手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握 力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機械手的裝配作業(yè)的能力將進一步提高。 到1995年，全世界約有50%勺汽車由機械手裝配?，F(xiàn)在機械手的發(fā)展趨勢是：1重復(fù)高精度2模塊化3節(jié)能化4機電一體化1.4 PLC在機械手中的使用1.PLC的使用概況PLC的使用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴大，對于而今的 PLC幾乎可以說凡是需 要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC尤其近幾年來PLC的性價比不斷提高已被廣泛 使用在冶金、機械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。按PLC的

8、控制類型，其使用大致可分為以下幾個方面。1) .用于邏輯控制這是PLC最基本，也是最廣泛的使用方面。用 PLC取代繼電器控制和順序控 制器控制。例如機床的電氣控制、包裝機械的控制、自動電梯控制等。2) .用于模擬量控制PLC通過模擬量I/O模塊，可實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對模擬量控制。3）.用于機械加工中的數(shù)字控制現(xiàn)代PLC具有很強的數(shù)據(jù)處理功能，它可以和機械加工中的數(shù)字控制（ NC 及計算機控制（CNC緊密結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)字控制。4）.用于工業(yè)機器人控制5）.用于多層分布式控制系統(tǒng)2.PLC在機械手中的使用機械手通常使用于動作復(fù)雜的場合來代替人的反復(fù)的操作，從而節(jié)省人的勞 動，普通繼電器由

9、于其體積和接口等各方面限制，經(jīng)常被使用于動作簡單的電氣 及流水線控制，而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強；控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性 強；編程簡單、使用、維護方便；組合方便、功能強、使用范圍廣；體積小、重量 輕、功耗低等有點被廣泛使用于類似機械手的控制動作復(fù)雜的場合，本設(shè)計正是 以PLC控制為基礎(chǔ)從而實現(xiàn)機械手的各種動。第二章搬運機械手總體設(shè)計方案2.1搬運機械手結(jié)構(gòu)及其動作本機械手用于生產(chǎn)線上工件的自動搬運，根據(jù)對機械手的工藝過程及控制要 求分析，機械手的動作過程如圖2 1所示：圖2 1機械手的動作周期2.2機械手的控制過程如圖32所示由A、B兩個液壓缸完成工件的夾緊和提升的動作， A缸通過

10、一個單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、 放松，B缸通過一雙電兩位四通電 磁閥控制機械手的升降；由小車實現(xiàn)機械手的移動。該小車由兩臺電動機驅(qū)動， 一臺是高速，一臺是慢速。當(dāng)小車前進時以慢 一快一慢的形式進行，返回時按慢 快一慢的形式后退。當(dāng)工件從傳送帶傳輸?shù)綑C械手下方時，工件碰壓行程開關(guān) SQ1, B缸活塞桿伸出，帶動機械手下降，下降至終點碰壓行程開關(guān)SQ3和機械手夾鉗相連的A缸活塞桿收進，機械手將工件夾緊；當(dāng)工件夾緊到位時，行程開 關(guān)SQ5動作，B缸的活塞桿收進，把工件提升；當(dāng)工件提升到最高位置時碰壓行 程開關(guān)SQ4,啟動小車慢速右行；當(dāng)小車碰壓行程開關(guān) SQ7時轉(zhuǎn)為快速行走；接 近終點時

11、小車碰壓行程開關(guān) SQ8,轉(zhuǎn)為慢速行走；行至右端行程開關(guān) SQ9,小車 停止前進；停留5秒后，B缸活塞桿再次外伸，機械手下降至終點，A缸活塞桿外 伸帶動夾鉗松開，將工件放下；然后機械手上升，小車以慢 一快一慢的形式沿原 路返回，恢復(fù)到圖示所示的原點位置。2.3機械手的控制要求為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為手動和自動 操作，其中自動操作中包括了：單步、單周期、連續(xù)；手動操作包括手動和回原 位的操作。手動操作：供維修用，即用按鈕對機械手的每一步動作單獨控制。例如，當(dāng) 選擇手動操作時，按下上升/下降按鈕，機械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動 作，其它動作以此類推。回原位：當(dāng)

12、由于斷電或其它原因?qū)е聶C械手運行中途停止時，再次通電將操 作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機械手即可按最短路徑的原則返回 到原點位置。單步運行：供試用，即沒按一次啟動按鈕機械手向前執(zhí)行一個動作后停止。單周期運行：供首次檢驗用，當(dāng)機械手在原點時按下啟動按鈕，機械手自動 執(zhí)行一個周期后停止在原點位置連續(xù)運行：正常使用，當(dāng)機械手在原點并按下啟動按鈕時，機械手周而復(fù)始 的執(zhí)行各工步動作。該機械手在自動工作狀態(tài)時，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”， 并按下返回原位按鈕，對狀態(tài)器進行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放置自動 工作方式下。若自動工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開關(guān)放置于“手從操

13、作” 位置。第三章搬運機械手硬件系統(tǒng)設(shè)計硬件系統(tǒng)設(shè)計包括機械部分和電氣控制部分的設(shè)計。3.1機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計其結(jié)構(gòu)如圖3 1所示SQ4SQ3SQ2BYAl0SQ1YA3YA2 -O圖3 1機械手的結(jié)構(gòu)示意圖圖中設(shè)置9個行程開關(guān)SQ1 SQ9用于檢測工件、小車、機械手的位置及機 械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài)，并對系統(tǒng)實施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測開關(guān)；SQ2為小車原位檢測開關(guān)；SQ3、SQ4分別為機械手下降上升是否到位檢 測開關(guān)；SQ5、SQ6分別為機械手夾緊放松檢測開關(guān)；SQ7、SQ8分別為小車速度 轉(zhuǎn)換開關(guān)；SQ9為小車運動停止開關(guān)。3.2電氣控制的設(shè)計包括主電路和控制電路的設(shè)計。主電

14、路由兩臺電動機，即慢速電機和快速電 機，分別拖動小車慢行和快行，其控制如下：慢速電動機M1由接觸器KM1、KM2 分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)；快速電動機 M2由接觸器KM3和KM4分別控制其正傳 和反轉(zhuǎn)。機械手的夾緊放松動作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個液壓缸完 成的，在通電情況下，機械手松開，得電時松開，可以防止在設(shè)備運行過程中突 然斷電導(dǎo)致的機械手松開，工件脫落的情況發(fā)生。3.3操作面板及動作說明根據(jù)控制和生產(chǎn)工藝的要求，控制操作包括手動和自動，手動又包括手動步 進、回原位操作，自動控制包括單步、單周期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開 關(guān)設(shè)置有五個檔位。手動工作方式下，手動動作包括上升、下降、

15、放松、快進、 慢進、快退、慢退和復(fù)位，故設(shè)置六個動作看官按鈕。各個動作進行的同時均設(shè) 有動作指示燈。另外設(shè)有啟動停止按鈕。3.4 I/O分配I/O設(shè)備即所需的I/O點數(shù)如下表所示：信號I/O設(shè)備I/O點數(shù)信號I/O設(shè)備I/O點數(shù)操作方式選擇旋鈕開關(guān)手動時運動選擇按鈕58交流接觸器控制線圈電磁閥43輸入輸出啟動停止按鈕2動作指示8行程開關(guān)9原點指示1表3-1 I/O 點數(shù)根據(jù)I/O點的分配要求及考慮10雅U 15%勺I/O裕量，本設(shè)計PLC采用F160MR 36/24型，樣圖見圖3-4所示：控制電路設(shè)計主要是PLC輸入、輸出接線的設(shè)計，其I/O分配如圖33所示圖32PLC I/O 接線控制圖第四

16、章搬運機械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計機械手動控制屬順序控制，故其手動程序采用普通的PLC控制指令控制，自動程序采用步進梯形指令控制4.1梯形圖的總體設(shè)計按照機械手控制和工藝流程的要求，在選擇“手動方式”時應(yīng)執(zhí)行手動程序； 在選擇“回原位”時應(yīng)執(zhí)行回原位程序；在選擇自動程序時應(yīng)執(zhí)行自動程序。其中自動程序要在啟動按鈕按下時 才執(zhí)行。故梯形圖的總體構(gòu)成如圖 4-1所示。圖4-1搬運機械手PLC控制梯形圖總體構(gòu)成4.2各部分梯形圖的設(shè)計1. 通用部分梯形圖設(shè)計通用部分梯形圖分為三部分：1）.狀態(tài)器的初始化。初始化狀態(tài)器 S600在手動方式下被置位、復(fù)位。當(dāng) 方式選擇開關(guān)置于“返回原位” （X514接通）時，按下

17、復(fù)位按鈕（X507）時被置 位，在“手動操作” （X510）接通時，S600復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動 做復(fù)位操作，即在方式選擇開關(guān)位于“手動操作”或“返回原位”時，中間狀態(tài) 器同步復(fù)位。故初始化梯形圖如圖 4-2所示，（如果狀態(tài)器要在供電時從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要M712) 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動。若機械手工作在自動工作方式下，當(dāng)初始狀態(tài)器S600被置位后按下啟動按鈕，輔助繼電器 M575工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步一步的向 下傳遞，即可進行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)程序”時，轉(zhuǎn)換啟動繼電器M575直保持到停機按鈕按下為止。另一面采用M100檢查機器是否處于原位。當(dāng)M575和M100都接通時，

18、從初始狀態(tài)器開始進行轉(zhuǎn)換，故其梯形圖如圖4-3所示。X501T卜M400I5Q1N575H轉(zhuǎn)換啟動31403H100-Q1原住條件圖4-3狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動梯形圖3) .狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖。激活特殊輔助繼電器 M574并用步進梯形指令 控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時，狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換就被自動禁止。在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時， M574應(yīng)被激勵并自保持，操作停 止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下停止按鈕時，從現(xiàn)行工步重新開始工作，M574應(yīng)復(fù)位，即重新允許新轉(zhuǎn)換。在“步進”工作方式時，M574應(yīng)始終工作，此時，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但沒 按下一次啟動按鈕時，M574斷開一次，允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次。在“手動”工作方式時禁止進行

19、狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動方式解除之后，按下啟動 按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除，M574復(fù)位，。PLC在啟動時，用初始化脈沖 M71和M574自保持，以此禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換，直到 按下啟動按鈕。故狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖如圖4-4所示。圖4-4狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖通過對3 7和38的分析可得出：在執(zhí)行“手動操作”和“返回原位”程 序時，M575直不能被接通，而M574長期被接通，（按下啟動按鈕時除外）；執(zhí) 行“步進”程序時沒按一次啟動按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時，按下啟動按鈕，M574斷開，M575接通，狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換可一步一步向下轉(zhuǎn)換，直至按下停止按鈕時，M57

20、4自鎖，狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換被禁止，操作停止在現(xiàn)行工序（再次按下啟動按鈕時從現(xiàn)行工序開始工作）； 在執(zhí)行“連續(xù)程序”時，M575直接通到按下停止按鈕，此時M574直不能接通。2. 手動操作梯形圖手動操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方式 來設(shè)計梯形圖。“手動操作時”按下放松按鈕時，機械手卡抓松開，當(dāng)松開放松 按鈕時，機械手卡爪在液壓缸作用下自動加緊并保持；按下上升按鈕，上升輸出 Y435保持接通；按下下降按鈕，丫436保持接通；在上限位按下慢進按鈕，慢進輸 出丫430接通，至行程開關(guān)SQ7閉合，小車停止；快進、快退、慢退情況同慢進。手動操作梯形圖設(shè)置有互鎖，只有在小車處于左限位

21、（即X403閉合）或右限位（即X412閉合）時機械手的上升下降動作才能進行，只有當(dāng)機械手處于下限位（即X404接通）機械手的加緊放松動作才可以手動控制；為了安全，同一個電動 機的正反轉(zhuǎn)線圈不能同時接通，設(shè)計中設(shè)計了自鎖開關(guān)，防止線圈同時接通造成 的短路。故手動操作時梯形圖如圖 4-5所示。x501-M-x430Y43B91下降x500x40501 1N0'Y5311 1<>X412x43Oy436Y535X404上升Y530-oY434-O1戯松1502-M-Y533X402-K-K40&-Pl-X4O4¥532OI展緊1504X4104/F1412-M-

22、K405Y431Y430-O1慢進1506X411X4O3X405Y430Y4311 1H1/11 1O1幔退Y534-oY53591上升Y4331503X405Y432-OI怏講Y536-o1905X410-M-X405Y432Y433-oY537-o圖4-5手動操作梯形圖3. 返回原位梯形圖 在“返回原位”狀態(tài)下，“夾緊”和“下降”動作應(yīng)被 停止，上限位未動作時，應(yīng)進行“上升”；上限位動作時，“右行”動作應(yīng)停止， 并左行至左限 位位置。4. “自動”狀態(tài)梯形圖圖39表示了機械手自動工作時執(zhí)行各工步的情況，表示了各工步的實現(xiàn)和轉(zhuǎn)換的條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥丫436接通。自下限位置時，X404接通，轉(zhuǎn)換為“夾持”過程；夾持電磁閥 Y434復(fù)位， 至加緊限位X406接通，轉(zhuǎn)換為上升動作；當(dāng)上限為開關(guān) SQ4閉合，X405接通，小 車開始慢進動作。快進、慢進、延時、下降、加緊、上升、慢退、快退、慢退動 作依次類推，如上所述一步一步按順序驅(qū)動各個負載動作，稱為順序控制或過程 步進型控制。圖4-6搬運機械手自動工作流程圖用狀態(tài)器代替自動工作流程圖的各工步，可得到4-7所示的功能表圖:圖4-7搬運機械手自動工作功能表圖根據(jù)圖4-8所示的自動工作功能表圖，可設(shè)計出自動操作時的梯形圖如圖 3 12所示。下降夬緊上升慢進'瘵延時下降放松上升慢退圖4