本科畢業(yè)論文(基于PLC實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì))

1、本科畢業(yè)論文(基于PLC實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì))本科畢業(yè)論文(基于PLC實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì))中國石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于PLC 實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中心： 年級(jí)專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 導(dǎo)師單位： 學(xué) 號(hào)論文完成時(shí)間 2009 年 05 月110 日摘要在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體 等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問世以來，相應(yīng) 的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變 換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自

2、動(dòng)線。機(jī)械手一般由耐高溫， 抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作 效率。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機(jī)器人。 工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一 體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與 產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原 材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義?？删幊炭刂破魇抢^電器控制和計(jì)算 機(jī)控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通 信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自

3、動(dòng)控制裝置。本文應(yīng)用三菱公司生產(chǎn)的可編程控制器 FX 系列 PLC， 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)， 該系統(tǒng)充分利用了可編程控制器 （PLC） 控制功能。 使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時(shí)期功能范圍得到廣泛應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：可編程控制器 PLC，PLC 的結(jié)構(gòu)及基本配置，機(jī)械手，限位開關(guān)1目錄第 1 章 前言 . 1 1.1 選題背景 . 1 1.2 設(shè)計(jì)目的及主要內(nèi)容 . 1 1.2.1 設(shè)計(jì)目的 . 1 1.2.2 主要內(nèi)容 . 1 第2章 PLC 及機(jī)械手的介紹及選擇. 22.1.可編程控制器 PLC. 2 2.1.1PLC 慨況. 2 2.1.2PLC 的結(jié)構(gòu)及基本配置. 2 2.1.3PLC 的選型.

4、4 2.2 機(jī)械手 . 4 2.2.1 機(jī)械手簡(jiǎn)介 . 4 2.2.2 機(jī)械手的選擇 . 6 第 3 章 設(shè)計(jì)主體部分 . 7 3.1 控制要求 . 7 3.2 控制流程圖 . 7 3.3I/O 分配. 8 3.4 梯形圖 . 8 3.5 指令表 . 11 3.6PLC 連線圖. 14 3.7 模擬調(diào)試 . 15 第 4 章 論文小結(jié) . 16 參考文獻(xiàn) . 17 致謝 . 182第 1 章 前言1.1 選題背景大學(xué)四年的本科學(xué)習(xí)即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計(jì)是其中最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)以前所學(xué)的知 識(shí)及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用 PLC 的技術(shù)得 到愈來愈廣泛的應(yīng)用。 在完成

5、大學(xué)四年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè) 計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識(shí)，對(duì)機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系 統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對(duì)于 PLC 對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)踐性 非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題，我進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過在幾家單位的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我對(duì)于 PLC 對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，豐富了許多 PLC 方面的知識(shí)，而對(duì)于 PLC 方面的制造工藝更是實(shí)現(xiàn)了零的突破。在指導(dǎo)老師的協(xié)助下，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)查閱了很 多相關(guān)資料，明確了 PLC 的一般工作原理、制造、工藝過程。并在圖書館借閱了許多 相關(guān)手冊(cè)和書籍，設(shè)計(jì)中，將充分利用和查閱各種資

6、料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最 大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)的過程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力，相信 會(huì)完滿的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中不妥之處在所 難免，肯請(qǐng)各位老師指正。1.2 設(shè)計(jì)目的及主要內(nèi)容 1.2.1 設(shè)計(jì)目的1、培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)能力；2、擴(kuò)展知識(shí)結(jié)構(gòu)；3、培養(yǎng)綜合運(yùn)用能力；4、是課堂教學(xué) 的有益補(bǔ)充。通過本次論文，進(jìn)一步加強(qiáng)自己對(duì)機(jī)械手和 PLC 的認(rèn)識(shí)，以及它們?cè)谏?中廣泛應(yīng)用。1.2.2 主要內(nèi)容A 正確選用機(jī)械手和 PLC 類 模擬調(diào)試1B 繪制 I/O 分配C 設(shè)計(jì)梯形圖D 指令表E第2章2.1.可編程控制器 2.

7、1.可編程控制器 PLC 2.1.1PLC 慨況PLC 及機(jī)械手的介紹及選擇可編程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，簡(jiǎn)稱 PC） 。與個(gè)人計(jì)算機(jī)的 PC 相區(qū)別，用 PLC 表示。 PLC 是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技 術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記 時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國際電工委員會(huì)（IEC）頒布了對(duì) PLC 的規(guī)定： 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)， 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、

8、計(jì)數(shù)和 算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生 產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易 于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 PLC 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等 特點(diǎn)。可以預(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC 控制技術(shù)的應(yīng)用必將形成世界潮流 PLC 程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自己開發(fā)的應(yīng)用程序，系統(tǒng)程序提供 運(yùn)行平臺(tái)，同時(shí)，還為 PLC 程序可靠運(yùn)行及信息與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。用 戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。2.1.2PLC 的結(jié)構(gòu)及基本配置一般講，PLC 分為箱體式和模塊式兩

9、種。但它們的組成是相同的，對(duì)箱體式 PLC， 有一塊 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按 CPU 性能分成若干型號(hào)， 并按 I/O 點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格。對(duì)模塊式 PLC，有 CPU 模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、 底板或機(jī)架。無任哪種結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其 I/O 能力可按用 戶需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合。 CPU 的構(gòu)成：PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺(tái) PLC 至少 有一個(gè) CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的 方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)

10、，診斷電源2和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存 貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān) 的控制電路。 與通用計(jì)算機(jī)一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、 控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， 還有外圍芯片、 總線接口及有關(guān)電路。 它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、 工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏 由震蕩信號(hào)控制。 CPU 的運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。CPU 的

11、寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU 雖然劃分為以上幾個(gè)部分，但 PLC 中的 CPU 芯片實(shí)際上就是微處理器，由于 電路的高度集成，對(duì) CPU 內(nèi)部的詳細(xì)分析已無必要，我們只要弄清它在 PLC 中的功能 與性能，能正確地使用它就夠了。 CPU 模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設(shè)定或控制開關(guān)。 一般講，CPU 模塊總要有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運(yùn)行顯示、故障顯示等。箱 體式 PLC 的主箱體也有這些顯示。 它的總線接口， 用于接 I/O 模板或底板， 有內(nèi)存接口， 用于安裝內(nèi)存，有外設(shè)口，用于接外部設(shè)備，有的還有通訊口，用于進(jìn)行通訊

12、。CPU 模 塊上還有許多設(shè)定開關(guān)，用以對(duì) PLC 作設(shè)定，如設(shè)定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。 I/O 模塊：PLC 的對(duì)外功能，主要是通過各種 I/O 接口模塊與外界聯(lián)系的，按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置 的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫 存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。 電源模塊：有些 PLC 中的電源，是與 CPU 模塊合二為一的，有些是分開的，其主 要用途是為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電

13、源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流 220VAC 或 110VAC，直流 電源，加的為直流電壓，常用的為 24V。 底板或機(jī)架：大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模 塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各 模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 PLC 的外部設(shè)備：外部設(shè)備是 PLC 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 1. 編程設(shè)備：有簡(jiǎn)易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)3控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維 護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。 2. 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。 3. 存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶 數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如 EPROM、EEPROM 寫入器等。 4. 輸入輸出設(shè)備：用于接收信號(hào)或輸出