畢業(yè)設計論文三菱plc控制機械手設計系統(tǒng)

1、韶關市職工大學韶關市第二技師學院畢業(yè)論文題目: 三菱plc控制機械手設計系統(tǒng) 系別：電氣自動化工程系 專業(yè)系別：14電氣自動化雙高學生姓名：饒金榮 學號：42指導教師：王建軍老師 溫惠萍老師 李集祥老師摘 要可編程序控制器(PLC)是近年來發(fā)展極為迅速，應用面極廣，以微處理器為核心，集微機技術、自動化技術、通信技術于一體的通用工業(yè)控制裝置。PLC的廣泛應用，已經給生產帶來許多的好處，它具有功能齊全、使用方便、維護容易、通用性強、可靠性好、性能價格比高等特點，已在工業(yè)控制的各個領域得到了極為廣泛的應用，成為實現工業(yè)自動化的一種強有力工具。比如plc控制的機械手在搬運工件方面的應用，以前一直采用人

2、工搬運物料，不僅工人的勞動強度大，安全性差，而且效率低。本文分析了機械手和PLC之后，我們采用PLC控制的機械手進行物件的搬運來代替人力。本文基于匯川公司的PLC，提出了PLC控制工件傳送機械手PLC控制系統(tǒng)的設計方法。重點研究了實驗開發(fā)系統(tǒng)的工作原理、硬件部分的主要構成，以及硬件部分的設計、安裝調試和實驗應用開發(fā)。討論了匯川PLC指令系統(tǒng)、編程語言和程序設計方法，分析了匯川PLC專用編程軟件在本系統(tǒng)中具體應用，關鍵詞：機械手，PLC，第一章 概述1.1 PLC產生、定義及發(fā)展趨勢1.1.1 PLC(可編程邏輯控制器)的產生PLC(可編程邏輯控制器)是20世紀60年代末期逐步發(fā)展起來的一種以計

3、算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。近幾年來，PLC技術在各種工業(yè)過程控制、生產自動線控制及各類機電一體化設備控制中得到極其廣泛的應用，成為工業(yè)自動化領域中的一項十分重要的應用技術。在PLC出現以前，繼電器控制曾得到廣泛應用，在機電設備和工業(yè)過程控制領域中占有主導地位。但是繼電器控制系統(tǒng)有明顯的缺點；體積大，可靠性低，故障查找困難，特別是因為它是由硬接線邏輯構成的系統(tǒng)，造成了接線復雜，容易出故障，對生產工藝變化的適應性較差。20世紀60年代未，美國最大的汽車制造商通用汽車公司(GM)為了適應汽車型號不斷更新的需要，試圖尋找一種新的生產線控制方法，使之盡可能地減少重新設計繼電器控制系統(tǒng)的工作量以及

4、盡量地減少控制系統(tǒng)硬連接線的數量，以降低生產成本，縮短制造周期，減少生產線的故障率，從而有效地提高生產效率。當時，電子計算機的硬件己經基本完備，其主要功能是通過軟件來實現的，因此具有靈活性、通用性等優(yōu)點，但價格相對來說比較昂貴，于是他們想到了把繼電器控制系統(tǒng)簡單易懂、操作方便、價格便宜的長處與計算機靈活、通用的優(yōu)點結合起來，用來制造一種新型的工業(yè)控制裝置，并進而采用招標的方式，首先是美國數字設備公司(DEC)研制出符合上述想法的工業(yè)控制裝置，命名為可編程邏輯控制器，即PLC( Programmable Logic Controller)。1969年，第一臺PLC在GM公司汽車生產線上首次運行，

5、成功地取代了沿用多年的繼電器控制系統(tǒng)，盡管當時的PLC功能僅具有邏輯控制、定時、計數等功能，但卻標志著一種新型裝置問世。隨著微電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，20世紀70年代中期又出現了微處理器和微型計算機，這些新技術很快也被用到PLC之中，使得PLC不僅其有邏輯控制功能，而且還增加了運算、數據處理和傳送等功能，從而成為具有計算機功能的新型工業(yè)控制裝置。1980年美國電器制造商協(xié)會(NEMA)正式將其命名為可編程控制器(Programmable Controller)簡稱PC.PLC(可編程邏輯控制器)的定義國際電商委員會(IEC)于1982年11月和1985年1月頒布了可編程控制器的第一稿和

6、第二稿，對可編程控制器作了如下的定義:“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它可采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體，易于擴充功能的原則而設計”。之 所 以 把可編程控制器簡稱為PC,因為它已經不再是僅具有邏輯控制功能的裝置了口只是由于20世紀80年代崛起的個人計算機( Personal Computer)也簡稱為PC。為了加以區(qū)別，人們又把可編程控制器簡稱為PLC。本文均稱其

7、為PLC.可編程邏輯控制器(PLC)的特點 1）可靠性高 由于制造PLC時在硬件和軟件兩個方面采用了一系列抗干擾措施，如屏蔽、濾波、隔離、故障診斷等，使PLC具有很強的抗干擾能力，其平均無故障時間可達到5萬到10萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現場。 2）編程簡單 PLC是面向工控現場設計的，他經常采用的是一種面向控制過程的梯形圖語言，梯形圖語言與繼電器原理圖相類似，具有形象直觀、易學易懂的優(yōu)點，便于電氣工程技術人員掌握。 3）使用方便 使用PLC時只需進行和輸入、輸出接口相關的少量電氣接線，當控制要求發(fā)生改變時，梯形圖程序修改非常容易。PLC的功能強大，主要有邏輯控制、定時控制、

8、技術控制、步進控制、數據處理等基本功能，有的PLC還有A/D、D/A轉換及通信聯網的功能。由于可編程控制器產品已系列化、標準化、模塊化，因此能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成規(guī)模不同、功能不同的控制系統(tǒng)。單片機不能適應太復雜的工作環(huán)境，抗干擾性能沒有PLC強，編程復雜，不易掌握，單片機的開發(fā)是需要大量的技術人員的共同努力才能夠實現的，其接線復雜，因此在工業(yè)控制時，人們會選擇簡單易學易于控制的PLC作為工控機。PLC的主要應用領域包括：專用機床，紡織機械、包裝機械、通用機械工程應用、控制系統(tǒng)、機床、電器制造工業(yè)及相關產業(yè)等等。(可編程邏輯控制器)發(fā)展趨勢一、向高速度、大存儲量方向發(fā)展為提高處理能力，

9、要求PLC具有更好的響應速度和更大的存儲容量。目前大中型PLC.的速度可達0.2ms/k步左右。各大公司都把PLC的掃描速度作為一個很重要的競爭指標。二、向多品種方向發(fā)展目前中小型PLC 比較普遍。為適應市場的多種需要，今后PLC發(fā)展要向多品種方向，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展。目前開關量輸入輸出點數達到8192點的大型PLC 己比較多。為適應大規(guī)模控制系統(tǒng)的需要，輸入輸出點數還在增加。例如Modicon公司的984-780、 984 785的最大開關量輸入輸出點數為16384,西門子公司的S5- 55U為10K點，Reliance Electric公司的DCS- 5000為12K點。三

10、 、編程語言多樣化PLC系統(tǒng)結構不斷發(fā)展的同時，編程軟件也在不斷發(fā)展。編程語言朝著多種編程語的方向發(fā)展。盡管大多數PLC采用繼電器梯形圖語言( RLL )，但是新的編程語言還是不斷出現，現在有部分PLC已采用高級語言(如BASIC語言等)，例如Teletrol系統(tǒng)公司的286集成系統(tǒng)就是用C語言，使個人計算機技術得以溶入PLC之中。四、發(fā)展智能模塊智能模塊是以微處理器為基礎的功能部件。它可以與PLC 的主CPU并行工作，占用主CPU的時間很少，有利于提高PLC的掃描速度。發(fā)展智能模塊可進一步提高PLC處理信息的能力和控制功能。工業(yè)機械手的概述機械手是在機械化、自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型

11、裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。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應用，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)在裝配作業(yè)中應用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。(3)可在勞動條件差，單調重復易子疲勞的工作環(huán)境工作，以

12、代替人的勞動。(4)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。(5)宇宙及海洋的開發(fā)。(6)軍事工程及生物醫(yī)學方面的研究和試驗。機械手的組成機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機構、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。1.執(zhí)行機構機械手的執(zhí)行機構，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進行上下、左右和回轉動作。簡單的機械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根據需要做成移動。2傳動系統(tǒng)執(zhí)行機構的動作要由傳動系統(tǒng)來實現。常用機械手傳

13、動系統(tǒng)分機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。3.控制系統(tǒng)機械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進行動作，簡單的機械手一般不設置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關、繼電器、控制閥及電路便可實現動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機構按要求進行動作動作復雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進行控制。4輔助裝置輔助裝置是機械手各部的連接裝置，如，油箱、管道、儀表、基座等。機械手按使用用途分：專用機械手、通用機械手。傳動方式分：機械式機械手、液壓式機械手、氣壓式機械手、電動機械手。機械手應用好處進入信息時代，科學技術高速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的機械手面臨著一場嚴峻的挑戰(zhàn)，它要

14、生存要發(fā)展就必須要進行一場深刻的變革，自動化技術就越來越受到各方面的關注，在機械手上提高自動化程度幾乎成了有識之士的共識。近幾年來，自動化機械手的應用出現了日新月異的可喜局面，它將對提高產品質量、提高工作效率、節(jié)約能源、降低生產成本、減少消耗、增加企業(yè)的競爭力，縮小同發(fā)達國家的差距等都將起到重要的作用。生產自動化的實質就是利用機械裝置來代替人，來完成人的工作(勞動)。把人從繁重、單調、惡劣的環(huán)境中解放出來。它能長時間、不知疲倦地按人們的意愿工作。物料分揀自動化的重要環(huán)節(jié)一一機械手己被人們研究了幾十年，也應用了幾十年，并得到了飛速的發(fā)展，它己經被應用到人類生活的各個方面，它已經成了人類的好朋友，

15、伴隨它的發(fā)展，它將對人類的生產、生活做出更大的貢獻。 PLC選型一、控制要求分析及I/O點統(tǒng)計系統(tǒng)運行前，由運轉。PLC的輸入端有單周期運行啟動按鈕，循環(huán)啟動啟動、停止按鈕，機械手夾緊SQ1，左限位SQ2,右限位SQ3,上升限位SQ4,下降限位SQ5,光電開關SQ6.等9個輸入端。輸送帶A、B運轉，手臂上升、下降、左擺、右擺、手抓抓工件等7個PLC輸出端。ü 根據設計要求：物料分揀PLC系統(tǒng)需要輸入點9個，輸出點7個，其I/O接口共16個，為保證20%的余量，其I/O應不小于32個;根據其控制要求及I/O點，對此系統(tǒng)進行進行分析，我們將選用FX2N型的PLC控制本系統(tǒng)。圖3-1 FX

16、2N-32M可編程控制器ü 輸入輸出32點ü 內置RAM存儲器（8000步）。電池后備。使用選件盒時最大可達16000步。ü 實時時鐘：內置于基本單元中（可與公歷4位對應，有閏年調整功能）ü 基本指令：27種步進梯形圖指令：2種（可表示SFC）應用指令：28種ü 內置運行/停止開關（也具有外部運行/停止功能）可在程序中寫入程序。二、匯川PLC的介紹匯川公司的PLC是較早進入中國市場的產品。其小型機F1/F2系列是F系列的升級產品，早期在我國的銷量也不小。F1/F2系列加強了指令系統(tǒng)，增加了特殊功能單元和通信功能，比F系列有了更強的控制能力。繼F

17、1/F2系列之后，20世紀80年代末匯川公司又推出FX系列，在容量、速度、特殊功能、網絡功能等方面都有了全面的加強。FX2系列是在90年代開發(fā)的整體式高功能小型機，它配有各種通信適配器和特殊功能單元。FX2N幾年推出的高功能整體式小型機，它是FX2的換代產品，各種功能都有了全面的提升。近年來還不斷推出滿足不同要求的微型PLC，如FXOS、FX1S、FX0N、FX1N及系列等產品。匯川公司的大中型機有A系列、QnA系列、Q系列，具有豐富的網絡功能，I/O點數可達8192點。其中Q系列具有超小的體積、豐富的機型、靈活的安裝方式、雙CPU協(xié)同處理、多存儲器、遠程口令等特點，是匯川公司現有PLC中最高

18、性能的PLC。匯川PLC中的 FX2N：是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相當FX系列中最高檔次的超小程序裝置，除輸入出1625點的獨立用途外，還可以適用于多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。特點：-系統(tǒng)配置即固定又靈活；-編程簡單；-備有可自由選擇，豐富的品種；-令人放心的高性能；-高速運算；-使用于多種特殊用途；-外部機器通訊簡單化；-共同的外部設備。在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊，可進行16-256點的靈活輸入輸出組合。可選用16/32/48/64/80/128點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展?？筛鶕娫醇拜敵鲂问?/p>

19、，自由選擇。程序容量：內置8000步RAM（可輸入注釋）可使用存儲盒，最大可擴充至16K步。豐富的軟元件應用指令中有多個可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數可變，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數字開關的數據讀取，16位數據的讀取，矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。數據處理、數據檢索、數據排列、三角函數運算、平方根、浮點小數運算等。特殊用途、脈沖輸出（20KHZ/DC5V，10KHZ/DC12V-24V），脈寬調制，PID控制指令等。外部設備相互通信，串行數據傳送，ASCII code印刷，HEX<->ASCII變換，校驗碼等。FX2N系列PLC擁有無以匹及的速度，高級的

20、功能邏輯選件以及定位控制等特點；FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應用的選擇方案；FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。所以本系統(tǒng)選用了FX2N系列PLC。2.3其它外部器件選型一、光電傳感器選型光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。光電傳感器是各種光

21、電檢測系統(tǒng)中實現光電轉換的關鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉變成為電信號的器件。 光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。近年來，新的光電器件不斷涌現，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應用開創(chuàng)了新的一頁。 檢測距離長如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等

22、，便能實現其他檢測手段（磁性、超聲波等） 無法離檢測。對檢測物體的限制少 由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定 在金屬，它可對玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進行檢測。響應時間短光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構成，所以不包含機械性工作時間，響應時間非常短。 分辨率高 能通過高級設計技術使投光光束集中在小光點，或通過構成特殊的受光光學系統(tǒng)，來實現高分辨率。也可進行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。 可實現非接觸的檢測可以無須機械性地接觸檢測物體實現檢測，因此不會對檢測物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長期使用。 可實現顏色判別 通過檢測物

23、體形成的光的反射率和吸收率根據被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質，可對檢測物體的顏色進行檢測。 便于調整 在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，便于對檢測物體的位置進行調整。 在此系統(tǒng)中由于對產品的要精確度不高，所以選用KBE22-DS10NA型光電傳感器。2.4 匯川PLC的I/O接線圖匯川I/O地址分配及功能說明序號PLC地址名稱及功能說明序號PLC地址名稱及功能說明1X0單周期運行啟動按鈕1Y000輸送帶A2X1連續(xù)循環(huán)運行啟動按鈕SB22Y001輸送帶B3X2連續(xù)循環(huán)運行停止按鈕SB33Y002手臂上升44Y003手臂下降5X4機械手左限SQ25Y00

24、4手臂右擺6X5機械手右限SQ36Y005手臂左擺7X6機械手上限SQ47Y006手抓抓物件8X007手臂下降限位 傳感器SQ58Y0079X010光電開關傳感器SQ69Y010第三章 機械手控制系統(tǒng)軟件設計3.1 FX系列PLC常見的編程方式指令表編程： 指令表編程是以“LD”、“LDI”、“AND”、“ANI”、“OUT”等順控指令輸入的方式。這種方式是編寫順控程序的基本輸入形式，但控制內容難于看懂。例： 步 指令 軟元件號 0 LD X000 1 OR Y005 2 ANI X002 3 OUT Y005梯形圖編程：梯形圖程序是采用順控信號及軟元件號，在圖形畫面上作出順控電路圖的方法。這

25、種方法是用觸點符號與線圈符號表示順控回路，因而容易理解程序的內容。同時還可用回路顯示的狀態(tài)來監(jiān)控可編程控制器的動作。例： SFC編程： SFC程序是根據機械動作的流程進行順控設計的輸入方法。在具有個人計算機與A7PHP/HGP等的圖形畫面的外圍設備中，通過制作下圖所示的畫面可決定順控的流程。 以上3種方法編制的順控程序，全部以指令表方式（指令表編程時的內容）存儲在可編程控制器的程序內存中。因此，按照下圖所示以各種輸入方法編制的程序表示及編輯都可相互變換。（即使是指令表程序，也可根據SFC轉換的規(guī)則，通過SFC圖對應的軟件來表示以指令為基礎的程序）。3.3 FX系列PLC的常見編程方法常見編程方

26、法有：“啟保?！狈绞骄幊讨梦粡臀环绞骄幊滩竭M指令方式編程本設計以“啟保?！狈绞骄幊?，本編程方式是以的方式為基本單位的編程方法，它適合邏輯關系簡單的控制系統(tǒng)，是在實際中較為常用的編程方法。順序功能圖4.4梯形圖程序4.5 指令表程序第四章 總 結 本課題是對物料分揀PLC控制系統(tǒng)應用設計機械手設計應用的一次探索，也是企業(yè)逐步走向生產自動化的一次探索。雖然我的探索和設計可能不夠成熟，但對我來說這次探索奠定了我在PLC的設計和應用道路上的基礎，為企業(yè)生產自動化，為在更多的設備上用更多的PLC作出我應有的貢獻，獻出我的精力和智慧。 本課題的聯想和體會: 一、通過該機械手的設計探索，在許多的行業(yè)廣泛采用

27、可編程控制器（PLC），采用自動化生產來代替人工勞動，把人從繁重和惡劣的環(huán)境中解放出來。可編程控制器（PLC）能長時間，不知疲倦地工作，有利于產品質量和產量的穩(wěn)定提高，也能有效地避免人身傷了和設備的損壞事故。 二、本分揀物件的系統(tǒng)采用先進的可編程控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)的核心，使系統(tǒng)能快速、無誤、準確地將物件予以分揀。在設備的改造中采用PLC.能提高設備的內在品質。 三、可編程控制器（PLC）在自動化分揀線上的實踐應用，可推廣到所有分揀、組裝物件的設備上，及至向更大范圍內推廣。 四、本自動化分揀線還沒有能實現完全的自動化，沒有自動化裝箱。我將會在以后的工作和學習中更加深入地進行研究可編程控制器（PLC）的應用。 本系統(tǒng)已經設計成功，經檢驗能夠滿足生產的需要。參考文獻【l】土承義.機械手及其應用.北京:機械工業(yè)出版社，1981: 1-103【2】穆征. 基于可靠性的斗輪機結構優(yōu)化設計，機械設計與制造，2003(1