機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計 畢業(yè)論文

I隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動化程度要求越來越高，市場競爭激烈、人工成本上漲，以往人工操作的搬運和固定式輸送帶為主的傳統(tǒng)物件搬運方式，不但占用空間也不容易更變生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，加上需要人力監(jiān)督操作，更增加生產(chǎn)成本，原有的生產(chǎn)裝料裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問題。它集成自動控制技術(shù)、計量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計算機管理技術(shù)于一體的機電一體化產(chǎn)品；充分利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化PLC是以現(xiàn)代微處理器技術(shù)為核心的控制器，作為一種通用的工成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干有效抑制外部干擾源對PLC的影響，此外PLC還可在強、通用性好；焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 I第一章概述 11.1PLC的控制系統(tǒng) 1 1 11.1.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 31.2選題背景 41.2.1機械手簡介 41.2.2機械手的行業(yè)狀況 5第二章機械手的整體設(shè)計 52.1機械手的控制過程 5 62.3可編程控制器控制盤面板 82.4機械手的整體設(shè)計 92.4.1單操作程序 92.4.2步進(jìn)操作程序 92.4.3自動操作 第三章機械手的程序設(shè)計 3.1機械手動作過程的實現(xiàn) 3.2機械手的手動單步操作程序 3.2.1機械手左行/右行 3.2.2機械手夾緊/松開 3.2.3機械手上升/下降 3.3自動控制程序 3.3.1機械手下降/夾緊 3.3.2機械手上升和右行 3.3.3機械手的下降和松開 3.3.4機械手上升和左行 3.3.5:機械手回零 第四章機械手的前景 結(jié)束語 參考文獻(xiàn) 第一章第一章概述1第一章概述1.1PLC的控制系統(tǒng)PLC是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自1836年繼電器問世，人們就開始用導(dǎo)線將它同開關(guān)器件巧妙地連接，構(gòu)成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀(jì)60年代末，它不斷吸收微計算機技術(shù)使之功能不斷增強，逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù)。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展、微處理器的出現(xiàn)，以及流程加工行業(yè)(如汽車制造業(yè))對生產(chǎn)流程迅速、頻繁變更的目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強功能等方面有了質(zhì)的飛躍，使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。但是，仍然沿用著順序掃描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/0的基本結(jié)構(gòu)。PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。人們在應(yīng)用它時，可以不必進(jìn)行計算機方面的專門培訓(xùn)，就能對可編程控制器進(jìn)行操作及編程。1)可靠性高，抗干擾能力強可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達(dá)30萬小時。一些第一章第一章概述22)配套齊全，功能完善，適用性強運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎4)系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。5)體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm,重量小于150g,備第一章第一章概述3機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。1)開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生2)模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控第一章第一章概述4作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機械裝置?！睓C械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。機械(2)在裝配作業(yè)中應(yīng)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(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)。產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計5小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計算機集成制造系統(tǒng)第二章機械手的整體設(shè)計2.1機械手的控制過程焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第二章機械手的整體設(shè)計焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計6上開上開左移下降一放松圖2-1機械手示意圖由一個單線圈兩位置電磁閥(稱為夾緊電磁閥)控制。當(dāng)該線圈通電時，機械手機械手應(yīng)自動停止下降，用光電開關(guān)I0.5進(jìn)行無工件檢測。焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計7再通過PLC的類型、輸入輸出模塊的選擇、電源的選擇、存儲器的選擇、冗余功能的選擇和高性能價格比，再根據(jù)本課題I/0的點數(shù)，輸入為14和輸出為6個，考慮到將來發(fā)展的需要選I/0端子數(shù)多的PLC,故選擇德國西門子公司的S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的------S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：--------*豐富的內(nèi)置集成功能----S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第二章機械手的整體設(shè)計焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計8夾/松夾/松自動/停止動周期操作，當(dāng)按下停止按鈕，機械手完成此周期動作后自動回到原點并不再動9在單操作方式斷開單操作程序1圖2-4單操作方式焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第二章機械手的整體設(shè)計焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計單周期操作3)1024633S57O單操作工作方式和自動操作方式，都用同樣的輸出繼電器。指令如下：3第三章機械手的程序設(shè)計133第三章機械手的程序設(shè)計3.1機械手動作過程的實現(xiàn)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第三章機械手的程序設(shè)計焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計左④上限位開美聲實緊電磷兩右跟飲開光染夾霧電磁例E日@3.2機械手的手動單步操作程序全連鎖保護(hù)的作用，而機械手左行/右行兩個動作只能當(dāng)機械手處在上限位置時啟動按鈕，通過控制右行電磁閥Q0.3,機械手向右行；按下停止按鈕，通過控制左行電磁閥Q0.4,機械手向左行。程序指令如下：第三章機械手的程序設(shè)計夾緊松開夾緊松開01A23A45二67A89二3.2.2機械手夾緊/松開如圖3-3所示，I1.5為常開觸點，即夾/松加載檔，將加載選擇開關(guān)扳到“夾/一()啟動停止024SA175AR3.2.3機械手上升/下降如圖3-4所示，I1.4為常開觸點，即上升/下降加載檔，將加載選擇開關(guān)扳到“上/下”檔，按啟動按鈕I0.0,通過控制下降電磁閥，機械手執(zhí)行下降動作；當(dāng)按下停止按鈕I0.6,通過控制上升電磁閥，機械手執(zhí)行上升動作。程序指令如焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第三章機械手的程序設(shè)計焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計下降O1A23二45A67二始復(fù)位，并執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令，當(dāng)EN有效時，把0輸出到SW0中。當(dāng)機械手的上限是第一步。按下啟動按鈕后，置位狀態(tài)S0.1,同時將原工作狀態(tài)S0.0清0,輸出繼電器下降電磁閥Q0.0得電，原點指示Q0.5行下降動作。當(dāng)機械手下降到底碰到下限位開關(guān)時I0.1接通，置位狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S0.2,同時將狀態(tài)S0.1清0,輸出繼電器Q0.0復(fù)位置1,于是機械手停止下降，而焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計2451}67+02468S機械手下降和夾緊13579A二二S焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計置值(PT)17時，定時器輸出狀態(tài)位置1(輸出觸頭有效時),當(dāng)前值最大值為上升電磁閥Q0.1得電，機械手執(zhí)行上升動作。由于夾緊電磁閥Q0.2已被置1,夾02345二6789二如圖3-7所示，當(dāng)機械手右行至右限限位開關(guān)時，I0.3接通，Q0.3失電，機械焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第三章機械手的程序設(shè)計焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計限位開關(guān)時，I0.1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S6.0,同時將狀態(tài)S0.5清0,輸出繼電器原點指示Q0.0復(fù)位，夾緊電磁閥Q0.2被復(fù)位，于是機械手停止下降，執(zhí)行松開動01A23456二789R如圖3-8所示，按照工作方式分類，定時器T38屬于通電延時型定時器，使能端(IN)輸入有效，定時器開始計時。當(dāng)前值從0開始遞增，當(dāng)大于或等于預(yù)置值(PT)15時，定時器輸出狀態(tài)位置1(輸出觸頭有效時),當(dāng)前值最大值為3276.7s。使能端無效(斷開)時，定時器復(fù)位。定時器T38開始計時，延時1.5s后，接通T38常開觸點將狀態(tài)S0.7置1,同時將狀態(tài)S0.6清0,而輸出繼電器下降電磁閥Q0.1再次得電，機械手執(zhí)行上升動作。行至限位開關(guān)位置，上限限位開012345二6789A焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計)圖3-9機械手回零第四章機械手的前景械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)以及根據(jù)不同類型的焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第四章機械手的前景焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計基加緊機構(gòu)，即可組成不同用途的機械手。既便于設(shè)已經(jīng)取得一定成績。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)以及微型計算機。工作是電視照相機將物體形象變成視頻信號，然此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值!有些東西以為學(xué)會在此要感謝我們的指導(dǎo)老師周老師對我們悉心的指導(dǎo)，感謝老師們給我們的[1]張建民主編.工業(yè)機器人[M],北京理工大學(xué)出版社，1992[2]李靜主編.機電一體化技術(shù)基礎(chǔ)與產(chǎn)品設(shè)計[M],機械工業(yè)出版社，1996[3]楊長