畢業(yè)設計（論文）-機械手的PLC設計.doc

安慶職業(yè)技術學院2011屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設計）1目錄摘要.3引言.41機械手簡介.51.1概述.51.2機械手的組成.51.3機械手的分類.51.4機械手的應用.52機械手的控制方案與選擇.62.1控制要求.62.2機械手的控制系統設計方案的比較.63PLC的簡介.73.1PLC的產生.73.2PLC的定義和特點.73.2.1PLC的定義.73.2.2PLC的特點.73.3可編程控制器的主要性能指標.83.4可編程控制器的分類.83.5PLC系統的組成.93.5.1PLC的硬件結構.93.5.2PLC的軟件.93.6可編程控制器的工作方式.93.7PLC的編程語言.103.8FX2N系列PLC.113.8.1FX2N系列PLC的內部資源.113.8.2FX2N系列PLC的基本順控指令.1139PLC的應用領域.124PLC對機械手的控制.134.1PLC的選型.134.4.1I/O總點數的確定.134.4.2I/O點信號性質分析.134.4.3用戶存儲器容量的估算.134.2PLC的梯形圖.144.2.1程序的總體結構設計.144.2.2初始化程序.144.2.3手動程序.144.2.4回原位程序.154.2.5自動程序.164.3指令程序.174.4I/O接線圖.174.5相關電氣設備選擇和校驗.194.5.1系統調試.194.5.2程序的運行與調試.20安慶職業(yè)技術學院2011屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設計）24.6材料清單.204.7不足和改進.215畢業(yè)設計總結.226致謝.23參考文獻.24安慶職業(yè)技術學院2011屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設計）3摘要機械手是工業(yè)機器人系統中傳統的任務執(zhí)行機構，是機器人的關鍵部件之一。機械手的機械結構采用滾珠絲桿、滑桿、等機械器件組成；電氣方面有交流電機、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術，位置控制技術、檢測技術等，是機電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機械手是由PLC輸出三路脈沖，分別驅動橫軸、豎軸變頻器，控制機械手橫軸和豎軸的精確定位，微動開關將位置信號傳給PLC主機；位置信號由接近開關反饋給PLC主機，通過交流電機的正反轉來控制機械手手爪的張合，從而實現機械手精確運動的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行作業(yè)，并可根據工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參數。關鍵詞：機械手PLC變頻器交流電機安慶職業(yè)技術學院2011屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設計）4引言在現代工業(yè)中，生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現代化的進一步發(fā)展,自動化已經成為現代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產流水線等等，已經隨處可見。同時，現代生產中，存在著各種各樣的生產環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產環(huán)境不利于人工進行操作。工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現的一項新的技術，是現代控制理論與工業(yè)生產自動化實踐相結合的產物，并以成為現代機械制造生產系統中的一個重要組成部分。工業(yè)機械手是提高生產過程自動化、改善勞動條件、提高產品質量和生產效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。本課題擬開發(fā)物料搬運機械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，對機械手的上下、左右以及抓取運動進行控制。該裝置機械部分有滾珠絲杠、滑軌、機械抓手等；電氣方面由交流電機、變頻器、操作臺等部件組成。我們利用可編程技術，結合相應的硬件裝置，控制機械手完成各種動作。由于時間倉促和個人水平限制，我的設計存在著許多還沒來得及解決的問題，希望廣大老師、同學能夠給予批評指正并予以解決。安慶職業(yè)技術學院2011屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設計）51機械手簡介1.1概述機械手首先是由美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出了第一臺機械手。機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。1.2機械手的組成機械手主要由手部、運動機構和控制系統三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有23個自由度。1.3機械手的分類機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。1.4機械手的應用機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。另外，機械手在鍛造工業(yè)中的應用不僅能進一步發(fā)展鍛造設備的生產能力，而且還能改善熱、累等勞動條件。安慶職業(yè)技術學院2011屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設計）62機械手的控制方案與選擇2.1控制要求如下圖所示為某生產車間中自動化搬運機械手，用于將左工作臺上的工件搬運到右工作臺上。機械手的全部動作由液壓驅動。液壓泵由電磁閥控制，其上升/下降、左移/右移運動由雙線圈兩位電磁閥控制，即上升電磁閥得電時機械手上升，下降電磁閥得電時機械手下降。夾緊/放松運動由單線圈兩位電磁閥控制，線圈得電時機械手夾緊，斷電時機械手放松。圖2.1機械手的動作示意圖為便于控制系統調試和維護，本控制系統應有手動功能和顯示功能。當手動/自動轉換開關置于“手動”位置時，按下相應的手動按鈕，就可實現上升、下降、左移、右移、夾緊、放松的手動控制。當機械手處于原位時，將手動/自動轉換開關置于“自動”位置時，進入自動工作狀態(tài)，手動按鈕無效。2.2機械手的控制系統設計方案的比較在工業(yè)自動化生產中常用的控制系統有：傳統的繼電器接觸器控制系統、PLC控制系統和微機控制系統這三種。但從使用性、經濟性、可靠性出發(fā)，本設計選用了PLC。因為從上述該機械手所需完成的控制動作分析來看，本機械手是用于各種傳感器在復雜的條件下工件的傳輸，主要動作是上升、下降、左移、右移、夾緊、放松和工序延時控制等，控制動作基本上是以簡單的順序邏輯動作為主。是屬典型的繼電邏輯順序動作控制系統，這是PLC最擅長的功能，而且PLC具有體積小、重量輕、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、易于維護等特點，特別是替代繼電器控制系統，這更是它的優(yōu)勢。安慶職業(yè)技術學院2011屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設計）73PLC的簡介3.1PLC的產生1968年美國通用汽車公司（GM）招標要求:軟連接代替硬接線；維護方便；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；成本低于繼電器控制柜；有數據通訊功能；輸入115V；可在惡劣環(huán)境下工作；擴展時，原系統變更要少；用戶程序存儲容量可擴展到4K。核心思想：用程序代替硬接線，輸入/輸出電平可與外部裝置直接相聯，結構易于擴展，這是PLC的雛形。1969年美國DEC公司研制出世界上第一臺PLC（PDP-14），并在GM公司汽車生產線上應用成功。3.2PLC的定義和特點3.2.1PLC的定義美國電氣協會制造商協會NEMA和國際電工委員會IEC對可編程控制器分別作了定義：可編程控制器是一種專門用于工業(yè)環(huán)境的、以開關量邏輯控制為主的自動控制裝置。它具有存儲控制程序的存儲器，能夠按照控制程序，將輸入的開關量（或模擬量）進行邏輯運算、定時、計數和算術運算等處理后，以開關量（或模擬量）的形式輸出，控制各種類型的機械或生產過程。早期的可編程控制器，主要用于開關量邏輯控制，所以稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC，后來隨著計算機計術不斷發(fā)展，其功能已不僅限于開關邏輯控制，所以被稱之為可編程控制器PC，但這很容易和個人計算機PC相混淆，因此，一般仍把PLC作為可編程控制器的簡