基于物料分揀機械手的自動化控制系統(tǒng)的設計開題報告

南京工程學院 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告題 目：基于PLC的物料分揀機械手自動化控制 系統(tǒng)的設計 專 業(yè)： 自動化（數控技術） 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 2015年3月學生姓名 學 號專 業(yè)指導教師 職 稱所在院系課題來源自擬課題課題性質課題名稱基于PLC的物料分揀機械手自動化控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計的內容和意義（1）據控制要求完成PLC的選型（2）實現物料分揀機械手的自動化控制要求 （3）繪制功能要求的工藝流程圖、工作梯形圖（4）編寫程序清單（5）完成設計說明書 （6）畢業(yè)設計論文符合學院規(guī)定的論文格式和有關要求本課題對虛擬制造技術的應用進行研究，其研究意義如下：（1）本課題試圖開發(fā)PLC對物料分揀機械手的控制，使其能夠對不同的物料按預先設定的程序進行分揀，動作靈活多樣，廣泛應用于柔性生產線。（2）采用PLC控制，可部分代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行單調持久的作業(yè)。（3）可以允許方便的改動或重新設計其新部件，并能很快地投產，降低安裝和轉換工作的費用。文獻綜述1.PLC介紹 它是一種即時系統(tǒng)有別於個人電腦 。傳統(tǒng)式以繼電器為主的電機控制系統(tǒng)中, 每當變更設計時,整個系統(tǒng)幾乎都要重新制作, 不但費時又費力；同時由於繼電器還有接點接觸不良、磨損、體積大之缺點, 因此造成成本升高、可靠性低、不易檢修等問題。為了改善這些缺點,美國DEC在1969年首度發(fā)表：可程式控制器(Programmable Controller)。程式控制器在發(fā)表初期被稱為(Programmable Logic -Controller)簡稱PLC, 最先的目的是取代繼電器，從而執(zhí)行繼電器邏輯及其他計時或計數等功能的順序控制為主, 所以也稱順序控制器,其結構也像一部微電腦,所以也可稱為微電腦可程式控制器(MCPC),直到1976年,美國電機制造協(xié)會正式給予命名為Programmable Controller, 即可程式控制器,簡稱PC,由于目前個人電腦(Personal Computer)極為普遍, 加上常與可程式控制器配合使用,為了區(qū)分兩者, 所以一般都稱可程式控制器為PLC 以加以分別。目前市面上之PLC種類繁多，依照制造廠商及適用場所的不同而有所差異, 但是每種廠牌可依機組復雜度分為大、中、小型；而一般工廠及學校通常使用小型PLC, 其中以日系F系列及我國A系列PLC較受國人愛用。 而本CAI將以三菱FX2 PLC 為主加以介紹,望使用者能對PLC有更深的瞭解, 在使用PLC時能更得心應手。 可程式控制器內部基本結構可用下圖來表示, 其內部處單元包括CPU、輸入模組、輸出模組三大部門, PLC的CPU 會經由輸入模組取得輸入元件所產生的訊號, 再從記憶體中逐一取出原先以程式書寫器中輸入的控制指令, 經由運算部門邏輯演算後,再將結果通過輸出模組加以驅動外在的輸出元件。2.應用領域 目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、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）開關量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，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、包裝生產線、電鍍流水線等。2） 模擬量控 在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液文獻綜述位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。如可驅動步進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。3）運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。4）過程控制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)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。5）數據處理現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。6）通信及聯(lián)網PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3. 功能特點1）使用方便，編程簡單采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，文獻綜述因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。2）功能強，性能價格比高一臺小型PLC內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能可以實現非常復雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價比。PLC可以通過通信聯(lián)網，實現分散控制，集中管理。3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強PLC產品已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和小型交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化。4）可靠性高，抗干擾能力強傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于觸點接觸不良，容易出現故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。5）系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法來設計。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，設計梯形圖的時間比設計相同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成系統(tǒng)的安裝和接線后，在現場的統(tǒng)調過程中發(fā)現的問題一般通過修改程序就可解決，系統(tǒng)的調試時間比繼電器系統(tǒng)少。文獻綜述6）維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故。4.PLC的發(fā)展趨勢：（1）產品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展 大：I/O點數達14336點、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化；?。河烧w結構向小型模塊化結構發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本；（2）PLC在閉環(huán)過程控制中應用日益廣泛；（3）不斷加強通訊功能；（4）新器件和模塊不斷推出高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還帶有處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計時模塊、遠程I/O模塊等專用化模塊；（5）編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化有各種簡單或復雜的；編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語言表等編程語言，亦有高檔的PLC指令系統(tǒng)；（6）發(fā)展容錯技術采用設備并行工作、多數表決的工作方式；（7）追求軟硬件的標準化。5.PLC控制的機械手 在工業(yè)生產和其他領域內，由于工作的需要，人們經常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。機械手可在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線。機械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應現場惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。機械手是工業(yè)機器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機器人。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業(yè)重要的自動化裝備。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可以提高產品的質量與產量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產成本，有著十分重要的意義。文獻綜述可編程控制器（PLC）是繼電器控制和計算機控制出上開發(fā)的產品，逐漸發(fā)展成以微處理器為核心把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。本課題充分利用了PLC控制功能，實現機械手搬運控制。使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時期功能范圍得到廣泛應用。參考文獻（1）鐘肇新.可編程序控制器原理及應用.廣州：華南理工大學出版社,2002 （2）陳宇,段鑫.可編程控制器基礎及編程技巧.廣州：華南理工大學出版社,2002 （3）常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器.北京：機械工業(yè)出版社,2004 （4）張建民,機電一體化系統(tǒng)設計.北京：高等教育出版社,2001 （5）蔣少茵.PLC控制的機械手.2004 （6）張兵,施永輝.基于PLC的機械手混合驅動控制,液壓與氣動.2005 （7）張建民等.機電一體化系統(tǒng)設計M.北京：北京理工大學出版社，2007 （8）袁子榮.液氣壓傳動與控制M.重慶：重慶大學出版社，2007（9）陳奎生.液壓與氣壓傳動M.武漢：武漢理工大學出版社，2001（10）張鐵，謝存禧.機器人學M.廣州：華南理工大學出版社，2001（11）He yong yi. 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