機(jī)械手PLC設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書1 引言隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動(dòng)化，已愈來愈引起人們的重視。機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率；可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。機(jī)械手是工業(yè)控制和加工中經(jīng)常用到的執(zhí)行部件，具有能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境、效率高

2、、安全穩(wěn)定和可進(jìn)行高強(qiáng)度工作的優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化生產(chǎn)線上有廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效的辦法；控制機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。機(jī)械手是能夠模仿人體上肢的部分功能，可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。為工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)一個(gè)技術(shù)性能優(yōu)良的控制系統(tǒng)，對(duì)于提高工業(yè)機(jī)械手的

3、整體技術(shù)性能來說具有十分重要的意義。本設(shè)計(jì)正是針對(duì)這一課題，選擇了可編程控制器(PLC)作為工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)，這對(duì)提升工業(yè)機(jī)械手的整體技術(shù)性能起到了良好的作用。 本設(shè)計(jì)的電動(dòng)組合機(jī)械手分別由四個(gè)不同功能的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及相應(yīng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置構(gòu)成；它們是：旋轉(zhuǎn)電機(jī)、水平（X軸）伸縮運(yùn)行電機(jī)、垂直（Y軸）升降運(yùn)行電機(jī)、手爪驅(qū)動(dòng)電機(jī)，是一個(gè)三軸多位置的機(jī)械裝置?？梢酝瓿闪憬M件的組裝、移送等任務(wù)。限位開關(guān)檢測(cè)機(jī)械手是否到達(dá)固定位置?？删幊炭刂破?PLC)控制機(jī)械手的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的單步和連續(xù)運(yùn)行。本設(shè)計(jì)可編程控制器(PLC)選用施耐德（Schneider Electric）公司M218系列的TM218L

4、DAE24DRHN。機(jī)械手的開關(guān)量信號(hào)直接輸入PLC，PLC輸出的控制信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，從而控制機(jī)械手按指令操作。2 PLC的介紹可編程邏輯控制器（PLC）是一臺(tái)可用于機(jī)電過程自動(dòng)化控制（如機(jī)械工廠組裝生產(chǎn)線、游樂設(shè)施、燈具的自動(dòng)控制）的電子計(jì)算機(jī)。PLC已應(yīng)用在許多工廠和機(jī)器上。PLC不同于通用計(jì)算機(jī)，它支持多個(gè)輸入和輸出，擴(kuò)展了工作的溫度范圍，受電氣噪聲的影響很小，具有良好的抗震動(dòng)和沖擊性能?？刂茩C(jī)器工作的程序通常存儲(chǔ)在電池備份或者非易失性內(nèi)存中。PLC還是一個(gè)硬性實(shí)時(shí)系統(tǒng)的例子，它的輸出結(jié)果必須在有限的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)輸入條件的變化，否則將導(dǎo)致誤操作。歷史PLC的發(fā)明是為了滿足美國汽車制

5、造業(yè)的需求。當(dāng)生產(chǎn)方式改變時(shí)，一些汽車公司只要升級(jí)軟件版本而不用重新布線制作硬接線控制面板就能適應(yīng)新的生產(chǎn)方式，可編程邏輯控制器在這些公司最先得到應(yīng)用。數(shù)字計(jì)算機(jī)，作為通用可編程設(shè)備，很快就被應(yīng)用于工業(yè)過程的控制。早期的計(jì)算機(jī)需要專業(yè)的程序員和嚴(yán)格的運(yùn)行環(huán)境即保持一定的溫度、較高的潔凈度和電能質(zhì)量。通用計(jì)算機(jī)用于過程控制，需要保護(hù)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)離車間環(huán)境。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)需要具備幾個(gè)屬性：能夠適應(yīng)一定的車間環(huán)境，易于擴(kuò)展、支持離散（位表）輸入和輸出，使用容易掌握，工作過程允許監(jiān)視。任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間必須快到能夠?qū)崿F(xiàn)控制要求，要求的響應(yīng)速度根據(jù)不同的過程性質(zhì)有所不同。GM Hydramatic（通

6、用汽車自動(dòng)變速器公司）于1968年發(fā)出了建議更換硬接線的繼電器系統(tǒng)的要求。獲獎(jiǎng)的提案來自馬薩諸塞州的貝德福德協(xié)會(huì)。第一臺(tái)PLC就是這一提案的結(jié)果，它被命名為“084”，因?yàn)樗秦惖赂５聟f(xié)會(huì)“第八十四個(gè)項(xiàng)目”.此后，貝德福德公司建立了新的公司，致力于開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)這種新產(chǎn)品：Modicon（模塊化數(shù)字控制器的簡稱）。迪克莫利，該項(xiàng)目的工作人員之一，被稱為“PLC之父”。 1977年莫迪康品牌被賣給了古爾德電子公司，后來又被德國AEG公司收購，后又歸于法國施耐德電氣公司也就是目前的擁有者。發(fā)展在全球工業(yè)計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域,圍繞開放與再開放過程控制系統(tǒng)、開放式過程控制軟件、開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議,已

7、經(jīng)發(fā)生巨大變革,幾乎到處都有PLC,但這種趨勢(shì)也許不會(huì)繼續(xù)發(fā)展下去。隨著軟PLC(SoftPLC)控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)一步完善和發(fā)展,安裝有SoftPLC組態(tài)軟件和基于工業(yè)PC控制系統(tǒng)的市場(chǎng)份額正在逐步得到增長,這些事實(shí)使傳統(tǒng)PLC供應(yīng)商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化,他們必須面對(duì)現(xiàn)實(shí),在傳統(tǒng)PLC的技術(shù)發(fā)展與提高方面作出更加開放的高姿態(tài)。對(duì)于控制軟件來講,這是PLC控制器的核心,PLC供應(yīng)商正在向工業(yè)用戶提供開放式的編程組態(tài)工具軟件,而且對(duì)于工業(yè)用戶表現(xiàn)得非常積極。此外,開放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破,其結(jié)果是將PLC融入更加開放的工業(yè)控制行業(yè)。可編程控制器（簡稱PLC)是一種數(shù)字運(yùn)算

8、操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。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。一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。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

9、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。本次課設(shè)采用M218系列的TM218LDAE24DRHN詳細(xì)信息如下：3設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)方案的選擇31 設(shè)計(jì)目的（1）通過課程設(shè)計(jì)了解一般控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)λ鶎W(xué)的PLC理論知識(shí)靈活應(yīng)用。（2）利用M218 PLC(型號(hào)為TM218LDAE24DRHN或TM218LDAE40DRPHN)完成控制要求。（3）根據(jù)控制要求定義I/O點(diǎn)，繪制PLC的外部電氣接線圖。（4）利用Somachine編程軟件繪制設(shè)計(jì)課題的梯形圖。（5）把編寫好的梯形圖下載到PLC中，運(yùn)行看是否達(dá)到控制要求

10、。3 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求一、控制要求 根據(jù)下列工藝過程，設(shè)計(jì)PLC控制程序。其中，動(dòng)力頭從原點(diǎn)(X2處)出發(fā)，完成加工任務(wù)后，回到原點(diǎn)停下，即單周期運(yùn)行。二、畫出系統(tǒng)動(dòng)作流程圖 三、設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)分配 四、畫出PLC的外部接線圖五、設(shè)計(jì)完整的梯形圖； 六、編譯、下載、運(yùn)行。 3.3 設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求按照任務(wù)書要求，完成課程設(shè)計(jì)說明書一份；PLC外部接線圖一份；PLC梯形圖一份。3.4 設(shè)計(jì)成果形式及要求I/O點(diǎn)分配；PLC外部接線圖；梯形圖；運(yùn)行圖；設(shè)計(jì)說明書。4 動(dòng)作流程圖根據(jù)工藝過程，設(shè)計(jì)PLC控制程序。其中，動(dòng)力頭從原點(diǎn)(X2處)出發(fā)，完成加工任務(wù)后，回到原點(diǎn)停下，即單周期運(yùn)行。

11、從而畫出系統(tǒng)的動(dòng)作流程圖如所示：圖1 機(jī)械手工藝流程5 I/O點(diǎn)定義及PLC外部接線圖5.1 I/O點(diǎn)分配表啟動(dòng)按鈕X0工進(jìn)2啟動(dòng)電磁閥Y7停止按鈕X1工進(jìn)2工作電磁閥Y8前進(jìn)1按鈕X2工進(jìn)2上升電磁閥Y9工進(jìn)1按鈕X3快進(jìn)3開啟Y10前進(jìn)2按鈕X4快進(jìn)3自鎖電磁閥Y12工進(jìn)2按鈕X5快退開啟Y14前進(jìn)3按鈕X6前進(jìn)2開啟電磁閥Y15后退按鈕X7全部斷開Y16工進(jìn)1開啟電磁閥Y0工進(jìn)1降停止電閥Y2前進(jìn)1電磁閥Y4工進(jìn)1下降電磁閥Y5工進(jìn)1上升電磁閥Y65.2 PLC外部接線圖PLC外部接線圖6梯形圖及指令表6.1梯形圖5.2工作原理 當(dāng)我們按下啟動(dòng)按鈕X0，機(jī)械手開始啟動(dòng)，進(jìn)行第一個(gè)快進(jìn)動(dòng)作

12、，通過梯形圖我們可以看到這時(shí)Y4線圈閉合并自鎖，此時(shí)進(jìn)行第一個(gè)快進(jìn)過程。當(dāng)Y4延遲10秒后，線圈Y0得電，使得Y0的常開觸點(diǎn)閉合Y5也閉合，同時(shí)自鎖。當(dāng)Y4,Y5閉合時(shí),開始第一個(gè)工進(jìn)過程，且同時(shí)Y5的常閉出點(diǎn)斷開，第一個(gè)快進(jìn)動(dòng)作停止。同時(shí)第一個(gè)工進(jìn)過程下降工作開始，延時(shí)5秒后Y2線圈得點(diǎn)，使得Y1失電，第一個(gè)工進(jìn)過程下降動(dòng)作停止，同時(shí)第一個(gè)工進(jìn)過程上升工作開始，再延時(shí)5秒后，Y15，Y6得電，同時(shí)Y6自鎖，第二個(gè)快進(jìn)過程開始。第二個(gè)快進(jìn)過程工作10秒后，Y7得電，同時(shí)Y8得電自鎖，Y8常閉觸點(diǎn)斷開，第二個(gè)快進(jìn)結(jié)束動(dòng)作。在得電的瞬間Y6，Y8同時(shí)開通延遲5秒后Y9得電進(jìn)行第二個(gè)工進(jìn)過程的下降工

13、作，再延遲5秒后，即第二個(gè)工進(jìn)過程的上升過程完成后Y10得電，同時(shí)Y12得電自鎖，開始第三個(gè)快進(jìn)過程。Y12得電后延遲10秒，Y13得電，Y13的長開出點(diǎn)閉合，延遲5秒后，Y14得電，其長開觸點(diǎn)閉合，進(jìn)行快退動(dòng)作。延遲30秒后，Y16得電，所有動(dòng)作全部自動(dòng)停止，完成一個(gè)周期的運(yùn)作，在此過程中我們按下X1無論在何時(shí)都能起到急停作用。5.3指令表6.4運(yùn)行圖未啟動(dòng)之前打開啟動(dòng)按鈕6總結(jié)通過本次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了很多東西。其中更是加深了對(duì)plc的理解，以前的理論課學(xué)到的知識(shí)得到實(shí)踐。而且以前對(duì)plc控制過程中的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行了解，在課設(shè)過程中，本人通過查看書籍亦或是上網(wǎng)查詢，了解了許多以前不知道的東西。了解了plc在我們生活中的巨大作用，特別是通過本次課設(shè)發(fā)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無論是進(jìn)行時(shí)間控制還