瓷磚自動(dòng)包裝線的PLC控制畢業(yè)論文

1、瓷學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書中文題目：瓷磚自動(dòng)包裝線的PLC控制 英文題目：THE PLC CONTROL OF AUTOMATIC PACKAGING LINE OF TILES院 系：科技藝術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 07自動(dòng)化(1)班姓 名： 石文貴 學(xué) 號(hào)： 0 指導(dǎo)教師：起訖時(shí)間：2011年3月19 5月20日摘要本文敘述了一種基于PLC控制的五自由度應(yīng)用型氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。文中詳細(xì)介紹了機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等具體容。氣動(dòng)機(jī)械手由于具有易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)、控制簡(jiǎn)便、介質(zhì)便宜、傳動(dòng)快速、壓力低、安全無污染、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),從而廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、包裝機(jī)械、印染機(jī)械

2、、食品機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破?即PLC)作為一種工業(yè)環(huán)境下的計(jì)算機(jī)控制裝置,由于其極高的可靠性與應(yīng)用極為方便,國(guó)外正在迅速普與,并高速發(fā)展,日益成為機(jī)電控制與過程控制不可缺少的核心部件。在工業(yè)生產(chǎn)流水線中，利用氣動(dòng)機(jī)械手可以準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行物品搬運(yùn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕，生產(chǎn)的自動(dòng)化程度得到提高。而氣動(dòng)技術(shù)與PLC技術(shù)相結(jié)合，則可以更為方便的實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。關(guān)鍵詞:五自由度機(jī)械手 可編程序控制器 氣壓傳動(dòng) 電氣控制系統(tǒng) 順序功能圖 順序控制 步進(jìn)指令 自動(dòng)控制ABSTRACTIn this paper, a PLC-based control of five degree of

3、freedom pneumatic robot application design. Described in detail the overall design of the robot, pneumatic drive system design, electrical control system design details. Pneumatic Manipulator with easy to achieve as a result of linear motion control is simple, inexpensive media, drive fast, low-pres

4、sure, safe non-polluting, environment and other characteristics of adaptability, which is widely used in the electronics industry, packaging machinery, printing and dyeing machinery, food machinery, agricultural machinery and other fields. Programmable logic controller (PLC) environment as an indust

5、rial computer control devices, because of its high reliability and its application is extremely convenient, both at home and abroad is rapidly increasing, and the rapid development of increasingly mechanical and electrical control and process control can not be the lack of the core components. In th

6、e industrial production line, the use of pneumatic robot can accurately, quickly and goods handling, greatly reduced labor intensity, degree of automation of production is improved. The PLC technology and aerodynamic technology, you can more easily control the realization of mechanical-electrical in

7、tegration.KEYWORDS: Five degrees of freedom manipulator PLC Pneumatic TransmissionElectrical Control SystemSequential Function ChartSequence ControlStep instructionsAutomatic Control目 錄第0章緒論- 4 -第一章瓷磚與生產(chǎn)介紹- 5 -1.1 瓷墻地磚的品種- 5 -1.2 瓷墻地磚性能指標(biāo)與檢測(cè)方法- 5 -第二章瓷磚包裝中的機(jī)械手- 7 -2.1 瓷磚包裝設(shè)備的發(fā)展- 7 -2.2 自動(dòng)包裝線的分類- 8 -

8、2.3 機(jī)械手在自動(dòng)包裝中的應(yīng)用- 9 -第三章機(jī)械手控制方式的比較- 11 -3.1 繼電器控制方式- 11 -3.2 單片機(jī)控制方式- 11 -3.3 微型計(jì)算機(jī)控制方式- 12 -3.4 PLC控制方式- 12 -3.5 選擇PLC的原因- 13 -第四章控制模型的設(shè)計(jì)- 14 -4.1模塊式機(jī)械手與組成- 14 -4.2 總體方案的設(shè)計(jì)- 15 -4.3 機(jī)械手控制系統(tǒng)實(shí)例分析- 16 -第五章 PLC設(shè)計(jì)- 21 -5.1 PLC的簡(jiǎn)介- 21 -5.2 PLC的硬件組成- 21 -5.3 PLC控制I/O分配明細(xì)- 22 -5.4PLC的I/O電氣接線圖- 25 -5.5軟件的設(shè)計(jì)

9、- 26 -第六章典型電路- 32 -6.1 主電路設(shè)計(jì)- 32 -6.2 手動(dòng)啟動(dòng)電磁閥電路- 32 -6.3 氣動(dòng)回路圖- 33 -第七章元器件的選擇- 34 -7.1 PLC的選擇- 34 -7.2 電磁鐵的選擇- 35 -7.3 電磁閥的選擇- 35 -7.4 接近開關(guān)- 37 -7.5 組合開關(guān)、斷路器的選擇- 38 -第八章電氣控制裝置工藝設(shè)計(jì)- 39 -第九章總結(jié)- 41 -第十章經(jīng)濟(jì)分析- 42 -9.1 目標(biāo)成本- 42 -9.2 初步計(jì)算成本- 42 -9.3 經(jīng)濟(jì)分析與市場(chǎng)前景預(yù)算- 42 -致- 43 -參考文獻(xiàn)- 44 -附錄附表1 元件清單附表2 電磁閥狀態(tài)表附圖1

10、 控制面板布置示意圖附圖2 電氣箱元件排列圖0 緒 論近年來，建制造從華東和等中高檔建集中產(chǎn)區(qū)向全國(guó)遷移；優(yōu)質(zhì)建企業(yè)通過產(chǎn)業(yè)遷移加快產(chǎn)業(yè)區(qū)域布局，同時(shí)，優(yōu)質(zhì)建企業(yè)的遷移也帶動(dòng)新建產(chǎn)區(qū)由低檔建生產(chǎn)向中高檔建生產(chǎn)提升。全國(guó)圍的建筑瓷轉(zhuǎn)移、擴(kuò)、重新布局也帶動(dòng)全國(guó)建產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從建筑瓷整個(gè)行業(yè)來看，市場(chǎng)空間仍然很大。雖然建筑瓷業(yè)在歐美已屬“夕陽產(chǎn)業(yè)”，但在中國(guó)還是“產(chǎn)業(yè)”，還會(huì)有很大的發(fā)展。美國(guó)金融海嘯對(duì)中國(guó)建行業(yè)有影響，但并沒有想象的那么大，也沒有那么可怕。中國(guó)建業(yè)完全有能力輕松邁過這場(chǎng)經(jīng)濟(jì)災(zāi)難。隨著我國(guó)建筑瓷行業(yè)發(fā)展環(huán)境進(jìn)一步改善，行業(yè)整體也將進(jìn)一步提高。預(yù)計(jì)2010-2011年，我國(guó)建筑瓷行業(yè)增

11、長(zhǎng)速度將有所降低，收入年均增長(zhǎng)率將達(dá)到32.0%，利潤(rùn)年均增長(zhǎng)率將達(dá)到40.2%；2011年，行業(yè)收入將達(dá)到4798.0億元，利潤(rùn)將達(dá)到287.3億元。建筑瓷制品由于主要用于墻建筑或裝飾，對(duì)于產(chǎn)品輻射防護(hù)的安全性顯得尤為重要。盡管原材料的放射性核素的含量隨著產(chǎn)地的不同而不同，但考慮到我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)原材料的使用量以與所使用原料的生產(chǎn)地也在不斷變化，因此，為保護(hù)人體健康應(yīng)對(duì)產(chǎn)品放射性進(jìn)行控制。1 瓷磚與生產(chǎn)介紹1.1 瓷墻地磚的品種(1)功能墻地磚多孔性瓷坯體的利用：通過使用高溫能分解大量氣體的原料和加入適量的化學(xué)發(fā)泡劑，制成體積密度只有0610gcm3，甚至更低的多孔性瓷坯體，這種

12、比水還輕的瓷材料有多種用途。a保溫節(jié)能磚：坯體表面施釉，具有保溫節(jié)能效果，也便于清洗。不施釉的保溫節(jié)能磚，表面粗糙，具有古樸典雅、返古歸真的效果。b吸音磚：坯體空隙率高達(dá)4050，能起到減音效果，并有防火、保溫作用，在室音響設(shè)計(jì)中，利用吸音磚可獲得最佳殘音效果。c輕質(zhì)屋瓦：制成屋面用瓦，可減輕房屋承重。d滲水路面磚：在磚形成多孔連貫的氣孔結(jié)構(gòu)，能將地面水滲透到地下，具有普通廣場(chǎng)磚的風(fēng)格，又有透水、保水、防滑功能，是目前廣場(chǎng)磚的替代品?？轨o電磚；在人們?nèi)粘９ぷ骰顒?dòng)中會(huì)產(chǎn)生靜電。在安放精密儀器的機(jī)房，在存放易燃、易爆物品的倉(cāng)庫(kù)，靜電是非常有害的，為此，設(shè)計(jì)制造了抗靜電磚?？轨o電磚通常是在釉或坯中加

13、入具有半導(dǎo)體性能的金屬氧化物，使磚具有半導(dǎo)體性能，避免靜電積累，達(dá)到抗靜電的目的。(2)新型墻地磚微晶玻璃磚：磚的地層采用瓷料、面層采用微晶玻璃，成型采用二次布料技術(shù)，用輥道窯燒成。降低了生產(chǎn)成本，解決了微晶玻璃鋪貼不便的問題。拋晶磚：又稱拋釉磚、釉面拋光磚。是在坯體表面施一層燒后約15mm厚的耐磨透明釉，經(jīng)燒成、拋光而成的。具有彩釉磚裝飾豐富和瓷質(zhì)磚吸水率低、材質(zhì)性能好的特點(diǎn)，又克服了彩釉磚釉上裝施不耐磨、抗化學(xué)腐蝕性能差和瓷質(zhì)磚裝飾方法簡(jiǎn)單的弊端。拋晶磚采用釉下裝飾、高溫?zé)?、釉面?xì)膩、高貴華麗，屬高檔產(chǎn)品。1.2 瓷墻地磚性能指標(biāo)與檢測(cè)方法 1. 尺寸偏差：用游標(biāo)卡尺或直鋼尺測(cè)

14、磚的長(zhǎng)度、寬度與厚度（國(guó)標(biāo)：指每塊磚4個(gè)變長(zhǎng)平均尺寸與工作尺寸的偏差）國(guó)標(biāo)為±0.6%：2. 表面質(zhì)量：將不少于1的磚正面向上平鋪好，并使其各部分光線達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，然后在規(guī)定距離用眼目測(cè)；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)拋光磚：A、 斑點(diǎn)、起泡、溶洞、落臟、磕碰、麻面：相聚1m處目測(cè)不明顯B、 裂紋、漏拋、漏磨、磨痕、磨劃：不允許C、 色差：距磚3m處目測(cè)不明顯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)釉面磚：A、缺釉、斑點(diǎn)、落臟、棕眼、熔洞、釉泡、剝邊，坯粉： 相距1m處目測(cè)不明顯B、裂紋：不允許C、色差：距磚3m處目測(cè)不明顯3、變形：邊直度：測(cè)量相鄰的邊長(zhǎng)并做比較，偏差國(guó)標(biāo)0.5%直角度：以中線與相對(duì)應(yīng)的邊長(zhǎng)作比較，偏差0.6%平整度：

15、用對(duì)角線的長(zhǎng)度與中心凹陷高度作比較，偏差0.5%4、吸水率：以產(chǎn)品在一定條件下吸收水分來表示，它表示的是坯體燒制的致密程度，吸水率越低，表示產(chǎn)品的致密度越好，另外吸水率還對(duì)產(chǎn)品的抗凍性有較大影響。5、莫氏硬度：將試樣正面朝上、放平，然后手持實(shí)驗(yàn)用礦物質(zhì)施力均勻的在試樣正面刻畫，再用肉眼觀察其劃痕情況；莫氏硬度越大，瓷磚的質(zhì)量越好。6、耐磨性：產(chǎn)品表面抵抗外來物質(zhì)研磨破壞的能力，一般用耐磨轉(zhuǎn)數(shù)來表示，轉(zhuǎn)數(shù)越多，耐磨性越好。7、耐急冷急熱性：產(chǎn)品抵抗外界溫度急劇變化而不被破壞的能力。8、耐酸堿性：用10%的強(qiáng)堿或強(qiáng)酸與磚面接觸24小時(shí)，用酒精清洗釉面后，用HB鉛筆劃線，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，用干布擦掉為A級(jí)用

16、濕布擦掉為B級(jí)，擦不掉為C級(jí)。9、光澤度：將具有一定要求的黑玻璃的反光能力與被測(cè)此片的反光能力相比較，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)55度。2 瓷磚包裝中的機(jī)械手2.1 瓷磚包裝設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)代化瓷磚包裝的技術(shù)特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在重視技術(shù)創(chuàng)新，以高新技術(shù)來推動(dòng)創(chuàng)新。重視基礎(chǔ)學(xué)科研究，大膽吸收其它行業(yè)科研成果，運(yùn)用到新型包裝設(shè)計(jì)與研制中來?，F(xiàn)在，建筑衛(wèi)生瓷行業(yè)，瓷磚實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。瓷磚包裝機(jī)械設(shè)備加工精度高，定位準(zhǔn)確，選用控制精度高的機(jī)械手依照最佳方案設(shè)計(jì)、制造出各種一體化瓷磚自動(dòng)包裝線方案，因而能保證瓷磚包裝的質(zhì)量與工作效率。瓷磚自動(dòng)包裝線的問世是科信達(dá)在創(chuàng)新篇章上發(fā)出的又一強(qiáng)音。該設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)方法，分為摞磚、對(duì)

17、齊、送紙、折紙、打包五大模塊，根據(jù)用戶的條件與需要合理優(yōu)化配置模塊，使生產(chǎn)效益最大化；而且摞磚模塊采用的是升垛式摞磚方式，反應(yīng)迅速，不損傷瓷磚的表面。同時(shí)，該設(shè)備適合塑料角支撐和泡沫支撐兩種主流紙盒折疊包裝方式，并通過簡(jiǎn)單的模塊調(diào)整，能適用于600×600800×800瓷磚的包裝。每分鐘能達(dá)到6盒的工作頻率，以每盒4塊600×600mm的瓷磚計(jì)，連續(xù)工作22小時(shí)則可包裝11400。該設(shè)備采用觸摸屏的人機(jī)對(duì)話界面方式，更容易、更直觀地對(duì)包裝線進(jìn)行操作、調(diào)試與維護(hù)；并采用PLC控制方式，實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)模塊的運(yùn)行動(dòng)作。高速度、高效率、易操作，使科信達(dá)的瓷磚自動(dòng)包裝線一經(jīng)推

18、出便得到了市場(chǎng)的認(rèn)可，成為企生產(chǎn)中的好幫手。 科信達(dá)自主研發(fā)的精明眼檢測(cè)生產(chǎn)線，一經(jīng)問世，便引發(fā)了機(jī)裝備業(yè)的又一次轟動(dòng)。用于在線檢測(cè)瓷磚磚體尺寸（邊長(zhǎng)、邊直度、大小頭角度、對(duì)角線、對(duì)角線差值）的精明眼檢測(cè)生產(chǎn)線，顛覆了傳統(tǒng)的人工檢測(cè)的生產(chǎn)工藝流程，解決了解決瓷企業(yè)大批量生產(chǎn)時(shí)人工檢測(cè)速度慢，人為誤差大，精度不統(tǒng)一，勞動(dòng)量大等一系列的問題。而該公司最近又在原基礎(chǔ)上，改進(jìn)、完善，推出了第二代精明眼檢測(cè)生產(chǎn)線，增加了人機(jī)界面設(shè)置，自動(dòng)程度更高，操作更簡(jiǎn)單；測(cè)量產(chǎn)品的速度與精度都有進(jìn)一步的提升。而且該設(shè)備達(dá)到了100在線測(cè)量，使企可通過實(shí)時(shí)測(cè)量，報(bào)告磚體尺寸的變化，利于與時(shí)調(diào)整機(jī)器設(shè)備參數(shù)保

19、證產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，用戶可按企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)自行設(shè)定參數(shù)，設(shè)備將根據(jù)客戶設(shè)定的分級(jí)尺寸圍，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)處理，保證出廠產(chǎn)品尺寸完全符合設(shè)定要求。后續(xù)的困扎、纏繞包裝，采用光、機(jī)、電、儀一體設(shè)計(jì)，應(yīng)用了稱量傳感技術(shù)，采用了DSP、PLC控制，產(chǎn)品具有自動(dòng)化程度高、高效、安全、便捷等特點(diǎn)，其自動(dòng)化包裝機(jī)單元、碼垛單元與調(diào)試監(jiān)控等技術(shù)有創(chuàng)新。具有800包/小時(shí)的生產(chǎn)能力，適應(yīng)了我國(guó)高速發(fā)展的規(guī)?；a(chǎn)和高效能現(xiàn)代化倉(cāng)儲(chǔ)物流業(yè)發(fā)展的需要。2.2 自動(dòng)包裝線的分類自動(dòng)包裝線是按包裝的工藝過程，將各自動(dòng)包裝機(jī)和有關(guān)輔助設(shè)備，用輸送裝置連結(jié)起來，并具有獨(dú)立控制裝置的工作系統(tǒng)。它能使被包裝物品和包裝材料按預(yù)定的包裝

20、要求和工藝順序，經(jīng)由各包裝機(jī)完成包裝的全過程。在自動(dòng)包裝線中，工人不需要直接參與操作，其主要任務(wù)不外乎是監(jiān)視、調(diào)整和控制，以保證自動(dòng)包裝線的正常運(yùn)行。自動(dòng)包裝線有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，如可提高包裝質(zhì)量、提高生產(chǎn)能力、改善勞動(dòng)條件、減少占地面積、降低生產(chǎn)成本等。它特別適用于少品種、大批量的產(chǎn)品包裝中。是包裝工業(yè)的發(fā)展方向。自動(dòng)包裝線一般可按下列方式進(jìn)行分類：（1） 按各包裝機(jī)間的連接特征分類剛性自動(dòng)包裝線。各包裝機(jī)間用輸送裝置直接連接起來，以一定的生產(chǎn)節(jié)拍運(yùn)行。若某一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障停車，將引起全線停車。柔性自動(dòng)包裝線。這種自動(dòng)線在各包裝機(jī)間均增設(shè)儲(chǔ)料器，由儲(chǔ)料器對(duì)后續(xù)包裝機(jī)供料，若某臺(tái)機(jī)器發(fā)生故障，并

21、不影響其它機(jī)器的工作，因此生產(chǎn)率較高，但投資較大。半柔性自動(dòng)包裝線。這種自動(dòng)線把全線分成若干段，對(duì)故障少者不設(shè)儲(chǔ)料器，使之具有“剛性”；對(duì)故障多者設(shè)置儲(chǔ)料器，使之具有“柔性”。既保證了高生產(chǎn)率，投資又不過大。(2)按組合布局分類串聯(lián)自動(dòng)包裝線。各包裝機(jī)按工藝流程單臺(tái)順序連結(jié)。各單機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍一樣。并聯(lián)自動(dòng)包裝線。為了平衡生產(chǎn)節(jié)拍，提高生產(chǎn)能力，將一樣包裝機(jī)分成數(shù)組，共同完成同一包裝操作。這樣的自動(dòng)線稱并聯(lián)自動(dòng)包裝線。這類線中需設(shè)置一些換向或合流裝置。混聯(lián)自動(dòng)包裝線。它是在一條包裝線中同時(shí)采用串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式。其目的是平衡各包裝機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍。該線一般較長(zhǎng)，機(jī)器數(shù)量較多，故輸送、換向、分流、合流裝

22、置種類多且復(fù)雜。2.3 機(jī)械手在自動(dòng)包裝中的應(yīng)用2.3.1 機(jī)械手概況機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常用到的一種能夠自動(dòng)抓取、操作的裝置。多用于自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)機(jī)的上下料、數(shù)控設(shè)備的自動(dòng)換刀裝置中。機(jī)械手一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成,主要完成移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、抓取等動(dòng)作。由于氣動(dòng)技術(shù)是以壓縮空氣為介質(zhì),以氣源為動(dòng)力的能源傳遞技術(shù),其工作可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境沒有污染,所以在機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常采用氣動(dòng)技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng),它通過控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作,并檢測(cè)其正確與否?？删幊炭刂破鳎≒LC）是以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)

23、于一體的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)。PLC一般采取易于理解和掌握的梯形圖語言與面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令,形象直觀，特別適合現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用。與傳統(tǒng)的繼電接觸器控制線路相比，PLC控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，故障率低，設(shè)計(jì)、安裝簡(jiǎn)單,易于操作、維修與維護(hù)等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)中。機(jī)械手控制系統(tǒng)越來越多的由可編程控制器(即PLC)來實(shí)現(xiàn)，用它控制機(jī)械手來完成各種規(guī)定2.3.2 機(jī)械手整體設(shè)計(jì)的基本要求對(duì)機(jī)器使用功能方面的要求:實(shí)現(xiàn)預(yù)定的使用功能是機(jī)械設(shè)計(jì)的最基本的要求，好的使用性能指標(biāo)是設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。另外操作使用方便、工作安全可靠、體積小、重量輕、效率高、外形美觀、噪聲低等往

24、往也是機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)所要求的。對(duì)機(jī)器經(jīng)濟(jì)性的要求:機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造和使用的全過程中，在設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)要全面綜的進(jìn)行考慮。設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)為合理的功能定位、實(shí)現(xiàn)使用功能要求的最簡(jiǎn)單的技術(shù)途徑和最簡(jiǎn)單合理的結(jié)構(gòu)2.3.3 對(duì)零件設(shè)計(jì)的基本要求機(jī)械零件是組成機(jī)器的基本單元，對(duì)機(jī)器的設(shè)計(jì)要求最終都是通過零件的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的，所以設(shè)計(jì)零件時(shí)應(yīng)滿足的要從設(shè)計(jì)機(jī)器的要求中引伸出來的，即也應(yīng)從保證滿足機(jī)器的使用功能要求和經(jīng)濟(jì)性要求兩方面考慮。要求在預(yù)定的工作期限正?？煽康墓ぷ?，從而保證機(jī)器的各種功能的正常實(shí)現(xiàn)。這就要求零件在預(yù)定的壽命期不會(huì)產(chǎn)生各種可能的失效，即要求零件在強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性、耐磨性和溫升

25、等方面必須滿足必要的條件，這些條件就是判定零件工作能力的準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理地選擇材料和毛坯的形式、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理的零件結(jié)構(gòu)、合理規(guī)定零件加工的公差等級(jí)以與認(rèn)真考慮零件的加工工藝性和裝配工藝性等。另外要盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化的零部件。2.3.4 手部結(jié)構(gòu)機(jī)械手手部(末端執(zhí)行器)結(jié)構(gòu)形式多樣，但總的設(shè)計(jì)都有如下幾點(diǎn)基本要求:一、應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力，手指握力(夾緊力)大小要適宜，力量過大則動(dòng)力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟(jì)，甚至?xí)p壞抓取物體;力量過小則夾持不住或產(chǎn)生松動(dòng)、脫落。二、手指應(yīng)具有一定的開閉圍，手應(yīng)具有一定的開閉角度(手指從開到閉合繞支點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的角度)或開閉圍(對(duì)平移型手指從開到

26、閉合的直線移動(dòng)距離)，以便于抓取或退出物體。三、應(yīng)保證抓取物體在手指的夾持精度，應(yīng)保證每個(gè)被抓取的物體，在手指都有準(zhǔn)確的相對(duì)位置。四、要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證自身剛度、強(qiáng)度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負(fù)載。3 機(jī)械手控制方式的比較目前，我國(guó)國(guó)的控制方式有以下幾種，通過它們之間的對(duì)比，我們可以發(fā)現(xiàn)PLC控制方式更具有獨(dú)特的優(yōu)越性。3.1 繼電器控制方式這種方式簡(jiǎn)單直接，工作穩(wěn)定可靠，成本低，但速度慢，效率低。隨著生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)展，機(jī)車對(duì)加工精度和生產(chǎn)效率與安全性有了更高的要求，繼電器、接觸器的斷續(xù)控制方式不能連續(xù)準(zhǔn)確地反映信號(hào)。除此之外，隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷

27、提高，使用繼電器電路構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)的缺陷不斷暴露出來。首先表現(xiàn)在設(shè)計(jì)施工方面，繼電器控制完成一項(xiàng)控制工程設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須順序進(jìn)行，工作周期長(zhǎng)、修改困難等缺點(diǎn)很快體現(xiàn)出來。工程越大其缺點(diǎn)就越突出，成千上萬根導(dǎo)線連接得密如蛛網(wǎng)，只要有一個(gè)電器、一根導(dǎo)線發(fā)生故障，系統(tǒng)就不能工作，大大降低了可靠性。3.2 單片機(jī)控制方式單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是一種非?；钴S和頗具有生命力的機(jī)種，較適用于控制領(lǐng)域，通常情況下，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，部含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器CPU、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只、需要和適當(dāng)?shù)能浖c外部設(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片

28、機(jī)控制系統(tǒng)。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，尤其是八位單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)前單片機(jī)的主流。單片機(jī)的改善主要在以下四個(gè)方面：（1）為了提高工作速度和精度，CPU的功能有了明顯的增強(qiáng)；（2）部集成存儲(chǔ)器的容量和常用的I/O接口電路的種類和數(shù)量明顯增多；（3）隨著芯片部功能的增強(qiáng)和部資源的豐富，單片機(jī)所需要的引腳數(shù)也要相應(yīng)地增加；（4）在很多應(yīng)用場(chǎng)合，單片機(jī)有很小的體積，只需較低的工作電壓和極小的功耗。所以大多數(shù)單片機(jī)采用CMOS工藝，并增強(qiáng)了空閑和掉電兩種工作方式。盡管如此，其硬件制作質(zhì)量和抗干擾措施很難達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，且其環(huán)境適應(yīng)能力差，難以在惡劣的工作條件下工作。3.3 微型計(jì)算機(jī)控制方式微

29、型計(jì)算機(jī)開發(fā)系統(tǒng)是一種專門用途的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，他有齊全的硬件和豐富的軟件資源，它不僅可以用來設(shè)計(jì)和調(diào)試微型計(jì)算機(jī)樣機(jī)，而且也可以為微型計(jì)算機(jī)開發(fā)相對(duì)路的軟件。利用微型計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)圖形顯示、輔助繪圖與設(shè)計(jì)。但微機(jī)控制方式需要掌握難懂的匯編、BASIC、FORTRAL、PASCAL、C等語言，需要較高級(jí)的操作人員和環(huán)境要求，且不能應(yīng)用于比較惡劣的工作環(huán)境。而PLC控制方式對(duì)操作人員的要求一般，不用學(xué)習(xí)專門的計(jì)算機(jī)語言，不需要用到較專業(yè)的軟件知識(shí)，只是需要了解較簡(jiǎn)單的梯形圖語言、操作系統(tǒng)等。且PLC 的I/O接口多，各種配件齊全，很容易構(gòu)成系統(tǒng)。3.4 PLC控制方式20世紀(jì)70年代末期，可編程

30、控制器進(jìn)入了實(shí)用發(fā)展階段。計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)全面引入了可編程控制器中，使其擁有了更高的運(yùn)算速度，超小型的體積，更可靠的抗工業(yè)干擾設(shè)計(jì)，使其功能發(fā)生了質(zhì)的飛躍。模擬量運(yùn)算PID功能與更高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)更加適用于現(xiàn)代工業(yè)控制的需求。從規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)以與超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，這些單元用于壓力、溫度、速度、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品配套上來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通訊單元，使應(yīng)用到可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。這種控制方式的特點(diǎn)很多，有：可靠性高，擴(kuò)展能力強(qiáng)，邏輯運(yùn)算能力強(qiáng)

31、，輸入輸出電路一律采用光電隔離，部采用電磁屏蔽，從而能更好地適用于工作環(huán)境；配套齊全，功能完善，實(shí)用性強(qiáng)；易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎。PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它體積小，重量輕，能耗少；系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作量小，維護(hù)方便，便于維修和改造。PLC用存儲(chǔ)邏輯代替界限邏輯，大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以與建造的周期大大縮短，是現(xiàn)代工業(yè)工作控制系統(tǒng)的良好選擇。通過上文對(duì)各種控制方式的比較，我們可以看出此次課題應(yīng)該采用PLC控制方式更加合理。21世紀(jì)，可編程控制器會(huì)有更大的發(fā)展，將在工業(yè)以與工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。3.5 選擇PLC的原因次設(shè)計(jì)選擇PLC是因?yàn)樗兴陨淼?/p>

32、優(yōu)點(diǎn)：(1) 好的通用性。PLC采用存儲(chǔ)邏輯 , 其控制邏輯是以程序方式存儲(chǔ)在存中 , 要改變控制邏輯 , 只需改變程序即可 ,因而可通過編程來實(shí)現(xiàn)各種控制功能。而傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)要改變控制功能需重新設(shè)計(jì)和連線 , 耗時(shí)長(zhǎng)、耗資大。(2) 高的可靠性。一方面 PLC在硬件上采用了諸如隔離、濾波、屏蔽、接地等一系列抗干擾措施 , 在模板機(jī)箱進(jìn)行了完善的電磁兼容性設(shè)計(jì) , 對(duì)元器件進(jìn)行了精心的挑選; 另一方面 , 它采用了諸如數(shù)字濾波、指令復(fù)執(zhí)、程序卷回、差錯(cuò)校驗(yàn)等一系列軟件抗干擾措施與故障診斷技術(shù) , 以與在系統(tǒng)一級(jí)的冗余配置等。因而它的可靠性很高 , 其平均無故障時(shí)間可達(dá) 25萬小時(shí)以上。(

33、3) 強(qiáng)的功能。PLC不僅具有邏輯運(yùn)算和控制 , 以與順序控制等功能 , 而且還具有模擬轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、高速計(jì)數(shù)、速度控制、位置控制、模擬量調(diào)節(jié) (如 PID 控制 )以與遠(yuǎn)程通訊、生產(chǎn)監(jiān)控等功能。 (4) 編程簡(jiǎn)單,使用方便。PLC編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖 , 它是一種面向控制過程、面向問題的 “自然語言”編程方式 , 容易掌握。對(duì)于企業(yè)中一般的電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人 , 這種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程方式 , 與常用的微機(jī)語言相比更容易接受。在PLC出現(xiàn)之前，大多數(shù)控制設(shè)備是用硬接線邏輯設(shè)備。由于他們的邏輯性比較強(qiáng)，所以要對(duì)他們改動(dòng)會(huì)比較困難，在更新機(jī)械設(shè)備的同時(shí)，只能研究新

34、的控制設(shè)備，這不僅延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，而且也提高了生產(chǎn)成本，在產(chǎn)品更新很快的今天，這些不足之處會(huì)大大限制企業(yè)的發(fā)展，降低企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。而PLC的出現(xiàn)解決了以上的難題。它替代了硬接線控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了軟件編程，用程序來描述控制過程，要更改生成過程只需要改變程序就可以了。這大大縮短了生產(chǎn)周期，效率得到了明顯的改善。4 控制模型的設(shè)計(jì)機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用于按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和自動(dòng)包裝等方面。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持

35、工件（或工具）的部件，根據(jù)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(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)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(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有（23）個(gè)自由度。設(shè)計(jì)的是一個(gè)五自由度工件搬運(yùn)氣動(dòng)機(jī)械手。4.1模塊式機(jī)械手與組成模塊式機(jī)械手是將一些通用部件，根據(jù)作業(yè)的要求，選擇必要的能完成預(yù)定機(jī)能的單元部件，以

36、底座為基礎(chǔ)進(jìn)行組合，配上與其相適應(yīng)的控制部分，即成為能完成特殊要求的機(jī)械手。通過模塊選擇與組合以構(gòu)成一定圍的不同功能或同功能不同性能、不同規(guī)格的系列產(chǎn)品。并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)需要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行新的分配任務(wù)時(shí)，可以允許方便的改動(dòng)或重新設(shè)計(jì)其新部件，能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用。各模塊劃分，如圖4-1所示。圖4-1 機(jī)械手各模塊的組成4.2 總體方案的設(shè)計(jì)本課題目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)瓷磚連續(xù)自動(dòng)包裝,為5個(gè)自由度機(jī)械手控制系統(tǒng).執(zhí)行件作循環(huán)往復(fù)的直線水平運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),并且運(yùn)動(dòng)中速度要調(diào)節(jié),運(yùn)動(dòng)總體方框圖見圖4-2。因此,采用氣動(dòng)元件構(gòu)成所需驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。PLC控制器手指吸瓷磚面磚豎放檢測(cè)瓷磚系統(tǒng)小臂

37、對(duì)瓷磚分組（五個(gè)一組）瓷磚合格輸入檢測(cè)信號(hào)到控制器分析大臂放下合格瓷磚打包機(jī)完成封裝和打包至生產(chǎn)線圖 4-2 瓷磚自動(dòng)包裝機(jī)械手運(yùn)動(dòng)框圖4.3 機(jī)械手控制系統(tǒng)實(shí)例分析4.3.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)該氣動(dòng)機(jī)械手具有五自由度（手指運(yùn)動(dòng)不計(jì)入自由度數(shù)），結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4-3 所示。臂部有3個(gè)自由度，即大臂45°旋轉(zhuǎn)、小臂五個(gè)位置的伸縮、手腕90°旋轉(zhuǎn)；手指有1個(gè)自由度，即手指的吸合和斷開；還有腰關(guān)節(jié)180°的旋轉(zhuǎn)。該氣動(dòng)機(jī)械手具有五自由度（手指運(yùn)動(dòng)不計(jì)入自由度數(shù)），結(jié)構(gòu)示意圖，如圖 所示。臂部有3個(gè)自由度，即大臂45°旋轉(zhuǎn)、小臂五個(gè)位置的伸縮、手腕90°旋

38、轉(zhuǎn)；手指有1個(gè)自由度，即手指的吸合和斷開；還有腰關(guān)節(jié)180°的旋轉(zhuǎn)。圖4-3 機(jī)械手的機(jī)構(gòu)組成4.3.2 機(jī)械手的動(dòng)作流程機(jī)械手的動(dòng)作如圖4-4所示，它是一個(gè)水平/垂直位移和旋轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備，用來將瓷磚由右工作臺(tái)搬到左工作臺(tái)。左工作臺(tái)是一個(gè)傳送帶,有步進(jìn)電機(jī)控制(M1),手指每取走一塊瓷磚傳送帶就步進(jìn)一個(gè)位置,為下一塊瓷磚做好準(zhǔn)備.同時(shí)在機(jī)械手動(dòng)作之前,光電開關(guān)檢測(cè)傳送帶是否有瓷磚,以防止誤動(dòng)作,損壞機(jī)構(gòu).它的動(dòng)作循環(huán)是：原位手腕旋轉(zhuǎn)90°光電檢測(cè)信號(hào)手指吸盤吸合瓷磚手腕旋轉(zhuǎn)90°大臂旋轉(zhuǎn)45°腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180°大臂旋轉(zhuǎn)45°小臂伸出一

39、個(gè)位置手腕旋轉(zhuǎn)90°手指吸盤斷開放下第一塊瓷磚大臂旋轉(zhuǎn)90°手腕旋轉(zhuǎn)90°小臂縮回一個(gè)位置腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180°回到原位手腕旋轉(zhuǎn)90°手指吸盤吸合手腕旋轉(zhuǎn)90°大臂旋轉(zhuǎn)45°腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180°大臂旋轉(zhuǎn)45°小臂伸出一個(gè)位置手腕旋轉(zhuǎn)90°手指吸盤斷開放下第二塊瓷磚大臂旋轉(zhuǎn)90°手腕旋轉(zhuǎn)90°小臂縮回一個(gè)位置原位手腕旋轉(zhuǎn)90°手指吸盤吸合手腕旋轉(zhuǎn)90°大臂旋轉(zhuǎn)45°腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180°大臂旋轉(zhuǎn)45°小臂伸出一個(gè)位置手腕旋轉(zhuǎn)90°

40、;手指吸盤斷開放下第三塊瓷磚大臂旋轉(zhuǎn)90°手腕旋轉(zhuǎn)90°小臂縮回一個(gè)位置腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180°回到原位原位手腕旋轉(zhuǎn)90°手指吸盤吸合手腕旋轉(zhuǎn)90°大臂旋轉(zhuǎn)45°腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180°大臂旋轉(zhuǎn)45°小臂伸出一個(gè)位置手腕旋轉(zhuǎn)90°手指吸盤斷開放下第四塊瓷磚大臂旋轉(zhuǎn)90°手腕旋轉(zhuǎn)90°小臂縮回一個(gè)位置腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180°回到原位原位手腕旋轉(zhuǎn)90°手指吸盤吸合手腕旋轉(zhuǎn)90°大臂旋轉(zhuǎn)45°腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180°大臂旋轉(zhuǎn)45°小臂伸出一個(gè)位置手腕旋轉(zhuǎn)9

41、0°手指吸盤斷開放下第五塊瓷磚大臂旋轉(zhuǎn)90°手腕旋轉(zhuǎn)90°小臂縮回一個(gè)位置腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180°回到原位。一個(gè)包裝箱五塊瓷磚包裝完成,通信系統(tǒng)通知下一級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行打包、運(yùn)走,一個(gè)循環(huán)過程結(jié)束.圖4-4 機(jī)械手的動(dòng)作模型4.3.3 機(jī)械手的工作過程分析本論文機(jī)械手的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，手腕的旋轉(zhuǎn)由單線圈兩位電磁閥控制。例如，當(dāng)手腕向下旋轉(zhuǎn)電磁閥通電時(shí)，手腕旋轉(zhuǎn)，當(dāng)碰到限位開關(guān)SQ2時(shí)停止。而當(dāng)線圈斷電時(shí)，手腕向上旋轉(zhuǎn)而當(dāng)碰到限位開關(guān)SQ1時(shí)停止。當(dāng)腰旋轉(zhuǎn)電磁閥得電時(shí)，腰部旋轉(zhuǎn)，碰限位開關(guān)SQ4停止，而斷電時(shí)復(fù)位。機(jī)械手的工作過程

42、如下：1） 原位狀態(tài)下（機(jī)械手大臂在右限位、手腕在上限位SQ1、小臂在左限位SQ9動(dòng)作），按啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手手腕開始動(dòng)作。2） 手腕旋轉(zhuǎn)90°，當(dāng)碰到限位開關(guān)SQ2動(dòng)作，手腕旋轉(zhuǎn)結(jié)束，機(jī)械手手指吸盤吸瓷磚。3） 吸合瓷磚延時(shí)1S，手指動(dòng)作結(jié)束，機(jī)械手大臂開始旋轉(zhuǎn)。4） 大臂旋轉(zhuǎn)45°碰限位開關(guān)SQ3動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)結(jié)束，機(jī)械手腰開始動(dòng)作。5） 腰旋轉(zhuǎn)180°碰限位開關(guān)SQ4動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)結(jié)束，大臂開始動(dòng)作。6） 大臂旋轉(zhuǎn)180°將第一塊瓷磚放入包裝箱1中。7） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時(shí)1S。同時(shí)，向PLC發(fā)出信號(hào)，小臂收縮一個(gè)位置。8） 小臂收縮到行程開關(guān)SQ8

43、受壓動(dòng)作，收縮停止，腰旋轉(zhuǎn)180°。9） 重復(fù)步驟1）5）。10） 大臂旋轉(zhuǎn)180°將第二塊瓷磚放入包裝箱1中。11） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時(shí)1S。同時(shí)，向PLC發(fā)出信號(hào)，小臂收縮一個(gè)位置。12） 小臂收縮到行程開關(guān)SQ7受壓動(dòng)作，收縮停止，腰旋轉(zhuǎn)180°。13） 重復(fù)步驟1）5）。14） 大臂旋轉(zhuǎn)180°，將第三塊瓷磚放入包裝箱3中。15） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時(shí)1S。同時(shí)，向PLC發(fā)出信號(hào)，小臂收縮一個(gè)位置。16） 小臂收縮到行程開關(guān)SQ6受壓動(dòng)作，收縮停止，腰旋轉(zhuǎn)180°。17） 重復(fù)步驟1）5）。18） 大臂旋轉(zhuǎn)180°

44、;將第四塊瓷磚放入包裝箱4中。19） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時(shí)1S。同時(shí)，向PLC發(fā)出信號(hào)，小臂收縮一個(gè)位置。20） 小臂收縮到行程開關(guān)SQ6受壓動(dòng)作，收縮停止，腰旋轉(zhuǎn)180°。21） 重復(fù)步驟1）5）。22） 大臂旋轉(zhuǎn)180°將第五塊瓷磚放入包裝箱5中。23） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時(shí)1S。同時(shí)，向PLC發(fā)出信號(hào)，小臂收縮一個(gè)位置。24） 小臂收縮到行程開關(guān)SQ5受壓動(dòng)作，收縮停止，腰旋轉(zhuǎn)180°。25） 完成五塊瓷磚的包裝，一個(gè)工作循環(huán)完畢。轉(zhuǎn)入下一次循環(huán)。機(jī)械手按上述順序周而復(fù)始地包瓷磚。即為瓷磚自動(dòng)包裝線。瓷磚通過傳送帶送到機(jī)械手，傳送帶為步進(jìn)式控制。

45、每當(dāng)機(jī)械手從傳送帶上取走一塊瓷磚時(shí)，該傳送帶向前步進(jìn)一個(gè)步距，將使機(jī)械手在下一個(gè)工作循環(huán)取走瓷磚。當(dāng)機(jī)械手準(zhǔn)備下降時(shí)，為了確保安全，必須在工作臺(tái)無工件時(shí)才允許機(jī)械手下降。也就是說，若上一次搬運(yùn)到工作臺(tái)上的工件尚未過來，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)停止下降，用光電開關(guān)X008進(jìn)行無工件檢測(cè)。傳送帶由電動(dòng)機(jī)M1驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由氣動(dòng)閥Y1、Y2控制，大臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由氣動(dòng)閥Y3、Y4控制，機(jī)械手的手指吸合與斷開由氣動(dòng)閥Y5控制，小臂的伸縮運(yùn)動(dòng)分別有氣動(dòng)閥Y6、Y7、Y8、Y9、Y10控制。機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式又分為步進(jìn)、單周期和連續(xù)操作方式。手動(dòng)操作：與時(shí)用按鈕操作

46、對(duì)機(jī)械手的每一步運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制。例如當(dāng)選擇大臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下按鈕，機(jī)械手大臂旋轉(zhuǎn)。當(dāng)選擇吸合/斷開運(yùn)動(dòng)是，按下啟動(dòng)按鈕，手指吸合；按下停止按鈕，手指斷開。步進(jìn)操作：每按下一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止。連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。5 PLC設(shè)計(jì)5.1 PLC的簡(jiǎn)介隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、容錯(cuò)控制技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程序控制器的數(shù)量、

47、型號(hào)、品種以異乎尋常的速度發(fā)展。目前，可變程序控制器的生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品型號(hào)、規(guī)格不可勝數(shù)，但主要分為歐、日、美三大塊。在中國(guó)市場(chǎng)上，歐洲的代表是西門子公司，日本的代表是三菱和歐姆龍公司，美國(guó)的代表是AB與GE公司。各大公司在中國(guó)均推出自己的從微型到大型的系列化產(chǎn)品。令人感到遺憾的是，國(guó)產(chǎn)PLC始終沒有突破性的發(fā)展，占有市場(chǎng)份額很小。目前，在中國(guó)市場(chǎng)上最具競(jìng)爭(zhēng)力的西門子公司、三菱公司、歐姆龍公司、AB公司所推出的PLC均為從小到大全系列的產(chǎn)品，可以滿足各種各樣的要求。5.2 PLC的硬件組成 PLC的硬件組成與微型計(jì)算機(jī)相似，其主機(jī)由CPU板、存儲(chǔ)器、輸入輸出（IO）接口、電源等幾大部分組成；

48、可配備如編程器、圖形顯示器、通信接口等外部設(shè)備CPU也稱中央處理器，是由一片或幾片大規(guī)模集成電路芯片組成的，相當(dāng)于人的大腦，是PLC的核心部分；CPU的作用是可通過接口與軟件向系統(tǒng)的各個(gè)部分發(fā)出各種命令，同時(shí)對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算、報(bào)警處理與邏輯判斷等，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)PLC的工作過程進(jìn)行控制；目前大多數(shù)小型PLC都用8位或者16位單片機(jī)作CPU。 RAM為隨機(jī)存儲(chǔ)器，一般都是CMOS型的，耗電極微，在PLC常用鋰電池作后備，失電時(shí)也不會(huì)丟失程序；ROM為只讀存儲(chǔ)器，系統(tǒng)程序固化在其中，用戶不可更改，失電不受影響；EPROM為可擦除存儲(chǔ)器，其寫入和擦除時(shí)都必須要用專用的寫入器和擦

49、除器，用戶很不方便；EEPROM為電可擦除只讀存儲(chǔ)器，其部的程序可通過編程器的寫入和擦除。 IO接口是輸入（IN）輸出（OUT）接口的簡(jiǎn)稱，是PLC主機(jī)與被控對(duì)象進(jìn)行信息交換的紐帶；PLC通過IO接口與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，PLC的輸入輸出信號(hào)有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種類型，所有的輸入輸出信號(hào)均經(jīng)過光電等隔離，大大增強(qiáng)了PLC的抗干擾能力。  常見的輸出形式有繼電器輸出、晶閘管（SSR）輸出、晶體管輸出。特點(diǎn)是：繼電器輸出型：CPU驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，令觸點(diǎn)吸合，使外部電源通過閉合的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，其開路漏電流為零，響應(yīng)時(shí)間慢（約10ms），可帶較大的外部負(fù)載；晶體管輸出型：CPU通

50、過光耦合使晶體管通斷，以控制外部直流負(fù)載，響應(yīng)時(shí)間快（約0.2ms），可帶外部負(fù)載?。豢煽毓栎敵鲂停篊PU通過光耦合使三端雙向可控硅通斷，以控制外部交流負(fù)載,開路漏電流大,響應(yīng)時(shí)間較快(約1ms)。  可編程控制系統(tǒng)指以可編程控制器為核心單元的控制系統(tǒng)，一般由控制器（PLC）、編程器、信號(hào)輸入部件、輸出執(zhí)行部件等組成，見PLC控制系統(tǒng)組成圖（以FX2型PLC為例）。可編程控制系統(tǒng)可在不改變系統(tǒng)硬件接線的情況下，通過改變PLC的用戶程序來改變被控對(duì)象的運(yùn)行方式，大提高了控制系統(tǒng)的靈活性。5.3 PLC控制I/O分配明細(xì)概括地講，PLC的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式，每一次掃

51、描所用的時(shí)間成為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序知道用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。執(zhí)行用戶程序時(shí)，需要各種現(xiàn)場(chǎng)信息，這些現(xiàn)場(chǎng)信息已接到PLC的輸入端。PLC采集現(xiàn)場(chǎng)信息即采集輸入信號(hào)有兩種方式：1） 集中采樣輸入方式。2） 立即輸入方式。5.3.1 輸入/輸出分析 分析系統(tǒng)信號(hào)輸入/輸出要求，系統(tǒng)I/O信號(hào)全部為開關(guān)量，其中：1）輸入信號(hào)為12個(gè)開關(guān)量信號(hào)，它們分別為：起動(dòng)、停止、連續(xù)/單循環(huán)選擇、手指下限位、手指上限位、大臂左限位、腰右限位、小臂五個(gè)限位、吸合瓷磚。2）輸出信號(hào)為12 個(gè)開關(guān)量控

52、制信號(hào)它們分別為：瓷磚進(jìn)料傳送帶A、手腕旋轉(zhuǎn)、小臂收縮、小臂伸、小臂復(fù)位、大臂旋轉(zhuǎn)、腰旋轉(zhuǎn)、抓瓷磚和放瓷磚。5.3.2 用戶程序容量估計(jì) 分析系統(tǒng)控制要求，一個(gè)工作循環(huán)分為11個(gè)工步，每一工步完成一些簡(jiǎn)單動(dòng)作。因此，控制用的程序估計(jì)較短，約在三百步之。綜合分析系統(tǒng)要求，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)指標(biāo)，選用三菱公司微型PLC，本文選用FX1S32MR001型號(hào)。5.3.3 安排I/O端口與所用部元件地址 機(jī)械手控制系統(tǒng)I/O地址表見表 51表51 機(jī)械手PLC控制I/O地址表輸入輸出器件代號(hào)地址號(hào)功能說明器件代號(hào)地址號(hào)功能說明SQ0X0無瓷磚檢測(cè)開關(guān)KM1Y1手腕氣缸下旋轉(zhuǎn)SQ1X1手腕旋轉(zhuǎn)上限位K

53、M2Y2手腕氣缸上旋轉(zhuǎn)SQ2X2手腕旋轉(zhuǎn)下限位KM3Y3大臂氣缸外旋轉(zhuǎn)SQ3X3大臂旋轉(zhuǎn)外限位KM4Y4大臂氣缸旋轉(zhuǎn)SQ4X4大臂旋轉(zhuǎn)限位KM5Y5腰氣缸左旋轉(zhuǎn)SQ5X5腰旋轉(zhuǎn)左限位KM6Y6腰氣缸右旋轉(zhuǎn)SQ6X6腰旋轉(zhuǎn)右限位KM7Y7小臂收縮2位置SQ7X7小臂1限位開關(guān)KM8Y8小臂收縮3位置SQ8X8小臂2限位開關(guān)KM9Y9小臂收縮4位置SQ9X9小臂3限位開關(guān)KM10Y10小臂收縮5位置SQ10X10小臂4限位開關(guān)KM11Y11吸瓷磚SQ11X11小臂5限位開關(guān)KM12Y12小臂復(fù)位到1位置開關(guān)0X12啟動(dòng)按鈕M1(KM13)Y13傳送帶A運(yùn)行開關(guān)1X13單步執(zhí)行HLY14報(bào)警燈指示開

54、關(guān)2X14循環(huán)執(zhí)行開關(guān)3X15緊急停止5.4 PLC的I/O電氣接線圖機(jī)械手的PLC I/O電氣接線圖如圖51所示。SQ0SQ11十二個(gè)接近開關(guān)、開關(guān)03分別接X0X11、X12、 X13 、X14、 X15的16個(gè)輸入，輸出Y1y10、Y12分別接中間繼電器的KM1KM10、KM12；Y11接電磁鐵YC；報(bào)警指示燈接Y14。PLC輸出信號(hào)通過中間繼電器控制電磁閥的通斷，從而控制氣流回路來控制機(jī)械手的位置動(dòng)作。手指的吸合/斷開瓷磚由電磁鐵控制。同時(shí)，當(dāng)發(fā)生誤動(dòng)作時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，輸出報(bào)警燈HL。圖5-1 PLC電氣接線圖5.5 軟件的設(shè)計(jì)5.5.1控制流程圖由系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計(jì)控制程序流程圖（見圖5-1）。圖5-1 控制程序流程圖5.5.2 機(jī)械手順序控制梯形圖圖5-2 程序控制步進(jìn)圖5.5.3 指令表根據(jù)梯形圖可得控制指令表（如表5-2所示）步數(shù)操作數(shù)操作碼步數(shù)操作數(shù)操作碼步數(shù)操作數(shù)操作碼1LDM800234SETS2474LDIX52SETS036STLS2475OUTY54STLS037LDIX276ANDX55LDX138ANIY277OUTT7K106ANDX539OUTY280LDT77ANDX240ORIX281SETS298ANDX441OUTT3K1083STLS299A