基于PLC的機械手課程設(shè)計-

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電氣控制與PLC課程設(shè)計說明書題 目：機械手抓物電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級： 1002 姓 名： 秦凱新 學(xué) 號： 7 指導(dǎo)教師： 評語：成績：指導(dǎo)老師簽名： 日期： 專心-專注-專業(yè)目錄1 系統(tǒng)概述1.1設(shè)計題目應(yīng)用背景和意義 本課程機械手設(shè)計主要采用了可編程邏輯控制器，簡稱PLC，來實現(xiàn)工業(yè)場合的的自動控制，PLC以微控制器為核心，綜合了計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，它具有功能強，可靠性高，配置靈活，使用方便以及體積小，重量輕等優(yōu)點。被廣泛用于自動化控制的各個領(lǐng)域。機械手，它能模仿人手和手臂的某些動作功能，用以按照特定的程序

2、設(shè)計來抓取，搬運物體或操作某些工具的自動裝置。從而實現(xiàn)了工業(yè)場合的機械化和自動化。因而廣泛用于機械制造，冶金，電子，輕工和航空航天領(lǐng)域?？刂频姆绞交鞠嗤?，但復(fù)雜度基本不同。機械臂主要有執(zhí)行機構(gòu)，傳動機構(gòu)，和輔助裝置組成。執(zhí)行機構(gòu)：機械手的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，由手，手腕，手臂，支柱部分組成。手使用來抓取的機構(gòu)，用于抓緊和松開工件，能夠完成人手的基本操作。手腕是連接手指和手臂的元件，可以進行上下，左右，回轉(zhuǎn)動作。支柱用來支撐手臂同時可以用來移動。傳動機構(gòu)：機械機構(gòu)的動作有傳動系統(tǒng)來實現(xiàn).常用的傳動系統(tǒng)分為機械傳動,液壓傳動,氣壓傳動,電力傳動.1.2課題的設(shè)計任務(wù)及要求 1、完成設(shè)計說明書一份（包括原理的

3、簡要說明和軟件的編程）(不少于5000字)；其中包括電氣原理圖一份。（要求用計算機繪圖，采用AUTOCAD或者其他繪圖軟件）、電氣安裝接線圖一份。（要求用計算機繪圖，采用AUTOCAD或者其他繪圖軟件）2、設(shè)計說明書和電氣原理圖必須按“電氣圖形符號”和“電氣技術(shù)文字符號”的國家標(biāo)準(zhǔn)。1.3機械手的具體參數(shù)和要求機械手抓取物塊的結(jié)構(gòu)如圖所示。系統(tǒng)右3個氣缸組成，每個氣缸的動作分別由電磁閥控制DC24V 5W，工作過程如下：具體要求如下：（1）如果人工放置物塊到工作臺上，汽缸B向下動作。（2）汽缸B向下動作到位，汽缸C動作，抓緊物塊。（3）汽缸C動作，抓緊物塊后，汽缸B向上動作。（4）汽缸B向上動

4、作到位后，汽缸A向左動作。（5）汽缸A向左動作到位后，汽缸B向下動作。（6）汽缸B向下動作到位后，汽缸C松開抓手，物塊放置到傳送帶上。（7）汽缸C松開抓手到位后，汽缸B向上動作。（8）汽缸B向上到位后，傳送帶轉(zhuǎn)動，送出物塊。同時汽缸A向右移動。（9）物塊送出后，汽缸A向右移動。汽缸A向右移動到位后，進行下次循環(huán)。2 方案論證2.1 PLC的結(jié)構(gòu)和配置1, 中央處理器單元一般由控制器、和組成。CPU通過、與儲存單元、擴展接口相連。CPU是PLC的核心，它不斷采集輸入信號，執(zhí)行，刷新系統(tǒng)輸出。 2,儲存器 PLC的包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩種。系統(tǒng)用于存放PLC的系統(tǒng)程序，用戶存儲器用于存放PL

5、C的用戶程序?，F(xiàn)在的PLC一般均采用可電擦除的E2PROM來作為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。 3,輸入輸出接口單元PLC的輸入接口電路的作用是將、或等產(chǎn)生的信號輸入CPU；PLC的輸出接口電路的作用是將CPU向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行元件的信號，以便控制接觸器線圈等電器的通、斷電。PLC的輸入輸出接口電路一般采用光耦合隔離技術(shù)，可以有效地保護內(nèi)部電路。 4,輸入接口電路PLC的輸入接口電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路。直流輸入電路的延遲時間比較短，可以直接與接近開關(guān)，光電開關(guān)等電子輸入裝置連接；交流輸入電路適用于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。 交流輸入電路和直流輸入電路類似，外接的

6、輸入電源改為220V交流電源。5,輸出接口電路輸出接口電路通常有3種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。 繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型的輸出電路類似，只是晶體管或晶閘管代替繼電器來控制外部負(fù)載。5, 擴展接口和通信接口PLC的擴展接口的作用是將和功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要；通信接口的功能是通過這些通信接口可以和監(jiān)視器、打印機、其他的PLC或是計算機相連，從而實現(xiàn)“人-機”或“機-機”之間的對話。 6,電源PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的、等電路提供5V、12V、24V直流電源，使PLC

7、能正常工作。2.2 PLC的選擇 機械手要求系統(tǒng)具有穩(wěn)定性,可靠性,以及接線的簡單性,應(yīng)該選擇PLC為核心的控制器,各控制對象都必須在PLC統(tǒng)一控制下協(xié)同工作.三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相當(dāng)FX系列中最高檔次的超小程序裝置，除輸入出1625 點的獨立用途外，還可以適用于多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。 特點 -系統(tǒng)配置即固定又靈活；-編程簡單；備有可，豐富的品種；令人放心的高性能；高速運算；使用于多種特殊用途；外部機器通訊簡單化；共同的外部設(shè)備。FX系列PLC擁有無以匹及的速度，高級的功能邏輯選件以及定位控制等

8、特點； FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案； FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。 除輸入出16-25點的獨立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等 特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。 在上連接擴展單元或擴展模塊，可進行16-256點的靈活輸入輸出組合。可選用16/32/48/64/80/128點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。程序容量：內(nèi)置800步RAM（可輸入注釋）可使用存儲盒，最大可擴充至16K步。豐富的軟元件應(yīng)用指令中有多個

9、可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數(shù)字開關(guān)的數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)的讀取，輸入的讀取，7段顯示器輸出等。數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運算、平方根、浮點小數(shù)運算等。特殊用途、脈沖輸出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脈寬調(diào)制，PID控制指令等。外部設(shè)備相互通信，串行數(shù)據(jù)傳送，ASCII code印刷，HEX ASCII變換，校驗碼等。時計控制內(nèi)置時鐘的數(shù)據(jù)比較、加法、減法、讀出、寫入等.綜合考慮各種因素:我決定采用三菱的FX2N-32MR型PLC(16點輸入,16點輸出)2.2 傳動機構(gòu)的選擇液壓傳動的特點:抓重可達(dá)幾

10、百斤以上,傳動平穩(wěn),結(jié)構(gòu)緊湊,動過靈敏,但對密封裝置要求嚴(yán)格,不宜在高溫,低溫的場合使用.氣壓傳動:是壓縮空氣的的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的機械手,特點是:介質(zhì)來源極為豐富,輸出力小,氣動動作迅速,結(jié)構(gòu)簡單,成本低.使用在高速,輕載,高溫,和粉塵的環(huán)境中進行工作./機械傳動:特點采用凸輪,連桿,齒輪和齒條等機構(gòu)實現(xiàn),其動力由工作機械傳遞.的特點:動作精確度高,動作頻率大,.但結(jié)構(gòu)較大,動作程序不可變.控制系統(tǒng):機械手的控制系統(tǒng)主要是機械手按照一定的程序,步驟,方向,速度進行動作,簡單的機械手主要采用行程開關(guān),繼電器,控制閥以及電路就可以實現(xiàn)傳動系統(tǒng)的控制,對于動作復(fù)雜的的機械手就要踩用可編程控制器來

11、實現(xiàn),本設(shè)計就是采用PLC.綜合以上因素:我決定選用氣壓傳動方式.3主電路3.1系統(tǒng)的原理方框圖 如圖3.0所示原理方框圖 圖3.0原理方框圖如圖3.1所示系統(tǒng)外接面板圖 圖3.1 3.2 主電路 如圖3.2所示3.3 I/O接線圖 如圖3.3所示3.3 I/O分配圖輸入點說明輸入點說明輸出點說明X0模式選擇開關(guān)X16下降按鈕Y0機械手原點指示燈X1模式選擇開關(guān)X10上升按鈕Y1機械手夾緊X2啟動按鈕X11左行按鈕Y2機械手松開X3停止按鈕X12右行按鈕Y3機械手下降X4急停按鈕X13松開按鈕Y4機械手上升X5上限位X14夾緊按鈕Y5機械手左行X6下限位X17機械手松開極限Y6機械手右行X7左

12、限位X18機械手夾緊極限X15右限位1,控制說明:1,Y0=1原點指示燈亮; Y0=0 原點指示燈滅;2,Y1=1機械手夾緊; Y1=0 機械手停止夾緊;3,Y2=1機械手松開 ; Y2=0 機械手停止松開;4,Y3=1 機械手下降; Y3=0 機械手停止下降;5,Y4=1 機械手上升; Y4=0 機械手停止上升;6,Y5=1機械手左行 ; Y5=0 機械手左行停止;7,Y6=1機械手右行; Y6=0機械手右行停止其中Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6接觸器一次接HL1,YV1,YV2,YV3,YV4,YV5,YV6;2,原點狀態(tài): SQ4=1;機械手上升到最高位置SQ2=1;機械手回到

13、最左邊的位置 Y2=1,機械手松開3,模式選擇SA1(X0)SA2(X1)工作方式選擇00點動模式01連續(xù)運行10單周期運行11單周步進運行4,模式介紹:(1) 點動模式:當(dāng)選擇點動模式時,即(X0=0,X1=0)時，按下啟動按鈕SB1時，機械手開始啟動 按下SB5（下降按鈕）時，Y3=1 機械手下降;當(dāng)SQ5=1時，Y3=0機械手停止下降; 按下SB7（左行按鈕）時，Y5=1機械手左行。當(dāng)SQ3=1時，Y5=0機械手左行停止;按下SB10（夾緊按鈕）時，Y1=1機械手夾緊;當(dāng)SQ6=1時，Y1=0 機械手停止夾緊;按下SB6（上升按鈕）時，Y4=1 機械手上升;當(dāng)SQ4=1時，Y4=0 機械

14、手停止上升;按下SB8（右行按鈕）時，Y6=1機械手右行; 當(dāng)SQ2=1時，Y6=0機械手右行停止；按下SB9（松開按鈕）時，Y2=1機械手松開 ;當(dāng)SQ7=1時， Y2=0 機械手停止松開;（2）連續(xù)運行模式：當(dāng)選擇連續(xù)模式時，即（X0=0,X1=1）時，按下啟動按鈕SB1時，機械手開始連續(xù)運行，直到按下停止按鈕SB2，（3）單周期運行模式當(dāng)選擇單周期運行模式時,即(X0=1,X1=0)時,按下啟動按鈕SB1時,機械手只能完成一個周期的工作. (4)單周步進模式 當(dāng)選擇單周步進模式時,即(X0=1,X1=1)時,按下啟動按鈕SB2時,機械手只能完成一個工步,再按啟動按鈕,執(zhí)行下一個步驟.一個

15、周期結(jié)束后,循環(huán)執(zhí)行下一個周期.3.4 元器件選型 1,行程開關(guān)(1)機械開關(guān)：兩條線，接通有效。(2)光電開關(guān)：一般三條線，需要供電，一定距離擋住光有效。(3)接近開關(guān)：一般三條線，也有兩條的。一般對金屬感應(yīng)，接近有效 機械開關(guān)靈敏度較低，但抗雜質(zhì)，廢料干擾能力較大。 光電開關(guān)靈敏度較高，但抗雜質(zhì)，廢料干擾能力較小。 接近開關(guān)靈敏度較高，一般用于檢測金屬接近物2,接觸器選擇 (1)選擇接觸器的類型：& ( 0 k( x! I+ d) b u8 D# ?根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類選擇。交流負(fù)載應(yīng)選用交流接觸器，直流負(fù)載應(yīng)選用直流接觸器，如果控制系統(tǒng)中主要是交流負(fù)載，直流電動機或直流負(fù)載的

16、容量較小，也可都選用交流接觸器來控制，但觸點的額定電流應(yīng)選得大一些。 6 y* L6 Q' P3 |% r+ I' K(2)選擇接觸器主觸頭的額定電壓：6 V% k. j5 P9 K9 F. R應(yīng)等于或大于負(fù)載的額定電壓。! K7 n, 4 N; I (3)選擇接觸器主觸頭的額定電流：3 p" _' A3 _) f4 A j被選用接觸器主觸頭的額定電流應(yīng)不小于負(fù)載電路的額定電流。也可根據(jù)所控制的電動機最大功率進行選擇。如果接觸器是用來控制電動機的頻繁啟動、正反或反接制動等場合，應(yīng)將接觸器的主觸頭額定電流降低使用，一般可降低一個等級。 / O0 x: 8 K *

17、 z2 w7 r/ ) o(4)根據(jù)控制電路要求確定吸引線圈工作電壓和輔助觸點容量：6 9 c1 1 q0 K' 5 P1 g$ x) 如果控制線路比較簡單，所用接觸器的數(shù)量較少，則交流接觸器線圈的額定電壓一般直接選用380V或220V。如果控制線路比較復(fù)雜，使用的電器又比較多，為了安全起見，線圈的額定電壓可選低一些，這時需要加一個控制變壓器。 直流接觸器線圈的額定電壓應(yīng)視控制回路的情況而定。而一系列、同一容量等級的接觸器，其線圈的額定電壓有好幾種，可以選線圈的額定電壓和直流控制電路的電壓一致。 直流接觸器的線圈是加直流電壓，交流接觸器的線圈一般是加交流電壓。有時為了提高接觸器的最大操

18、作頻率，交流接觸器也有采用直流線圈的。如果把直流電壓的線圈加上交流電壓，因阻撓太大，電流太小，則接觸器往往不吸合。如果將交流電壓的線圈加上直流電壓，則因電阻太小，電流太大，會燒壞線圈。: i/ Q# k5 Q; X% b交流接觸器的應(yīng)用 " n; Q; X. u: |+ t5 J9 K(5)用途的分類 2 X. ?) e+ l4 Y接觸器是一種自動化的控制電器。接觸器主要用于頻繁接通或分?jǐn)嘟?、直流電路，具有控制容量大，可遠(yuǎn)距離操作，配合繼電器可以實現(xiàn)定時操作，聯(lián)鎖控制，各種定量控制和失壓及欠壓保護，廣泛應(yīng)用于自動控制電路，其主要控制對象是電動機，也可用于控制其它電力負(fù)載，如電熱器、照

19、明、電焊機、電容器組等。 F, n$ x& ) o1 K接觸器按被控電流的種類可分為交流接觸器和直流接觸器。這里主要介紹常用的交流接觸器。交流接觸器又可分為電磁式和真空式兩種.3,熔斷器選擇 熔斷器的主要作用是短路保護。對熔斷器的選擇要求是：在電氣設(shè)備正常運行時，熔斷器不應(yīng)熔斷；在出現(xiàn)短路時，應(yīng)立即熔斷；在電流發(fā)生正常變動（如電機起動過程）時，熔斷器不應(yīng)熔斷；在用電設(shè)備持續(xù)過載時，應(yīng)延時熔斷。熔斷器的額定電壓要大于或等于電路的額定電壓。對熔斷器的選用主要包括熔斷器類型選擇和熔體額定電流的確定。熔斷器的類型根據(jù)不同的使用場合、電壓等級、保護對象和要求，有很多品種和類型。高壓熔斷器，高壓熔

20、斷器又分為戶內(nèi)式和戶外式兩種，這里不贅述。低壓熔斷器常見有插入式、管式、螺旋式三大類。又可分為開啟式、半封閉式和封閉式三種。R-熔斷器； C-插入式； L -螺旋式； M-密閉管式； S-快速；T-有填料管式。如 RC1、 RC1A 為插人式； RM-無填料管式； RT0、 RL1、 RLS分別為有填料管式和有填料螺旋式。低壓熔斷器有三種結(jié)構(gòu)不同的熔體，一種做為電氣線路的過載和短路保護(gG)；另一種作為半導(dǎo)體器件及其成套裝置的短路保護(aR)；還可派生為電動機短路保護(aM)。熔斷器選擇的原則是：A、根據(jù)線路要求和安裝條件選擇熔斷器的型號。容量小的電路選擇半封閉式或無填料封閉式；短路電流大的

21、選擇有填料封閉式；半導(dǎo)體元件保護選擇快速熔斷器。B、根據(jù)負(fù)載特性選擇熔斷器的額定電流。C、選擇各級熔體需相互配合，后一級要比前一級小，總閘和各分支線路上電流不一樣，選擇熔絲也不一樣。D、根據(jù)線路電壓選擇熔斷器的額定電壓。E、交流異步電機保護熔體電流不能選擇太?。ńㄗh22.5倍電機的額定電流）。如選擇過小，易出現(xiàn)一相熔斷器熔斷后，造成電機缺相運轉(zhuǎn)而燒壞，必須配套熱繼電器作過載保護。注意：熔斷器電流包括兩方面，一是熔斷器安裝熔斷體的座子、殼架的額定電流，另一是熔斷體的額定電流，二者不可混淆。這一點跟斷路器類似。4,電動機選擇電動機的功率應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械所需要的功率來選擇，盡量使電動機在額定負(fù)載下運行

22、。選擇時應(yīng)注意以下兩點： (1如果電動機功率選得過小就會出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動機長期過載使其絕緣因發(fā)熱而損壞甚至電動機被燒毀。 (2)如果電動機功率選得過大就會出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高(見表)，不但對用戶和電網(wǎng)不利。而且還會造成電能浪費。 要正確選擇電動機的功率，必須經(jīng)過以下計算或比較： (1)對于恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，如果知道負(fù)載的功率(即生產(chǎn)機械軸上的功率)Pl(kw)可按下式計算所需電動機的功率P(kw)： P=P1/n1n2式中 n1為生產(chǎn)機械的效率；n2為電動機的效率。即傳動效率。 按上式求出的功率，不一定與產(chǎn)品功率相同。因

23、此所選電動機的額定功率應(yīng)等于或稍大于計算所得的功率。 例：某生產(chǎn)機械的功率為395kw機械效率為70、如果選用效率為08的電動機，試求該電動機的功率應(yīng)為多少kw?解:P=P1/ n1n2=3.95/0.7*0.8=7.1kw由于沒有71kw這規(guī)格所以選用75kw的電動機。(2)短時工作定額的電動機與功率相同的連續(xù)工作定額的電動機相比最大轉(zhuǎn)矩大，重量小，價格低。因此，在條件許可時，應(yīng)盡量選用短時工作定額的電動機。 (3)對于斷續(xù)工作定額的電動機，其功率的選擇、要根據(jù)負(fù)載持續(xù)率的大小，選用專門用于斷續(xù)運行方式的電動機。負(fù)載持續(xù)串Fs的計算公式為 FStg/(tg+to)×100式中 tg為工作時間，t。為停止時間min；tg十to為工作周期時間min。 此外也可用類比法來選擇電動機的功率。所謂類比法。就是與類似生產(chǎn)機械所用電動機的功率進行對比。具體做法是：了解本單位或附近其他單位的類似生產(chǎn)機械使用多大功率的電動機，然后選用相近功率的電動機進行試車。試車的目的是驗證所選電動機與生產(chǎn)機械是否匹配。驗證的方法是：使電動機帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)，用鉗形電流表測量電動機的工作電流，將測得的電流與該電動機銘牌上標(biāo)出的額定電流進行對比。如果電功機的實際工作電流與銘脾上標(biāo)出的額定電流上下相