瓷磚自動(dòng)包裝線的PLC控制畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)瓷磚自動(dòng)包裝線的PLC控制自動(dòng)包裝的PLC控制瓷磚線 摘要介紹了一種基于PLC控制的五自由度氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。本文詳細(xì)介紹了機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)、氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。氣動(dòng)機(jī)械手以其直線運(yùn)動(dòng)容易、控制簡(jiǎn)單、介質(zhì)廉價(jià)、傳動(dòng)快、壓力低、安全無(wú)污染、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、包裝機(jī)械、印染機(jī)械、食品機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域?？删幊踢壿嬁刂破?PLC)作為一種工業(yè)環(huán)境中的計(jì)算機(jī)控制裝置，由于其可靠性高、應(yīng)用方便，在國(guó)外得到迅速推廣和發(fā)展，日益成為機(jī)電控制和過(guò)程控制不可或缺的核心部件。在工業(yè)生產(chǎn)線上，氣動(dòng)機(jī)械手可以準(zhǔn)確、快速地搬運(yùn)貨物，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了

2、生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。氣動(dòng)技術(shù)和PLC技術(shù)的結(jié)合可以更方便地實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。關(guān)鍵詞:五自由度機(jī)械手可編程控制器氣動(dòng)傳動(dòng)電氣控制系統(tǒng)順序功能圖順序控制步驟指令自動(dòng)控制目錄 HYPERLINK l _Toc230271247 第0章緒論 PAGEREF _Toc230271247 h - 4 - HYPERLINK l _Toc230271248 第一章瓷磚與生產(chǎn)介紹 PAGEREF _Toc230271248 h - 5 - HYPERLINK l _Toc230271249 1.1 瓷墻地磚的品種 PAGEREF _Toc230271249 h - 5 - HYPERLINK l _Toc23

3、0271250 1.2 瓷墻地磚性能指標(biāo)與檢測(cè)方法 PAGEREF _Toc230271250 h - 5 - HYPERLINK l _Toc230271251 第二章瓷磚包裝中的機(jī)械手 PAGEREF _Toc230271251 h - 7 - HYPERLINK l _Toc230271252 2.1 瓷磚包裝設(shè)備的發(fā)展 PAGEREF _Toc230271252 h - 7 - HYPERLINK l _Toc230271253 2.2 自動(dòng)包裝線的分類 PAGEREF _Toc230271253 h - 8 - HYPERLINK l _Toc230271254 2.3 機(jī)械手在自動(dòng)

4、包裝中的應(yīng)用 PAGEREF _Toc230271254 h - 9 - HYPERLINK l _Toc230271255 第三章機(jī)械手控制方式的比較 PAGEREF _Toc230271255 h - 11 - HYPERLINK l _Toc230271256 3.1 繼電器控制方式 PAGEREF _Toc230271256 h - 11 - HYPERLINK l _Toc230271257 3.2 單片機(jī)控制方式 PAGEREF _Toc230271257 h - 11 - HYPERLINK l _Toc230271258 3.3 微型計(jì)算機(jī)控制方式 PAGEREF _Toc23

5、0271258 h - 12 - HYPERLINK l _Toc230271259 3.4 PLC控制方式 PAGEREF _Toc230271259 h - 12 - HYPERLINK l _Toc230271260 3.5 選擇PLC的原因 PAGEREF _Toc230271260 h - 13 - HYPERLINK l _Toc230271261 第四章控制模型的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc230271261 h - 14 - HYPERLINK l _Toc230271262 4.1模塊式機(jī)械手與組成 PAGEREF _Toc230271262 h - 14 - HYPERL

6、INK l _Toc230271263 4.2 總體方案的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc230271263 h - 15 - HYPERLINK l _Toc230271264 4.3 機(jī)械手控制系統(tǒng)實(shí)例分析 PAGEREF _Toc230271264 h - 16 - HYPERLINK l _Toc230271265 第五章 PLC設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc230271265 h - 21 - HYPERLINK l _Toc230271266 5.1 PLC的簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc230271266 h - 21 - HYPERLINK l _Toc230271267 5.2

7、 PLC的硬件組成 PAGEREF _Toc230271267 h - 21 - HYPERLINK l _Toc230271268 5.3 PLC控制I/O分配明細(xì) PAGEREF _Toc230271268 h - 22 - HYPERLINK l _Toc230271269 5.4PLC的I/O電氣接線圖 PAGEREF _Toc230271269 h - 25 - HYPERLINK l _Toc230271270 5.5軟件的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc230271270 h - 26 - HYPERLINK l _Toc230271271 第六章典型電路 PAGEREF _Toc

8、230271271 h - 32 - HYPERLINK l _Toc230271272 6.1 主電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc230271272 h - 32 - HYPERLINK l _Toc230271274 6.2 手動(dòng)啟動(dòng)電磁閥電路 PAGEREF _Toc230271274 h - 32 - HYPERLINK l _Toc230271275 6.3 氣動(dòng)回路圖 PAGEREF _Toc230271275 h - 33 - HYPERLINK l _Toc230271276 第七章元器件的選擇 PAGEREF _Toc230271276 h - 34 - HYPERLINK

9、 l _Toc230271277 7.1 PLC的選擇 PAGEREF _Toc230271277 h - 34 - HYPERLINK l _Toc230271278 7.2 電磁鐵的選擇 PAGEREF _Toc230271278 h - 35 - HYPERLINK l _Toc230271279 7.3 電磁閥的選擇 PAGEREF _Toc230271279 h - 35 - HYPERLINK l _Toc230271280 7.4 接近開關(guān) PAGEREF _Toc230271280 h - 37 - HYPERLINK l _Toc230271284 7.5 組合開關(guān)、斷路器的

10、選擇 PAGEREF _Toc230271284 h - 38 - HYPERLINK l _Toc230271285 第八章電氣控制裝置工藝設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc230271285 h - 39 - HYPERLINK l _Toc230271286 第九章總結(jié) PAGEREF _Toc230271286 h - 41 - HYPERLINK l _Toc230271287 第十章經(jīng)濟(jì)分析 PAGEREF _Toc230271287 h - 42 - HYPERLINK l _Toc230271288 9.1 目標(biāo)成本 PAGEREF _Toc230271288 h - 42 - H

11、YPERLINK l _Toc230271289 9.2 初步計(jì)算成本 PAGEREF _Toc230271289 h - 42 - HYPERLINK l _Toc230271290 9.3 經(jīng)濟(jì)分析與市場(chǎng)前景預(yù)算 PAGEREF _Toc230271290 h - 42 - HYPERLINK l _Toc230271291 致 PAGEREF _Toc230271291 h - 43 - HYPERLINK l _Toc230271292 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc230271292 h - 44 - HYPERLINK l _Toc230271293 附錄附表1 元件清單附表2

12、 電磁閥狀態(tài)表附圖1 控制面板布置示意圖附圖2 電氣箱元件排列圖緒論近年來(lái)，建筑制造業(yè)從華東等高級(jí)集中產(chǎn)區(qū)向全國(guó)遷移；優(yōu)質(zhì)建筑企業(yè)通過(guò)產(chǎn)業(yè)遷移加速產(chǎn)業(yè)區(qū)域布局。同時(shí)，優(yōu)質(zhì)建筑企業(yè)的遷移也帶動(dòng)了新的生產(chǎn)區(qū)域從低檔建筑生產(chǎn)向中高檔建筑生產(chǎn)升級(jí)。建筑瓷器在全國(guó)各地的轉(zhuǎn)移、擴(kuò)張和重新布局，也帶動(dòng)了全國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展。從建筑瓷整個(gè)行業(yè)來(lái)看，市場(chǎng)空間還是很大的。建筑瓷業(yè)雖然在歐美已經(jīng)是“夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)”，但在中國(guó)還是一個(gè)“產(chǎn)業(yè)”，會(huì)有很大的發(fā)展。美國(guó)的金融海嘯對(duì)中國(guó)建設(shè)銀行有影響，但沒(méi)有想象中的那么大，那么可怕。中國(guó)建業(yè)完全有能力輕松度過(guò)這場(chǎng)經(jīng)濟(jì)災(zāi)難。隨著中國(guó)建筑瓷行業(yè)發(fā)展環(huán)境的進(jìn)一步改善，行業(yè)整體將得到進(jìn)一步

13、提升。預(yù)計(jì)2010-2011年，中國(guó)建筑瓷行業(yè)增速將有所降低，收入年均增速為32.0%，利潤(rùn)年均增速為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。瓷器產(chǎn)品主要用于砌墻或裝飾，因此對(duì)產(chǎn)品輻射防護(hù)的安全性尤為重要。雖然不同產(chǎn)地的原料中放射性核素的含量不同，但考慮到中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，中國(guó)的原料使用量和原料的產(chǎn)地也在不斷變化。因此，應(yīng)控制產(chǎn)品的放射性，以保護(hù)人體健康。1瓷磚及生產(chǎn)簡(jiǎn)介1.1陶瓷墻地磚的品種(1)功能性墻地磚多孔瓷坯體的利用:利用在高溫下能分解大量氣體的原料，加入適量的化學(xué)發(fā)泡劑，可以制成體積密度僅為0.6 1.0g/cm3甚至更低的多孔瓷坯體

14、。這種比水輕的陶瓷材料有很多用途。A.保溫節(jié)能磚:坯體表面施釉，有保溫節(jié)能的效果，也容易清洗。無(wú)釉保溫節(jié)能磚表面粗糙，古樸典雅，有返璞歸真的效果。B.吸音磚:坯體的空隙率高達(dá)40% 50%，可以消音、防火、保暖。在房間音響設(shè)計(jì)中，可以采用吸音磚來(lái)獲得最佳的余音效果。C.輕質(zhì)屋面瓦:制成屋面瓦，可以降低房屋的承重能力。D.透水路面磚:在磚內(nèi)形成多孔、連貫的孔隙結(jié)構(gòu)，能將地下水滲透到地下。具有普通方磚的風(fēng)格，并具有透水、保水、防滑的功能。它是目前方磚的替代品。抗靜電磚；人們?cè)谌粘９ぷ骰顒?dòng)中會(huì)產(chǎn)生靜電。在放置精密儀器的機(jī)房，存放易燃易爆物品的倉(cāng)庫(kù)，靜電的危害非常大。為此，設(shè)計(jì)并制造了抗靜電磚?？轨o電

15、磚通常是在釉料或坯體中加入具有半導(dǎo)體性質(zhì)的金屬氧化物，使磚具有半導(dǎo)體性質(zhì)，避免靜電的積累，達(dá)到抗靜電的目的。(2)新型墻地磚微晶玻璃磚:磚的層為瓷器，磚的表層為微晶玻璃，采用二次布料技術(shù)成型，在輥道窯中燒成。降低了生產(chǎn)成本，解決了微晶玻璃鋪設(shè)不便的問(wèn)題。拋光水晶磚:又稱釉面磚、釉面拋光磚。它是在坯體表面燒制后涂上一層約1.5毫米厚的耐磨透明釉，再經(jīng)燒制、拋光而成。具有彩釉磚裝飾豐富、瓷質(zhì)磚吸水率低、材料性能好的特點(diǎn)，克服了瓷質(zhì)磚不耐磨、耐化學(xué)腐蝕性差、裝飾方法簡(jiǎn)單的缺點(diǎn)。拋光水晶磚釉下彩，高溫?zé)?，釉色?xì)膩，高貴華麗，是高檔產(chǎn)品。1.2陶瓷墻地磚的性能指標(biāo)和測(cè)試方法1.尺寸偏差:用游標(biāo)卡尺或直

16、尺測(cè)量磚的長(zhǎng)、寬、厚(國(guó)標(biāo):指每塊磚四個(gè)長(zhǎng)度的平均尺寸與工作尺寸的偏差)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 0.6%:2.表面質(zhì)量:向上平鋪不小于1的磚正面，使各部位的光線達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，然后在規(guī)定距離目測(cè)；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)拋光磚:a、斑點(diǎn)、氣泡、洞穴、污垢、凸起和凹坑:當(dāng)遇到1m時(shí)，目測(cè)不明顯。B.裂紋、漏拋、漏磨、磨痕和劃痕:不允許。c .色差:在離磚3m處目測(cè)不明顯。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)釉面磚:a、缺釉、斑點(diǎn)、污垢、棕眼、熔孔、釉泡、邊緣脫皮、坯粉:相隔1米視覺(jué)上不明顯。b、裂紋:不允許。c .色差:在離磚3m處目測(cè)不明顯。3.變形:邊緣平直度:測(cè)量并比較相鄰邊緣的長(zhǎng)度，偏差國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的0.5%。直角:與相應(yīng)邊長(zhǎng)相比，偏差0.6%。平

17、整度:對(duì)角線長(zhǎng)度與中央凹陷高度比較，偏差0.5%。4.吸水率:產(chǎn)品在一定條件下吸水，表明坯體的致密性。吸水率越低，產(chǎn)品的密度越好。另外，吸水率對(duì)產(chǎn)品的抗凍性影響很大。5.莫氏硬度:將樣品正面放平，然后手拿礦物均勻涂抹在樣品正面，然后肉眼觀察劃痕；莫氏硬度越大，瓷磚質(zhì)量越好。6.耐磨性:產(chǎn)品表面抵抗外來(lái)物質(zhì)磨削損傷的能力，一般用耐磨轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)表示。轉(zhuǎn)數(shù)越多，耐磨性越好。7.耐急冷熱性:產(chǎn)品抵抗外界溫度急劇變化而不被損壞的能力。8.耐酸耐堿:將磚面與10%的強(qiáng)堿或酸接觸24小時(shí)。用酒精清潔釉面后，用HB鉛筆畫線。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，干布是A級(jí)，濕布是B級(jí)，擦不掉就是C級(jí)。9.光澤:將有一定要求的黑色玻璃的反

18、光能力與被測(cè)試件的反光能力進(jìn)行比較，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)55度。2機(jī)器人在瓷磚包裝中的應(yīng)用2.1瓷磚包裝設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)代瓷磚包裝的技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在重視技術(shù)創(chuàng)新，以高科技推動(dòng)創(chuàng)新。注重基礎(chǔ)學(xué)科的研究，大膽吸收其他行業(yè)的科研成果，并應(yīng)用于新包裝的設(shè)計(jì)開發(fā)?，F(xiàn)在，在建筑衛(wèi)生瓷行業(yè)，瓷磚已經(jīng)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，根據(jù)最佳方案設(shè)計(jì)制造各種一體化瓷磚自動(dòng)包裝線方案，保證瓷磚包裝的質(zhì)量和工作效率。全自動(dòng)瓷磚包裝線的問(wèn)世，是科信達(dá)在創(chuàng)新篇章中的又一強(qiáng)音。該設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)方法，分為疊磚、對(duì)齊、送紙、折紙、包裝五大模塊。根據(jù)用戶的條件和需求，合理優(yōu)化模塊，使生產(chǎn)效

19、益最大化。而且堆磚模塊采用疊起堆磚的方式，反應(yīng)快，不損傷瓷磚表面。同時(shí)，該設(shè)備適用于塑料角撐和泡沫支撐這兩種主流的紙箱折疊包裝方式。通過(guò)簡(jiǎn)單的模塊調(diào)整，可適用于600 600 800 800瓷磚的包裝?？梢赃_(dá)到每分鐘6盒的工作頻率，如果每盒包含4塊600600mm的瓷磚，連續(xù)工作22小時(shí)可以包裝11400。設(shè)備采用觸摸屏的人機(jī)界面方式，使包裝線的操作、調(diào)試和維護(hù)更加簡(jiǎn)單直觀。采用PLC控制方式，實(shí)時(shí)監(jiān)控各模塊的運(yùn)行情況。高速、高效、易操作，使得科信達(dá)的瓷磚自動(dòng)包裝線一經(jīng)推出就獲得了市場(chǎng)的認(rèn)可，成為企業(yè)生產(chǎn)的好幫手?？菩胚_(dá)自主研發(fā)的精密檢眼生產(chǎn)線一經(jīng)問(wèn)世，便在機(jī)械設(shè)備行業(yè)再次引起轟動(dòng)。精密目檢生

20、產(chǎn)線，用于瓷磚尺寸(邊長(zhǎng)、邊直度、大小頭夾角、對(duì)角線、對(duì)角線差)的在線檢測(cè)，顛覆了傳統(tǒng)人工檢測(cè)的生產(chǎn)工藝，解決了人工檢測(cè)速度慢、人為誤差大、精度不統(tǒng)一、勞動(dòng)量大等一系列問(wèn)題。在陶瓷企業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)中。最近公司在原有的基礎(chǔ)上改進(jìn)完善，推出了第二代精密驗(yàn)眼生產(chǎn)線，增加了人機(jī)界面的設(shè)置，自動(dòng)化程度更高，操作更簡(jiǎn)單；產(chǎn)品的測(cè)量速度和精度得到了進(jìn)一步提高。而且設(shè)備實(shí)現(xiàn)了100%在線測(cè)量，使企業(yè)能夠通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量上報(bào)磚坯尺寸的變化，有利于及時(shí)調(diào)整機(jī)械設(shè)備參數(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，用戶可以根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)自行設(shè)定參數(shù)，設(shè)備會(huì)根據(jù)客戶設(shè)定的放碼尺寸對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行放碼，確保出廠產(chǎn)品尺寸完全符合設(shè)定的要求。后續(xù)的捆扎、

21、卷繞包裝采用光、機(jī)、電、儀一體化設(shè)計(jì)，應(yīng)用稱重傳感技術(shù)，采用DSP和PLC控制。該產(chǎn)品具有自動(dòng)化程度高、效率高、安全方便的特點(diǎn)，其自動(dòng)包裝機(jī)機(jī)組、碼垛機(jī)組、調(diào)試和監(jiān)控技術(shù)具有創(chuàng)新性。每小時(shí)800包的生產(chǎn)能力，滿足了我國(guó)規(guī)?；a(chǎn)快速發(fā)展和高效現(xiàn)代倉(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)包裝線是根據(jù)包裝工藝將所有自動(dòng)包裝機(jī)及相關(guān)輔助設(shè)備與輸送裝置連接起來(lái)的工作系統(tǒng)，具有獨(dú)立的控制裝置。它能使被包裝的商品和包裝材料按照預(yù)定的包裝要求和工藝順序，通過(guò)各種包裝機(jī)完成包裝的全過(guò)程。在自動(dòng)包裝線中，工人不需要直接參與操作，他們的主要任務(wù)不外乎監(jiān)測(cè)、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

22、具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，如提高包裝質(zhì)量，增加生產(chǎn)能力，改善工作條件，減少占地面積和生產(chǎn)成本。特別適合小品種、大批量的產(chǎn)品包裝。是包裝行業(yè)的發(fā)展方向。自動(dòng)包裝線通常可以按以下方式分類:根據(jù)各包裝機(jī)的連接特點(diǎn)分類。剛性自動(dòng)包裝線。包裝機(jī)由輸送裝置直接連接，并以一定的生產(chǎn)節(jié)奏運(yùn)行。如果某個(gè)設(shè)備故障停機(jī)，會(huì)導(dǎo)致整條線停機(jī)。柔性自動(dòng)包裝線。在這條自動(dòng)線上，每臺(tái)包裝機(jī)之間增加一臺(tái)儲(chǔ)料器，儲(chǔ)料器為后續(xù)包裝機(jī)供貨。如果一臺(tái)機(jī)器出現(xiàn)故障，不會(huì)影響其他機(jī)器的工作，所以生產(chǎn)率高，但是投資大。半柔性自動(dòng)包裝線。這條自動(dòng)線把整條線分成幾段，故障少的沒(méi)有堆料機(jī)，顯得“死板”；為多次失敗設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)備器，使其“靈活”。既保證了高

23、生產(chǎn)率，又不會(huì)投入太多。(2)按組合布局分類系列自動(dòng)包裝線。每臺(tái)包裝機(jī)按照單個(gè)工藝流程的順序連接。每個(gè)單機(jī)的生產(chǎn)節(jié)奏都是一樣的。平行自動(dòng)包裝線。為了平衡生產(chǎn)節(jié)奏，提高生產(chǎn)能力，將同一臺(tái)包裝機(jī)分成陣列，共同完成相同的包裝作業(yè)。這種自動(dòng)線稱為平行自動(dòng)包裝線。在這種管路中應(yīng)設(shè)置一些換向或合流裝置。串并聯(lián)自動(dòng)包裝線。它在一條包裝線上采用串聯(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)奏。一般線路長(zhǎng)，機(jī)器數(shù)量多，所以輸送、換向、調(diào)車、并車裝置種類多、復(fù)雜。2.3機(jī)械手在自動(dòng)包裝中的應(yīng)用操縱器概述它是一種能自動(dòng)抓取和操作的裝置，常用于機(jī)械手的工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域。用于多條自動(dòng)生產(chǎn)線的自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)裝卸機(jī)和

24、數(shù)控設(shè)備。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)、旋轉(zhuǎn)和抓取等動(dòng)作。氣動(dòng)技術(shù)是以壓縮空氣為介質(zhì)，以氣源為動(dòng)力的能量傳遞技術(shù)。它可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，因此氣動(dòng)技術(shù)常被用于機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指令系統(tǒng)。通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使執(zhí)行器按照規(guī)定的要求工作，并檢查其是否正確?？删幊踢壿嬁刂破?PLC)是一種以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)于一體的新型工業(yè)控制系統(tǒng)。PLC一般采用易于理解和掌握的梯形圖語(yǔ)言和簡(jiǎn)單的工業(yè)控制指令，直觀，特別適合現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用。與傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制電路相比，PLC控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、抗干

25、擾能力強(qiáng)、故障率低、設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、操作維修方便等特點(diǎn)?，F(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中。機(jī)械手控制系統(tǒng)越來(lái)越多地由可編程控制器(PLC)來(lái)實(shí)現(xiàn)，用來(lái)控制機(jī)械手完成各種規(guī)定。2.3.2機(jī)械手總體設(shè)計(jì)的基本要求對(duì)機(jī)械使用功能的要求:實(shí)現(xiàn)預(yù)定的使用功能是機(jī)械設(shè)計(jì)最基本的要求，良好的使用性能指標(biāo)是設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。此外，在機(jī)械設(shè)計(jì)中往往要求操作方便、工作安全可靠、體積小、重量輕、效率高、外形美觀、噪音低。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、使用的全過(guò)程，在設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)要綜合考慮。設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在合理的功能定位、實(shí)現(xiàn)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)上。2.3.3零件設(shè)計(jì)的基本要求

26、機(jī)械是機(jī)器的基本單元，機(jī)器的設(shè)計(jì)要求最終是通過(guò)零件的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以設(shè)計(jì)零件時(shí)要滿足什么，要從設(shè)計(jì)機(jī)器的要求延伸，也就是也要從保證機(jī)器的功能要求和經(jīng)濟(jì)要求兩個(gè)方面來(lái)考慮。要求在預(yù)定的工作周期內(nèi)正?？煽康毓ぷ鳎员ＷC機(jī)器各項(xiàng)功能的正常實(shí)現(xiàn)。這就要求零件在預(yù)定的壽命內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生各種可能的失效，即零件在強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性、耐磨性、溫升等方面必須滿足必要的條件，這些都是判斷零件工作能力的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)時(shí)要合理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)，認(rèn)真考慮零件的加工和裝配工藝性。另外，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的零部件。手的結(jié)構(gòu)機(jī)械手(末端執(zhí)行器)有多種結(jié)構(gòu)形式，

27、但一般設(shè)計(jì)有以下基本要求:第一，要有合適的夾緊力和驅(qū)動(dòng)力。手指的握力(夾緊力)要合適。如果用力過(guò)大，會(huì)消耗更多的動(dòng)力，使結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟(jì)，甚至損壞被抓取的物體；力度太小，夾不住也松不開或者脫落。第二，手指要有一定的開合周長(zhǎng)，手要有一定的開合角度(手指繞支點(diǎn)從張開到合攏轉(zhuǎn)動(dòng)的角度)或開合周長(zhǎng)(平移手指從張開到合攏的直線移動(dòng)距離)，以便抓住或退出物體。三、應(yīng)保證抓取物體在手指中的夾持精度，應(yīng)保證每個(gè)被抓取的物體，在手指中都有一個(gè)準(zhǔn)確的相對(duì)位置。4.要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高。在保證自身剛度和強(qiáng)度的前提下，結(jié)構(gòu)要盡可能緊湊，重量要輕，這樣有助于減輕手臂的負(fù)荷。3機(jī)械手控制方式的比較目前，我國(guó)有以下

28、幾種控制模式。通過(guò)比較，我們可以發(fā)現(xiàn)PLC控制方式更具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。3.1繼電器控制模式這種方法簡(jiǎn)單直接，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、生產(chǎn)效率和安全性的要求越來(lái)越高，繼電器和接觸器的間歇控制方式無(wú)法連續(xù)準(zhǔn)確地反映信號(hào)。此外，隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，由繼電器電路組成的工業(yè)控制系統(tǒng)的缺陷也不斷暴露出來(lái)。首先，在設(shè)計(jì)和施工方面，為了完成一個(gè)控制項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試，必須進(jìn)行繼電控制，工作周期長(zhǎng)、修改困難等缺點(diǎn)很快體現(xiàn)出來(lái)。項(xiàng)目越大，缺點(diǎn)越突出。成千上萬(wàn)的電線像蜘蛛網(wǎng)一樣緊密相連。只要一個(gè)電器或一根電線出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就無(wú)法工作，大大降低了其可靠性。3

29、.2 MCU控制模式微控制器是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是一個(gè)非常活躍和有生命力的模型，更適合于控制領(lǐng)域。MCU一般由單片集成電路芯片組成，包含計(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，只有將必要的、合適的軟件與外部設(shè)備相結(jié)合，單片機(jī)才能成為單片機(jī)控制系統(tǒng)。目前，單片機(jī)正朝著高性能、多品種的方向發(fā)展，特別是八位單片機(jī)已成為單片機(jī)的主流。單片機(jī)的改進(jìn)主要在以下四個(gè)方面:(1)為了提高工作速度和準(zhǔn)確性，CPU的功能得到了明顯的增強(qiáng)；(2)集成存儲(chǔ)器的容量和常用I/O接口電路的種類和數(shù)量大幅增加；(3)隨著芯片功能的增強(qiáng)和資源的豐富，單片機(jī)所需的管腳數(shù)量也會(huì)相應(yīng)增加；

30、(4)在許多應(yīng)用中，單片機(jī)體積小，只需要較低的工作電壓和極小的功耗。所以單片機(jī)大多采用CMOS工藝，增強(qiáng)了空閑和斷電兩種工作模式。但其硬件質(zhì)量和抗干擾措施難以達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境適應(yīng)性差，難以在惡劣的工作條件下工作。3.3微機(jī)控制模式微機(jī)開發(fā)系統(tǒng)是專用微機(jī)系統(tǒng)，硬件齊全，軟件資源豐富。它不僅可用于微型計(jì)算機(jī)樣機(jī)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，還可用于微型計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件的開發(fā)。微型計(jì)算機(jī)可用于實(shí)現(xiàn)圖形顯示、輔助繪圖和設(shè)計(jì)。而微機(jī)控制方式需要掌握匯編、BASIC、FORTRAL、PASCAL、C等難懂的語(yǔ)言。，對(duì)操作人員和環(huán)境要求較高，無(wú)法適用于惡劣的工作環(huán)境。而PLC控制方式對(duì)操作人員的要求一般，不需要學(xué)習(xí)專門的計(jì)算

31、機(jī)語(yǔ)言或?qū)I(yè)的軟件知識(shí)，只需要會(huì)簡(jiǎn)單的梯形圖語(yǔ)言和操作系統(tǒng)即可。而且PLC有很多I/O接口和各種附件，所以很容易組成一個(gè)系統(tǒng)。3.4 PLC控制模式70年代末，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用開發(fā)階段。計(jì)算機(jī)技術(shù)被全面引入可編程控制器，使其具有更高的運(yùn)算速度、超小的體積、更可靠的抗工業(yè)干擾設(shè)計(jì)，在功能上有了質(zhì)的飛躍。模擬PID功能和較高的性價(jià)比奠定了其在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)末，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)更適合現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。從規(guī)模上看，這一時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；在控制能力上，誕生了各種特殊的功能單元，用于壓力、溫度、速度、位移等各種控制場(chǎng)合。就產(chǎn)品匹配而言，生產(chǎn)各種人機(jī)接口單元和通信單元，更容

32、易匹配應(yīng)用于可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備。這種控制方式有很多特點(diǎn)，包括:可靠性高，擴(kuò)展能力強(qiáng)，邏輯運(yùn)算能力強(qiáng)，對(duì)所有輸入輸出電路進(jìn)行光電隔離，對(duì)部分部件進(jìn)行電磁屏蔽，使其能更好地應(yīng)用于工作環(huán)境；完整、功能、實(shí)用；簡(jiǎn)單易學(xué)，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)，體積小，重量輕，能耗低。系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作量小，維護(hù)方便，便于維護(hù)和改造。用PLC存儲(chǔ)邏輯代替極限邏輯，大大減少了控制設(shè)備的外部接線，縮短了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)周期，是現(xiàn)代工業(yè)作業(yè)控制系統(tǒng)的良好選擇。通過(guò)以上各種控制方式的比較，可以看出本課題采用PLC控制方式更為合理。在21世紀(jì)，可編程控制器將有更大的發(fā)展，并將在工業(yè)和工業(yè)以外的許

33、多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。3.5選擇PLC的原因選擇PLC進(jìn)行二次設(shè)計(jì)是因?yàn)樗凶约旱膬?yōu)點(diǎn):(1)通用性好。PLC采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯以程序的形式存儲(chǔ)在內(nèi)存中。改變控制邏輯，只需要改變程序，就可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種控制功能。然而，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)需要重新設(shè)計(jì)和連接，以改變控制功能，這需要很長(zhǎng)的時(shí)間和大量的金錢。(2)可靠性高。一方面，PLC采用了隔離、濾波、屏蔽、接地等一系列抗干擾措施。在硬件上，在模板機(jī)箱上做了完美的電磁兼容性設(shè)計(jì)，并精心選擇元器件；另一方面，采用了數(shù)字濾波、指令重執(zhí)行、程序倒帶、錯(cuò)誤檢查等一系列軟件抗干擾措施和故障診斷技術(shù)。，以便在系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行冗余配置。所以它的可靠性

34、非常高，平均無(wú)故障時(shí)間可以達(dá)到20000到50000小時(shí)以上。(3)功能強(qiáng)大。PLC不僅具有邏輯運(yùn)算和控制、順序控制等功能。，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)進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊、生產(chǎn)監(jiān)控等功能。(4)編程簡(jiǎn)單，使用方便。PLC編程多采用類似繼電器控制電路的梯形圖，是一種面向控制過(guò)程和問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程方法，易于掌握。對(duì)于一般的電氣技術(shù)人員和企業(yè)的技術(shù)工人來(lái)說(shuō)，這種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程方式比常用的微機(jī)語(yǔ)言更容易被接受。在PLC出現(xiàn)之前，大多數(shù)控制設(shè)備都是硬連線的邏輯器件。因?yàn)樗麄兊倪壿嫼軓?qiáng)，所以很難改變他們。在更新機(jī)械設(shè)備的同時(shí)，只能研究新的控

35、制設(shè)備，不僅延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，還增加了生產(chǎn)成本。在產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速的今天，這些缺點(diǎn)會(huì)極大地限制企業(yè)的發(fā)展，降低企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。PLC的出現(xiàn)解決了上述問(wèn)題。它取代了硬連線的控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了軟件編程，用程序描述了控制過(guò)程。要改變生成過(guò)程，只需要改變程序。這大大縮短了生產(chǎn)周期，明顯提高了效率。4控制模型的設(shè)計(jì)機(jī)械手可以模仿人的手和手臂的某些動(dòng)作功能，是一種按照固定的程序用來(lái)抓取和搬運(yùn)物體或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可以代替人的繁重勞動(dòng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，可以在有害環(huán)境下操作保護(hù)人身安全，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工、自動(dòng)包裝等行業(yè)。機(jī)械手主要由手和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手是用來(lái)抓取工件(或工具

36、)的部件，根據(jù)所抓取物體的形狀、大小、重量、材質(zhì)和操作要求，有夾持式、握持式、吸附式等多種結(jié)構(gòu)形式。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它使手能夠完成各種旋轉(zhuǎn)(擺動(dòng))、運(yùn)動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)以達(dá)到規(guī)定的動(dòng)作，改變所抓握物體的位置和姿態(tài)。機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)模式稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任何位置和方向的物體，需要六個(gè)自由度。它是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性和通用性就越大，其結(jié)構(gòu)也就越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有(2 3)個(gè)自由度。設(shè)計(jì)了一種用于工件搬運(yùn)的五自由度氣動(dòng)機(jī)械手。4.1模塊化機(jī)械手及組成模塊化機(jī)械手是以底座為基礎(chǔ)，通過(guò)將一些通用部件與能夠完成預(yù)定功能的必要單元部件組合，并配以相應(yīng)的控制

37、部件，從而完成特定要求的機(jī)械手。通過(guò)模塊的選擇和組合，可以形成不同功能或相同功能、不同性能、不同規(guī)格的系列產(chǎn)品。此外，當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生變化或臨時(shí)需要新的分配任務(wù)時(shí)，機(jī)械手的新部件可以容易地改變或重新設(shè)計(jì)，機(jī)械手可以快速投入生產(chǎn)，從而降低安裝和改裝的成本。模塊的劃分如圖4-1所示。圖4-1機(jī)械手各模塊的組成4.2總體方案設(shè)計(jì)本課題的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)瓷磚的連續(xù)自動(dòng)包裝，它是一個(gè)五自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)做直線運(yùn)動(dòng)、水平運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中要調(diào)節(jié)速度。請(qǐng)參見圖4-2，了解機(jī)芯的整體框圖。因此，氣動(dòng)元件用于形成所需的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。可編程序邏輯控制器可編程序邏輯控制器手指吸瓦垂直砌磚測(cè)試瓷磚系統(tǒng)小武器被分成

38、小塊(五件一組)瓷磚合格輸入信號(hào)到控制器進(jìn)行分析。大臂放下合格的瓷磚。打捆機(jī)完成包裝，并包裝到生產(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)例分析機(jī)械手的結(jié)構(gòu)氣動(dòng)機(jī)械手有五個(gè)自由度(手指運(yùn)動(dòng)不包括在自由度內(nèi))，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-3所示。手臂有三個(gè)自由度，即大臂45度旋轉(zhuǎn)、小臂五個(gè)位置的伸縮和手腕90度旋轉(zhuǎn)；手指有一個(gè)自由度，即手指接合和斷開；還有腰椎關(guān)節(jié)180旋轉(zhuǎn)。氣動(dòng)機(jī)械手有五個(gè)自由度(手指運(yùn)動(dòng)不包括在自由度內(nèi))，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。手臂有三個(gè)自由度，即大臂45度旋轉(zhuǎn)、小臂五個(gè)位置的伸縮和手腕90度旋轉(zhuǎn)；手指有一個(gè)自由度，即手指接合和斷開；還有腰椎關(guān)節(jié)180旋轉(zhuǎn)。圖4-

39、3機(jī)械手的機(jī)構(gòu)組成4.3.2機(jī)械手動(dòng)作流程機(jī)械手的動(dòng)作如圖4-4所示。它是一種具有水平/垂直位移和旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置，用于將瓷磚從右工作臺(tái)移動(dòng)到左工作臺(tái)。左側(cè)工作臺(tái)是帶步進(jìn)電機(jī)控制的傳送帶(M1)。手指每拿走一個(gè)瓷磚傳送帶，就踏入一個(gè)位置，為下一個(gè)瓷磚做準(zhǔn)備。同時(shí)，機(jī)械手移動(dòng)前，光電開關(guān)檢測(cè)傳送帶上是否有瓦片，防止誤操作損壞機(jī)構(gòu)。它的動(dòng)作循環(huán)是:原地-手腕旋轉(zhuǎn)90-光電探測(cè)信號(hào)-手指吸盤吸瓷磚-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。吸-手腕旋轉(zhuǎn)90-大臂旋轉(zhuǎn)45-腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180-

40、大臂旋轉(zhuǎn)45-小臂伸到一個(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-小臂回縮到一個(gè)位置-原位-手腕旋轉(zhuǎn)90-手指吸盤吸。一個(gè)位置-手腕旋轉(zhuǎn)90-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-小臂縮回到一個(gè)位置-腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180-手腕旋轉(zhuǎn)90-手指吸盤吸附-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-手腕旋轉(zhuǎn)90-小臂縮回到一個(gè)位置-腰關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)180回到原位-手腕旋轉(zhuǎn)90-接合手指吸盤-手腕旋轉(zhuǎn)90當(dāng)一個(gè)包裝箱中的五塊瓷磚包裝好后，通信系統(tǒng)通知下一級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行包裝和運(yùn)輸，一個(gè)循環(huán)過(guò)程結(jié)束。圖4-4機(jī)械手的動(dòng)作模型4.3.3機(jī)械手工作過(guò)

41、程分析本文中機(jī)械手的所有動(dòng)作都由氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)由單線圈二位電磁閥控制。例如，當(dāng)手腕向下旋轉(zhuǎn)電磁閥通電時(shí)，手腕旋轉(zhuǎn)并在碰到限位開關(guān)SQ2時(shí)停止。線圈斷電時(shí)，手腕向上旋轉(zhuǎn)，碰到限位開關(guān)SQ1時(shí)停止。腰部旋轉(zhuǎn)電磁閥通電，腰部旋轉(zhuǎn)，限位開關(guān)SQ4停止，斷電復(fù)位。機(jī)械手的工作過(guò)程如下:在原點(diǎn)位置(機(jī)械手的手臂移動(dòng)到右極限，手腕移動(dòng)到上限SQ1，手臂移動(dòng)到左極限SQ9)，按下開始按鈕，機(jī)械手的手腕開始移動(dòng)。將手腕旋轉(zhuǎn)90度。當(dāng)限位開關(guān)SQ2移動(dòng)時(shí)，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束，機(jī)械手的手指吸盤吸住瓷磚。瓷磚合上1S，手指動(dòng)作結(jié)束，機(jī)械手手臂開始轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)醣坌D(zhuǎn)45并觸及限位開關(guān)SQ3

42、時(shí)，旋轉(zhuǎn)結(jié)束，機(jī)械手的腰部開始移動(dòng)。將腰部旋轉(zhuǎn)180并觸摸限位開關(guān)SQ4。當(dāng)旋轉(zhuǎn)結(jié)束時(shí)，吊桿開始移動(dòng)。將機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)180度，將第一塊瓷磚放入包裝箱1。手指吸盤斷開時(shí)，放下瓷磚1S。同時(shí)向PLC發(fā)送信號(hào)，前臂回縮一個(gè)位置。前臂縮回，直到行程開關(guān)SQ8被按下，縮回停止，腰部旋轉(zhuǎn)180度。重復(fù)步驟1)-5)。將機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)180度，將第二塊瓷磚放入包裝箱1中。手指吸盤斷開時(shí)，放下瓷磚1S。同時(shí)向PLC發(fā)送信號(hào)，前臂回縮一個(gè)位置。前臂縮回，直到行程開關(guān)SQ7被按下，縮回停止，腰部旋轉(zhuǎn)180度。重復(fù)步驟1)-5)。將機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)180度，將第三塊瓷磚放入包裝箱3中。手指吸盤斷開時(shí)，放下瓷磚1S。同時(shí)向PLC

43、發(fā)送信號(hào)，前臂回縮一個(gè)位置。前臂縮回，直到行程開關(guān)SQ6被按下，縮回停止，腰部旋轉(zhuǎn)180度。重復(fù)步驟1)-5)。將機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)180度，將第四塊瓷磚放入包裝箱4中。手指吸盤斷開時(shí)，放下瓷磚1S。同時(shí)向PLC發(fā)送信號(hào)，前臂回縮一個(gè)位置。前臂縮回，直到行程開關(guān)SQ6被按下，縮回停止，腰部旋轉(zhuǎn)180度。重復(fù)步驟1)-5)。將機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)180度，將第五塊瓷磚放入包裝箱5中。手指吸盤斷開時(shí)，放下瓷磚1S。同時(shí)向PLC發(fā)送信號(hào)，前臂回縮一個(gè)位置。前臂縮回，直到行程開關(guān)SQ5被按下，縮回停止，腰部旋轉(zhuǎn)180度。完成五塊瓷磚的包裝，一個(gè)工作循環(huán)完成。轉(zhuǎn)到下一個(gè)周期。機(jī)器人按上述順序包裝瓷磚。也就是瓷磚自動(dòng)包裝線

44、。瓷磚通過(guò)傳送帶送到機(jī)械手，由步進(jìn)控制。每當(dāng)機(jī)器人從傳送帶上取走一塊瓷磚時(shí)，傳送帶就向前邁一步，這會(huì)使機(jī)器人在下一個(gè)工作循環(huán)中取走瓷磚。當(dāng)機(jī)械手準(zhǔn)備下降時(shí)，為了保證安全，必須允許機(jī)械手在工作臺(tái)上沒(méi)有工件的情況下下降。也就是說(shuō)，如果上次搬運(yùn)到工作臺(tái)上的工件還沒(méi)有來(lái)，機(jī)械手要自動(dòng)停止下降，使用光電開關(guān)X008進(jìn)行無(wú)工件檢測(cè)。傳送帶由電機(jī)M1驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手腰部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由氣動(dòng)閥Y1和Y2控制，手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由氣動(dòng)閥Y3和Y4控制，機(jī)械手手指的離合由氣動(dòng)閥Y5控制，手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)分別由氣動(dòng)閥Y6、Y7、Y8、Y9和Y10控制。機(jī)械手的操作模式分為手動(dòng)操作模式和自動(dòng)操作模式。自動(dòng)運(yùn)行模式分為步進(jìn)、單循環(huán)和

45、連續(xù)運(yùn)行模式。手動(dòng)操作:按鈕操作用于分別控制機(jī)械手的每個(gè)動(dòng)作。例如，當(dāng)選擇手臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下按鈕時(shí)，操縱器手臂會(huì)旋轉(zhuǎn)。選擇接合/脫離動(dòng)作時(shí)按下開始按鈕，手指接合；按停止按鈕斷開手指。步進(jìn)操作:每按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步后會(huì)自動(dòng)停止。單循環(huán)操作:機(jī)械手從原點(diǎn)開始，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，機(jī)械手會(huì)自動(dòng)完成一個(gè)循環(huán)，然后停止。連續(xù)操作:機(jī)械手從原點(diǎn)啟動(dòng)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作會(huì)自動(dòng)連續(xù)周期性循環(huán)。如果在工作過(guò)程中按下停止按鈕，機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)，然后回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。5 PLC設(shè)計(jì)5.1 PLC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)和數(shù)字控制技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程控制

46、器的數(shù)量、型號(hào)和品種正以前所未有的速度發(fā)展。目前可變程序控制器的生產(chǎn)廠家很多，產(chǎn)品型號(hào)和規(guī)格數(shù)不勝數(shù)，但主要分為歐洲、日本和美國(guó)。在中國(guó)市場(chǎng)，歐洲代理西門子，日本代理三菱和歐姆龍，美國(guó)代理AB和GE。各大公司在中國(guó)都推出了自己的從微到大的系列產(chǎn)品。遺憾的是，國(guó)內(nèi)PLC始終沒(méi)有突破性發(fā)展，占據(jù)的市場(chǎng)份額很小。目前中國(guó)市場(chǎng)上最有競(jìng)爭(zhēng)力的西門子、三菱、歐姆龍、AB等公司推出的PLC都是從小到大的系列產(chǎn)品，可以滿足各種要求。5.2 PLC的硬件組成PLC的硬件組成類似于微型計(jì)算機(jī)，其主機(jī)由CPU板、存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)接口和電源組成?？膳鋫渚幊唐?、圖形顯示器、通信接口等外部設(shè)備。CPU也叫中央

47、處理器，由一個(gè)或幾個(gè)大規(guī)模集成電路芯片組成，相當(dāng)于人腦，是PLC的核心部分。CPU的功能是通過(guò)接口和軟件向系統(tǒng)各部分發(fā)送各種命令，同時(shí)對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行電路檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算、報(bào)警處理和邏輯判斷等。，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)PLC工作過(guò)程的控制；目前大多數(shù)小型PLC采用8位或16位單片機(jī)作為CPU。RAM是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，一般是CMOS類型，功耗很小。PLC中經(jīng)常使用鋰電池作為備份，斷電時(shí)程序不會(huì)丟失。ROM是只讀存儲(chǔ)器，里面固化了系統(tǒng)程序，用戶無(wú)法更改，也不會(huì)受到斷電的影響。EPROM是一種可擦除存儲(chǔ)器，用戶在寫入和擦除時(shí)使用專用的寫入器和擦除器非常不方便。EEPROM是一種電可擦除只讀存儲(chǔ)器，它的

48、程序可以由程序員寫入和擦除。I/O接口是輸入(in)/輸出(out)接口的縮寫，是PLC主機(jī)與被控對(duì)象進(jìn)行信息交換的紐帶。PLC通過(guò)I/O接口與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，PLC的輸入輸出信號(hào)有三種類型:開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。所有輸入輸出信號(hào)均采用光電隔離，大大增強(qiáng)了PLC的抗干擾能力。常見的輸出形式包括繼電器輸出、晶閘管(SSR)輸出和晶體管輸出。特點(diǎn):繼電器輸出類型:CPU驅(qū)動(dòng)繼電器線圈使觸點(diǎn)閉合，外接電源通過(guò)閉合的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)外接負(fù)載。它的開路漏電流為零，響應(yīng)時(shí)間慢(10ms左右)，能承載較大的外部負(fù)載；晶體管輸出型:CPU通過(guò)光耦開關(guān)晶體管控制外部DC負(fù)載，響應(yīng)時(shí)間快(約0.2ms)，外部負(fù)載?。?/p>

49、輸出可控硅:CPU通過(guò)光耦開關(guān)三端雙向可控硅控制外部交流負(fù)載，開路漏電流大，響應(yīng)時(shí)間快(約1ms)?？删幊炭刂葡到y(tǒng)是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)輸入元件、輸出執(zhí)行元件等組成。見PLC控制系統(tǒng)組成圖(以FX2 PLC為例)?？删幊炭刂葡到y(tǒng)可以在不改變系統(tǒng)硬件接線的情況下，通過(guò)改變PLC的用戶程序來(lái)改變被控對(duì)象的運(yùn)行方式，大大提高了控制系統(tǒng)的靈活性。5.3 PLC控制I/O分配詳情一般來(lái)說(shuō)，PLC的工作模式是一種連續(xù)循環(huán)的順序掃描模式，每次掃描所花費(fèi)的時(shí)間就成為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始，依次逐個(gè)執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束，然后返回

50、第一條指令開始新一輪掃描。PLC就是這樣重復(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，這些信息已經(jīng)連接到PLC的輸入端。PLC采集現(xiàn)場(chǎng)信息有兩種方式，即采集輸入信號(hào):集中采樣輸入模式。立即輸入方法。輸入/輸出分析對(duì)系統(tǒng)信號(hào)輸入/輸出要求的分析表明，所有系統(tǒng)I/O信號(hào)都是開/關(guān)的，其中:1)輸入信號(hào)為12個(gè)開關(guān)信號(hào)，分別是:啟動(dòng)、停止、連續(xù)/單循環(huán)選擇、手指下限、手指上限、大臂左極限、腰部右極限、小臂五極限、瓷磚吸引。2)輸出信號(hào)為12路開關(guān)量控制信號(hào)，分別為:送牌傳送帶A、手腕轉(zhuǎn)動(dòng)、手臂收縮、手臂伸展、手臂復(fù)位、手臂轉(zhuǎn)動(dòng)、腰部轉(zhuǎn)動(dòng)、抓牌、放牌。5.3.2用戶程序容量的估算根據(jù)系統(tǒng)控制要

51、求，一個(gè)工作循環(huán)分為11個(gè)工作步驟，每個(gè)工作步驟完成一些簡(jiǎn)單的動(dòng)作。因此，控制的程序估計(jì)很短，大約三百步。在綜合分析系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，綜合考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)指標(biāo)，選擇了三菱Micro PLC，本文選用FX1S-32MR-001型號(hào)。5.3.3安排所用部件的I/O端口和地址。機(jī)械手控制系統(tǒng)I/O地址表見表5-1。表5-1機(jī)械手PLC控制I/O地址表投入輸出設(shè)備碼地址號(hào)碼函數(shù)聲明設(shè)備碼地址號(hào)碼函數(shù)聲明SQ0X0無(wú)瓦檢測(cè)開關(guān)KM1Y1腕缸下旋轉(zhuǎn)SQ1X1手腕旋轉(zhuǎn)的上限平方公里Y2在腕缸上旋轉(zhuǎn)SQ2X2手腕旋轉(zhuǎn)的下限KM3Y3動(dòng)臂油缸外部旋轉(zhuǎn)SQ3X3大臂旋轉(zhuǎn)的外部極限KM4Y4動(dòng)臂油缸旋轉(zhuǎn)SQ4

52、X4手臂旋轉(zhuǎn)極限KM5Y5腰部圓柱向左旋轉(zhuǎn)SQ5X5腰部旋轉(zhuǎn)的左極限KM6Y6腰部圓柱的右旋轉(zhuǎn)SQ6X6腰部旋轉(zhuǎn)右極限KM7Y7手臂收縮2位置SQ7X7臂1限位開關(guān)KM8Y8手臂收縮3位置SQ8X8臂2限位開關(guān)KM9Y9前臂在位置4收縮。SQ9X9臂3限位開關(guān)KM10Y10前臂在5個(gè)位置收縮。SQ10X10臂4限位開關(guān)KM11Y11瓷磚SQ11X11臂5限位開關(guān)KM12Y12前臂被重置到位置1。0開關(guān)X12起動(dòng)按鈕M1(KM13)Y13傳送帶a正在運(yùn)行1個(gè)開關(guān)X13分步執(zhí)行百升Y14報(bào)警燈指示2開關(guān)X14循環(huán)執(zhí)行3開關(guān)X15緊急停止PLC輸入輸出電氣接線圖機(jī)械手的PLC I/O電氣接線圖如圖5

53、-1所示。12個(gè)接近開關(guān)SQ0SQ11和開關(guān)03分別接X(jué)0X11、X12、X13、X14、X15的16路輸入，輸出Y1y10和Y12分別接KM1KM10和KM12中間繼電器；Y11與電磁鐵YC連接；報(bào)警指示燈連接到Y(jié)14。PLC輸出信號(hào)通過(guò)中間繼電器控制電磁閥的通斷，從而控制氣流回路來(lái)控制機(jī)械手的位置和動(dòng)作。手指對(duì)瓷磚的接合/脫離由電磁體控制。同時(shí)，當(dāng)發(fā)生誤操作時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)并輸出報(bào)警燈HL。圖5-1 PLC的電氣接線圖軟件設(shè)計(jì)控制流程圖根據(jù)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程序控制步驟圖說(shuō)明列表根據(jù)梯形圖可以得到控

54、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)操作碼一個(gè)致死劑量M800234設(shè)置S2474直接成像X52設(shè)置S036標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S2475在外Y5四標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S037直接成像X276和X5五致死劑量X138犀鵑Y277在外T7K10六和X539在外Y280致死劑量T7七和X240奧里博卡病毒X281設(shè)置S29八和X441在外T3K1083標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S29九和X9四十四致死劑量T384設(shè)置Y410設(shè)置S2045設(shè)置S25八十五直接成像X00012標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S2046直接成像X386在外T8K1013設(shè)置Y1047犀鵑Y3八十九致死劑量T814設(shè)置Y448奧里博卡病毒X39

55、0設(shè)置S3015致死劑量X1四十九個(gè)在外T4K1092標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S3016設(shè)置S21五十二個(gè)致死劑量T493直接成像X617直接成像X053設(shè)置S2694在外Y618在外Y154直接成像X295在外T9K1019運(yùn)籌學(xué)X055犀鵑Y296致死劑量T920在外T0K10五十六歲在外Y297設(shè)置S3123設(shè)置S2257奧里博卡病毒X2100標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S3124設(shè)置Y458在外T5K10101設(shè)置Y425直接成像X061致死劑量T5102直接成像X00026在外一種網(wǎng)絡(luò)的名稱(傳輸率可達(dá)1.54mbps)K1062設(shè)置S27103在外T10K1027致死劑量一種網(wǎng)絡(luò)的名稱(傳輸率可達(dá)1.54mbps

56、)64標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S27106致死劑量T1028設(shè)置S2365設(shè)置Y4107設(shè)置S3229致死劑量X066直接成像X000109標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S3230在外Y167在外T6K10110直接成像X731運(yùn)籌學(xué)X070致死劑量T6111在外Y732在外T2K1071設(shè)置S28112致死劑量X733致死劑量T273標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S28113在外T11K10114致死劑量T11135標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S35155直接成像X0115設(shè)置S33136設(shè)置Y4156在外Y1117標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S33137直接成像X000157運(yùn)籌學(xué)X0118設(shè)置Y4138在外T14K10158在外T16K10119直接成像X000141致死劑量

57、T14161設(shè)置S38120在外T12K10142設(shè)置S34163標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S38123設(shè)置S34144標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S34164直接成像X3125標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S34145直接成像X9165犀鵑Y3126直接成像X8146在外Y9166在外Y3127在外Y8147致死劑量X9167奧里博卡病毒X3128致死劑量X8148在外T15K10168在外T17K10129在外T13K10151致死劑量T15171設(shè)置S39132致死劑量T13152設(shè)置S37172英特爾的快速儲(chǔ)存技術(shù)X13133設(shè)置S35154標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)S37173在外T18K10176致死劑量T18177和X11178設(shè)置S20179和X

58、10一百八設(shè)置S0181結(jié)束6典型電路6.1主電路設(shè)計(jì)主電路電磁閥、接觸器、自動(dòng)空氣開關(guān)和熱繼電器控制。電路圖如圖6-1所示。圖6-1電磁閥驅(qū)動(dòng)電路6.2手動(dòng)啟動(dòng)電磁閥電路點(diǎn)動(dòng)按鈕、接觸器線圈、熱繼電器觸點(diǎn)以及可能的輔助繼電器和保險(xiǎn)絲的控制電路如圖6-2所示。圖6-2點(diǎn)動(dòng)控制電路6.3氣動(dòng)回路圖雙控?fù)Q向閥能保證電氣系統(tǒng)故障時(shí)機(jī)械手的動(dòng)作不會(huì)改變。氣缸靠電磁閥運(yùn)動(dòng)，向左運(yùn)動(dòng)和向右運(yùn)動(dòng)分別是進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速和排氣節(jié)流調(diào)速。三位五通閥可以旋轉(zhuǎn)手臂，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)定位。減壓閥可以精確調(diào)節(jié)手指的夾緊力，防止工件或手指在夾緊時(shí)受到損傷。兩個(gè)快速排氣閥不僅可以加快氣缸的啟動(dòng)速度，還可以加快整個(gè)過(guò)程。各缸到位信號(hào)由磁開

59、關(guān)產(chǎn)生，PC控制器檢測(cè)到信號(hào)后控制電磁閥做出下一步動(dòng)作。電路圖如圖6-3所示:圖6-3氣動(dòng)控制機(jī)械手回路圖7部件的選擇7.1 PLC的選擇近年來(lái)，PLC廠商不斷推出體積更小、功能更強(qiáng)的PLC，更新?lián)Q代的周期越來(lái)越短。比如三菱的小型PLC FX系列，先后推出了FX2、FX0S、FX0N、FX2N、FX2NC、FX1S、FX1N系列，性價(jià)比越來(lái)越高。在本次設(shè)計(jì)中，我選擇了FX2系列作為PLC在壓坯機(jī)電路中應(yīng)用的主要產(chǎn)品。FX2系列產(chǎn)品的單元類型非常緊湊，所有電路都放在一個(gè)模塊中，形成一個(gè)整體。該產(chǎn)品體積小，成本低，安裝方便。因?yàn)閱蝹€(gè)單元包含CPU板、輸入板、輸出板、電源板等。，單個(gè)單位的投入和產(chǎn)出

60、之間存在一定的比例關(guān)系。FX2系列主機(jī)的輸入輸出為1: 1。我們可以在后面看到，我選擇的三菱FX2-32MT有16個(gè)輸入和輸出，它還有一個(gè)擴(kuò)展模塊，最大I/O點(diǎn)數(shù)為16。值得注意的是，最新發(fā)展的小型可編程控制器的結(jié)構(gòu)也開始吸收模塊化結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，各種不同點(diǎn)的可編程控制器被做成高度相同長(zhǎng)度不同的模塊。這些模塊共同組成一個(gè)長(zhǎng)方體，有利于節(jié)約成本。根據(jù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)控制順序圖，整個(gè)系統(tǒng)有16路開關(guān)量輸出和13路開關(guān)量輸入。根據(jù)系統(tǒng)要求的輸出輸入I/O點(diǎn)，我選擇了三菱FX2-32MT小型可編程控制器。三菱FX2-32MT有32條I/O總線和16個(gè)擴(kuò)展I/O點(diǎn)，包括16個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。輸入電壓為DC