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/目錄1引言52設(shè)計(jì)目的及主要內(nèi)容62.1設(shè)計(jì)目的42.2.主要內(nèi)容43氣動(dòng)機(jī)械手的操作要求及功能43.1.操作要求43.2操作功能54PLC及機(jī)械手的選擇和論證64.1PLC64.1.1PLC簡(jiǎn)介64.1.2PLC的結(jié)構(gòu)及基本配置64.1.3PLC的選擇及論證.74.2機(jī)械手74.2.1機(jī)械手簡(jiǎn)介74.2.2機(jī)械手的選擇85硬件電路設(shè)計(jì)及描述85.1操作方式85.2PLC的I/O分配接線96軟件電路設(shè)計(jì)及描述106.1機(jī)械手的操作系統(tǒng)程序106.2回原位程序106.3手動(dòng)單步操作程序116.4自動(dòng)操作程序126.5機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖126.6指令語句表137心得體會(huì)15參考文獻(xiàn)161引言在現(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。但在機(jī)械工業(yè)中,加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。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。據(jù)資料介紹,美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中,有75%是小批量生產(chǎn),金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三有50件以下,零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里看出,裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性,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。并且在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi),由于工作的需要,人們經(jīng)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(dòng)強(qiáng)度,甚至于危及生命。自從機(jī)械手問世以來,相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體,動(dòng)作靈活多樣,適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn),廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。機(jī)械手一般由耐高溫,抗腐蝕的材料制成,以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境,大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了工作效率。可編程控制器是繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制出上開發(fā)的產(chǎn)品,逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。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)。無論進(jìn)行時(shí)間控制還是控制或混合控制,都可以通過設(shè)置plc的程序?qū)崿F(xiàn)??梢愿鶕?jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序改變程序,是機(jī)械手通用性更好。采用氣壓傳動(dòng),動(dòng)作迅速,反應(yīng)靈敏,能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù),便于自動(dòng)控制。工作環(huán)境適應(yīng)性好。阻力損失和泄露減少。不會(huì)污染環(huán)境,造價(jià)低。在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上,在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電子產(chǎn)品的裝配流水線上,不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪,還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住,運(yùn)送到指定目標(biāo)位置氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工,食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等。2設(shè)計(jì)目的及主要內(nèi)容2.1設(shè)計(jì)目的1、培養(yǎng)plc設(shè)計(jì)能力;2、擴(kuò)展知識(shí)結(jié)構(gòu);3、培養(yǎng)綜合運(yùn)用能力;4、是課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充。通過本次課程設(shè)計(jì),進(jìn)一步加強(qiáng)自己對(duì)機(jī)械手和PLC的認(rèn)識(shí),以及它們?cè)谏钪袕V泛應(yīng)用。2.2主要內(nèi)容1.正確選用機(jī)械手和PLC類2.繪制I/O分配3.設(shè)計(jì)梯形圖4.指令語句5.模擬調(diào)試3氣動(dòng)機(jī)械手的操作要求及功能3.1操作要求氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作示意圖如圖1所示,氣動(dòng)機(jī)械手的功能是將工件從A處移送到B處。控制要求為:1、氣動(dòng)機(jī)械手的升降和左右移行分別由不同的雙線圈電磁閥來實(shí)現(xiàn),電磁閥線圈失電時(shí)能保持原來的狀態(tài),必須驅(qū)動(dòng)反向的線圈才能反向運(yùn)動(dòng);2、上升、下降的電磁閥線圈分別為Q0.0、Q0.2;右行、左行的電磁閥線圈為Q0.3、Q0.4;3、機(jī)械手的夾鉗由單線圈電磁閥Q0.1來實(shí)現(xiàn),線圈通電時(shí)夾緊工件,線圈斷電時(shí)松開工件;4、機(jī)械手的夾鉗的松開、夾緊通過延1S實(shí)現(xiàn);5、機(jī)械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程開關(guān)I1.0、I0.5、I1.1、I0.6來實(shí)現(xiàn);3.2操作功能機(jī)械手的操作面板如圖2所示。機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、回原位、單步、單周期和連續(xù)等五種工作方式。1、手動(dòng)工作方式時(shí),用各按鈕的點(diǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作;2、連續(xù)工作方式時(shí),機(jī)械手在原位,只要按下啟動(dòng)安鈕,機(jī)械手就會(huì)連續(xù)循環(huán)工作,直到按下停止安鈕;3、單步工作方式時(shí),每按下一次啟動(dòng)安鈕,機(jī)械手向前執(zhí)行一步;4、單周期工作方式時(shí),每按下一次啟動(dòng)安鈕,機(jī)械手只運(yùn)行一個(gè)周期;5、傳送工件時(shí),機(jī)械手必須升到最高點(diǎn)才能左右移動(dòng),以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)碰到其他工件;6、出現(xiàn)緊急情況,按下緊急停車按鈕時(shí),機(jī)械手停止所有的操作。4PLC及機(jī)械手的選擇和論證4.1PLC4.1.1P可編程控制器〔簡(jiǎn)稱PLC:是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(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(jiǎn)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。4.1.2P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。CPU:PLC中的CPU是PLC的核心,起神經(jīng)中樞的作用,每臺(tái)PLC至少有一個(gè)CPU。與通用計(jì)算機(jī)一樣,主要由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成,還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù),是PLC不可缺少的組成單元。存儲(chǔ)器:可編程序控制器的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。I/O模塊:PLC的對(duì)外功能,主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的。電源模塊:有些PLC中的電源,是與CPU模塊合二為一的,有些是分開的,其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí),有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有:交流電源,加的為交流220VAC或110VAC,直流電源,加的為直流電壓,常用的為24V。PLC的外部設(shè)備:外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分,它有四大類1.編程設(shè)備2.監(jiān)控設(shè)備3.存儲(chǔ)設(shè)備.4.輸入輸出設(shè)備.4.2機(jī)械手4.2.1mechanicalhand也被稱為自動(dòng)手,autohand能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能,用以按固定程序抓取、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、輕工和原子能等部門。機(jī)械手簡(jiǎn)述:機(jī)械手的形式是多種多樣的,有的較為簡(jiǎn)單,有的較為復(fù)雜,但基本的組成形式是相同的,一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu),由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)構(gòu),用來夾緊和松開工件,與人的手指相仿,能完成人手的類似動(dòng)作。手腕是連接手指與手臂的元件,可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動(dòng)作。支柱用來支撐手臂,也可以根據(jù)需要做成移動(dòng)。2.傳動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要由傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。常用機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)分機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電力傳動(dòng)等幾種形式。3.控制系統(tǒng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方向、位置、速度進(jìn)行動(dòng)作,簡(jiǎn)單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng),只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制,使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動(dòng)作.動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。4.2.2由于機(jī)械手是在搬運(yùn)中的應(yīng)用,所以采用傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機(jī)械手類型。此機(jī)械手易于操作,性能可靠。并且根據(jù)要求,我們?cè)O(shè)計(jì)的是氣動(dòng)機(jī)械式。5硬件電路設(shè)計(jì)及描述5.1操作方式設(shè)備的操作方式一般可分為手動(dòng)和自動(dòng)兩大類,手動(dòng)操作方式主要用于設(shè)備的調(diào)整,自動(dòng)操作方式用于設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。手動(dòng)操作方式手動(dòng)操作:用單個(gè)按鈕接通或斷開各自對(duì)應(yīng)的負(fù)載。自動(dòng)操作方式單步運(yùn)行:每按一次啟動(dòng)按鈕,設(shè)備前進(jìn)一個(gè)工步。單周期運(yùn)行:在原點(diǎn)位置時(shí),按下啟動(dòng)按鈕設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行一個(gè)周期后停止原位;途中按下停止按鈕,設(shè)備停止運(yùn)行;再按下啟動(dòng)按鈕時(shí),設(shè)備從斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行,直到原位停止。連續(xù)運(yùn)行:在原點(diǎn)位置按下啟動(dòng)按鈕,設(shè)備按既定工序連續(xù)反復(fù)運(yùn)行。中途按下停止按鈕,設(shè)備運(yùn)行到原位停止。5.2PLC的I/O分配接線I/O分配及接線圖I6軟件電路設(shè)計(jì)及描述6.1主程序設(shè)計(jì)主程序是整個(gè)程序的開始,系統(tǒng)讀取的時(shí)候一定從主程序開始,至于之后需執(zhí)行哪個(gè)子程序,都在主程序中體現(xiàn)。SM0.0的常開觸點(diǎn)一直閉合,鏈接公用程序,公用程序是無條件執(zhí)行的;在手動(dòng)控制方式中,I2.0為ON時(shí),其常開觸點(diǎn)閉合,執(zhí)行"手動(dòng)"子程序;在回原點(diǎn)控制方式中,I2.1為ON時(shí),其常開觸點(diǎn)閉合,執(zhí)行"回原點(diǎn)"子程序;在單步、單周期和連續(xù)控制方式中,I2.2、I2.3、I2.4并聯(lián),其中任何一個(gè)為ON時(shí),執(zhí)行"自動(dòng)"子程序。主程序梯形圖為:圖2-1主程序梯形圖圖2-1主程序梯形圖6.2公用程序設(shè)計(jì)公用程序用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù),以及不同的工作方式之間相互切換的處理。左限位開關(guān)I0.4、上限位開關(guān)I0.2的常開觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開的Q0.1的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)接通時(shí),"原點(diǎn)條件"M0.5變?yōu)镺N,機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài),在開始執(zhí)行用戶程序、系統(tǒng)處于手動(dòng)或自動(dòng)回原點(diǎn)狀態(tài)時(shí),初始步對(duì)應(yīng)的M0.0將被置位,為進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式作好準(zhǔn)備。若M0.5為OFF狀態(tài),M0.0被復(fù)位,初始步為不活動(dòng)步,按下啟動(dòng)按鈕也不能進(jìn)入步M2.0,系統(tǒng)不能在單步、單周期和連續(xù)工作方式下工作。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式和回原點(diǎn)方式時(shí),必須將單步、單周期以及連續(xù)工作方式程序中,除初始步以外的各步對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器位〔M2.0~M2.7復(fù)位,否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式,然后又返回自動(dòng)工作方式時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)部的異常情況,引起錯(cuò)誤的動(dòng)作。如果不是回原點(diǎn)方式,I2.1的常閉觸點(diǎn)閉合,代表回原點(diǎn)中的各步M1.0~M1.5復(fù)位。在非連續(xù)方式,I2.4的常閉觸點(diǎn)閉合,表示連續(xù)工作狀態(tài)的標(biāo)志M0.7復(fù)位。公用程序梯形圖為:圖2-2公用程序梯形圖圖2-2公用程序梯形圖6.3手動(dòng)程序設(shè)計(jì)在手動(dòng)程序中,為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行,設(shè)置了上升與下降之間、左行與右行之間的互鎖,防止功能相反的兩個(gè)輸出同時(shí)為ON;限位開關(guān)I1.2的常開觸點(diǎn)閉合使得輸出Q0.1置位得電,表示工件已夾緊;當(dāng)左限位開關(guān)或右限位開關(guān)的常開觸點(diǎn)閉合同時(shí)限位開關(guān)I0.7常開觸點(diǎn)閉合時(shí),輸出Q0.1復(fù)位失電,表示工件已松開;I0.1~I0.4的常閉觸點(diǎn),限制機(jī)械手移動(dòng)的范圍;上限位開關(guān)I0.2的常開觸點(diǎn)與控制左右行的Q0.4和Q0.3的線圈串聯(lián),機(jī)械手升到最高位置才能左右移動(dòng),以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)與別的物體碰撞;只允許機(jī)械手在最左邊或最右邊時(shí)上升、下降和松開工件。手動(dòng)程序梯形圖為:圖2-3手動(dòng)程序梯形圖6.4自動(dòng)程序設(shè)計(jì)自動(dòng)程序〔包括單步、單周期和連續(xù)采用起保停電路控制。單周期、連續(xù)和單步工作方式主要用"連續(xù)"標(biāo)志M0.7和"轉(zhuǎn)換允許"標(biāo)志M0.6來區(qū)分,M0.0表示初始步,M2.0~M2.7分別表示下降、夾緊、上升、右行、下降,松開、上升、左行標(biāo)志。當(dāng)系統(tǒng)處于單步工作狀態(tài)時(shí),I2.2常閉觸點(diǎn)斷開,只有在每按下一次啟動(dòng)按鈕I2.6,M0.6才能得電一個(gè)掃描周期,程序執(zhí)行一步,以此來實(shí)現(xiàn)單步執(zhí)行,此時(shí)轉(zhuǎn)換不允許。當(dāng)系統(tǒng)處于連續(xù)工作狀態(tài)時(shí),M0.6始終得電,按下啟動(dòng)按鈕I2.6后同時(shí)未按停止按鈕I2.7之前,"連續(xù)"標(biāo)志M0.7始終得電,系統(tǒng)首先通過M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得電,進(jìn)而開始程序執(zhí)行,由于M0.7始終得電,其常閉觸點(diǎn)斷開,使得程序執(zhí)行完一個(gè)周期后不在進(jìn)入初始步M0.0,而是直接進(jìn)入M2.0,開始了下一個(gè)周期的執(zhí)行,以此來實(shí)現(xiàn)連續(xù)執(zhí)行。當(dāng)系統(tǒng)處于單周期工作狀態(tài)時(shí),M0.7不得電,M0.6得電,按下啟動(dòng)按鈕I2.6后系統(tǒng)也是首先通過M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得電,進(jìn)而開始程序執(zhí)行,由于M0.7不得電,其常閉觸點(diǎn)閉合,當(dāng)程序執(zhí)行完一個(gè)周期后,返回初始步M0.0,此時(shí)程序再要執(zhí)行必須重新按下啟動(dòng)按鈕I2.6,以此來實(shí)現(xiàn)單周期執(zhí)行。自動(dòng)程序梯形圖見附錄1。6.5自動(dòng)回原點(diǎn)程序設(shè)計(jì)自動(dòng)回原點(diǎn)程序用起保停電路設(shè)計(jì)。在此工作方式下,I2.1為ON,按下啟動(dòng)按鈕I2.6后,機(jī)械手可能處于三種情況下,應(yīng)分別處理。Q0.1為0狀態(tài),即機(jī)械手處于松開狀態(tài),應(yīng)直接返回原點(diǎn)應(yīng)進(jìn)入上升步M1.4或左行步M1.5;若Q0.1

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