基于PLC的机械手控制系统设计3doc.doc
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1、基于PLC的机械手控制系统设计3【实用文档】doc文档可直接使用可编辑,欢迎下载目录摘要 ABSRACT 第1章绪论11。1课题背景1.2研究目的及意义213国内外研究现状2第2章方案设计421P的分类42。2 PLC的结构及基本配置2。3 PLC的选择2. 机械手的分类和选择9第3章硬件设计103.1 L控制机械手设计步骤13。2 系统控制示意图103。3 确定输入输出113。4输入和输出点分配表13。 LC控制机械手接线图12第4章软件设计134。1 PLC概述14。软件系统3.3 PLC的编程语言的基本指令系统和编程方法14.4欧姆龙XPogrmm编程软件144。 PC控制机械手的流程图
2、5结论致谢1参考文献18附录第1章绪论随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快,人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善,更加促进了机械手的发展,使得机械手能更好地实现与机械化和自动化地结合.机械手一般由耐高温,抗腐蚀的材料制成,以适应现场恶劣的环境,大大降低了工人的劳动强度,提高了工作效率.机械手的广泛使用,不仅可以提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,有着十分重要的意义.1。1课题背景可编程控制器(简称PC)是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境
3、应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Pogrammbl Loic Cotrller,PC)取代传统继电器控制装置以来,L得到了快速发展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PL的功能也不断完善.随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PL不再局限于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。通用P
4、LC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器,但PL相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器,现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器PL具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料:在工业控制领域中,P控制技术的应用必将形成世界潮流.工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力
5、,在国民经济各领域有着广阔的发展前景。PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展,世界范围内的PLC控制器年增长率保持为2%30。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC控制器市场容量基数的不断扩大,近年来PL在工业发达国家的增长速度放缓。但是,在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料,2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右,在自动化领域占据着十分重要的位置。近10年来,随着P控制器价格的不断降低和用户需求的不断扩大,越来越多的中小设备开始采用L控制器进行控制,LC控制器在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内PLC控制
6、器在我国仍将保持高速增长势头。.研究目的及意义二十一世纪,PLC控制器会有更大的发展。从技术上看,计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展;从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更齐全,完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。 LC控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型
7、的机械或生产过程.PC控制器已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活,易学易用、体积小,重量轻,价格便宜的特点.随着工业的高速发展,机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要,已经在工业生产中得到了广泛的应用。它可以搬运货物、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动,实现生产的机械化和自动化;并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全,被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门.适应工业需要,本课题试图开发P对物料分拣机械手的控制,并借助必要的精密传感器,使其能够对
8、不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣,动作灵活多样,适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产,广泛应用于柔性生产线。采用LC控制,是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置,可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业,并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时,可以允许方便的改动或重新设计其新部件,而对于位置改变时,只要重新编程,并能很快地投产,降低安装和转换工作的费用.3国内外研究现状目前,随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展,LC已由最初一位机发展到现在的以1位和3位微处理器构成的微机化PC,而且实现了多处理器的多通道处理。如今,PLC技术已非常成熟,不仅控
9、制功能增强,功耗和体积减小,成本下降,可靠性提高,编程和故障检测更为灵活方便,而且随着远程O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展,使PL向用于连续生产过程控制的方向发展,成为实现工业生产自动化的一大支柱。现在,世界上有200多家PLC生产厂家,400多品种的PLC产品,按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品,各流派PLC产品都各具特色.其中,美国是P生产大国,有100多家PLC厂商,著名的有B公司、通用电气(GE)公司、莫迪康(MOON)公司.欧洲PL产品主要制造商有德国的西门子(IEMN)公司、A公司、法国的E公司.日本有许多PLC制造商,如三菱、欧姆龙、松下、富士等,韩国的三星(S
10、AUNG)、LG等,这些生产厂家的产品占有80%以上的L市场份额。经过多年的发展,国内C生产厂家约有三十家,国内PC应用市场仍然以国外产品为主.国内公司在开展LC业务时有较大的竞争优势,如:需求优势、产品定制优势、成本优势、服务优势、响应速度优势。二十世纪四十年代后期,美国在原子能实验中,首先采用机械手搬运放射性材料,人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。年代以后,机械手逐步推广到工业生产部门,用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料,也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用,完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是
11、用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有个自由度 。自由度是机械手设计的关键参数。自由 度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专用机械手有3个自由度。机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制
12、和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。第章 方案设计对于机械手的控制系统可以采用多种方式,如继电器控制、单片机控制、PL控制等.PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料:在工业控制领域中,PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。由于此明确指定采用PLC可编程控制器控制实现,所以,不用我们去考虑控制硬件方案,只是要对PLC进行比较选择。2。1 PLC
13、的分类1、按控制规模分控制规模主要指控制开关量的入、出点数及控制模拟量的模入、模出,或两者兼而有之(闭路系统)的路数。但主要以开关量计.模拟量的路数可折算成开关量的点,大致一路相当于816点。依这个点数,PLC大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。微型机控制点仅几十点,如德维森公司的V80系列PLC本体从6点到40点,MRN公司的CPM1A系列C,西门子的Logo仅1点。小型机控制点可达10多点。如如德维森公司的V80系列PL可扩展到256点,ORON公司的C60可达4点,1达2点。德国西门子公司的S7-20机可达6点。中型机控制点数可达近500点,以至于千点。如德维森公司的PP
14、C11系列可扩展到124点,OMRON公司C20H机普通配置最多可达700多点,200Ha机则可达1000多点。德国西门子公司的7300机最多可达12点。大型机:控制点数一般在1000点以上。如如德维森公司的PC2系列可扩展到08点,OMRON公司的C100、CV100,当地配置可达1024点。C20、CV00当地配置可达248点.超大型机:控制点数可达万点,以至于几万点.如美国GE公司的90-0机,其点数可达0点,另外还可有8000路的模拟量。再如美国莫迪康公司的PC-E98475机,其开关量具总数为k(32768),模拟量有28路。西门子的SS115UPU945,其开关量总点数可达8,另外
15、还可有51路模拟量。等等。以上这种划分是不严格的,只是大致的,目的是便于系统的配置及使用。一般讲,根据实际的I/O点数,凡落在上述不同范围者,选用相应的机型,性能价格比必然要高;相反,肯定要差些。自然,也有特殊情况。如控制点数不是非常之多,不是非用大型机不可,但因大型机的特殊控制单元多,可进行热备配置,因而采用了大型机。、按结构划分PLC可分为箱体式及模块式两大类。微型机、小型机多为箱体式的,但从发展趋势看,小型机也逐渐发展成模块式的了.如MON公司,原来小型机都是箱体式,现在的CQM则为模块式的。箱体的PLC把电源、CPU、内存、I/O系统都集成在一个小箱体内。一个主机箱体就是一台完整的PL
16、C,就可用以实现控制。控制点数不符需要,可再接扩展箱体,由主箱体及若干扩展箱体组成较大的系统,以实现对较多点数的控制。模块式的P是按功能分成若干模块,如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等等。大型机的模块功能更单一一些,因而模块的种类也相对多些.这也可说是趋势。目前一些中型机,其模块的功能也趋于单一,种类也在增乡。如同样OMRON公司C系列PLC,机的CPU单元就含有电源,而Ha机则把电源分出,有单独的电源模块。模块功能更单一、品种更多,可便于系统配置,使PL更能物尽其用,达到更高的使用效益.由模块联结成系统有三种方法:无底板,靠模块间接口直接相联,然后再固定到相应导轨上.德维森公司的V
17、0系列LC就是这种结构,比较紧凑.有底板,所有模块都固定在底板上。如德维森公司的PC11、PC2和PC系列PLC,OMRON公司的C200a机,CV200等中、大型机就是这种结构。它比较牢固,但底板的槽数是固定的,如3、5、8、1槽等等。槽数与实际的模块数不一定相等,配置时难免有空槽。这既浪费,又多占空间,还得占空单元把多余的槽作填补.用机架代替底板,所有模块都固定在机架上。这种结构比底板式的复杂,但更牢靠。一些特大型的LC用的多为这种结构。我的手机10:4:14 3、按生产厂家分目前生产PLC的厂家较多。但能配套生产,大、中、小、微型均能生产的不算太多。较有影响的,在中国市场占有较大份额的公
18、司有:德国西门子公司:它有S系列的产品.有5-9U、100U、115、135及155U。13U、15U为大型机,控制点数可达0多点,模拟量可达300多路。最近还推出S7系列机,有S70(小型)、S30(中型)及S7-400机(大型)。性能比S5大有提高.日本OMO公司:它有CM型机,P型机,H型机,QM1、CVM、CV型机,Ha型、F型机等,大、中、小、微均有,特别在中、小、微方面更具特长,在中国及世界市场,都占有相当的份额.日本三菱公司的LC也是较早推到我国来的。其小型机F前期在国内用得很多,后又推出FX2机,性能有很大提高。它的中、大型机为A系列。AI、AZC、3A等。日本日立公司也生产P
19、LC,其E系列为箱体式的。基本箱体有E20、E-28、E40、E4。其I/O点数分别为12/8、6/12、241及40/4。另外,还有扩展箱体,规格与主箱体相同其EM系列为模块式的,可在6160之间组合。日本东芝公司也生产PLC,其EX小型机及EXPUS小型机在国内也用得很多。它的编程语言是梯形图,其专用的编程器用梯形图语言编程。另外,还有EX00系列模块式PLC,点数较多,也是用梯形图语言编程。日本松下公司也生产C。FP系列为小型机,结构也是箱体式的,尺寸紧凑。FP为模块式的,控制规模也较大,工作速度也很快,执行基本指令仅0l微秒。日本富士公司也有LC。其NB系列为箱体式的,小型机。S系列为
20、模块式。美国GE公司、日本FANA合资的GEFNAC的900机也是很吸引人的.据介绍。它具有5个特点。诸如,用软设定代硬设定,结构化编程,多种编程语言,等等。它有914、1/82、7/772、731732等多种型号。另外,还有中型机030系列,其型号有34、331、33、31多种;还有92系列小型机,型号为11。美国施奈德公司(莫迪康)的984机也是很有名的。其中E98-75可安31个远程站点,总控制规模可达655点。小的为紧凑型的,如984-120,控制点数为56点,在最大与最小之间,共20多个型号。最近又推出ido系列LC,有10、6、20、24、40点几种规格。美国B(linadle)公
21、司创建于103年,在世界各地有20多个附属机构,10多个生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。它的PL5系列是很有名的,其下有PC5/10,5/1,LC250多种型号.另外,它也有微型PC,有ContoLgx系列和S0系列。有三种配置,20、30及0/O配置选择,IO点数分别为12/8、18及24/6三种。美国PM公司的IP612系列机,由于自带模拟量控制功能,自带通讯口,集成度又非常之高,虽点数不多,仅16入,12出,但性价比还是高的,很适合于系统不大,但又有模拟量需控制的场合.新出的lP3416机,IO点数扩大到34入、12出,而且还自带一个简易小编程器,性能又有改进.国内PLC厂家近年
22、来发展较快,目前有几家国产PLC厂商则是齐头并进,但大多规模不大。比较有影响的有:深圳德维森、深圳艾默生、无锡光洋、无锡信捷、北京和利时、北京凯迪恩、北京安控、黄石科威、洛阳易达、浙大中控、浙大中自、南京冠德、兰州全志等.如,德维森公司自主研发生产了多种型号与规格的PC,有V80、PPC11、PPC和PP31等几个系列,产品种类齐全,性能稳定可靠,在性价比上有较大的优势。和利时公司的FOPL系列和自主研发的G3系列,凭借公司在工程领域的实力,已逐步向工控中多个领域迈进.国产LC从技术方面来讲,差距已逐步缩小,市场方面则要一点一点去争,相信国产LC凭借其自身的技术实力和本地化的技术服务能力以一个
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