基于PLC的工业机械手控制系统设计Copy样本.doc
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1、中南大学网络教诲学院专科毕业大作业学习中心: 专业:学生姓名: 学号:评估成绩: 评阅教师:摘 要机械手是工业自动化领域中经常遇到一种控制对象。近年来随着工业自动化发展机械手逐渐成为一门新兴学科,并得到了较快发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、搬运、喷漆、热解决等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣劳动环境中,机械手由于其明显长处而受到特别注重。总之,机械手是提高劳动生产率,改进劳动条件,减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化一种重要手段。本设计实现了机械手在搬运装配线上,通过S7-200PLC控制机械手完毕从A传送带搬运物件至B传送带中,然后进入下一
2、种工作流程。机械手上升/下降和左转/右转执行,分别由双线圈二位电磁阀控制气缸运动实现;夹紧/放松则是由单线圈二位电磁阀控制气缸运动实现。【核心词】机械手;PLC;电磁阀 目 录第1章 绪 论11.1 综合训练目和意义11.2 综合训练研究内容1第2章 机械手和PLC22.1 机械手22.1.1 机械手概述22.1.2 机械手应用22.1.3 机械手应用意义32.2 PLC42.2.1 PLC基本概念42.2.2 PLC构成42.2.3 PLC重要特点62.2.4 PLC工作原理72.2.5 PLC应用领域7第3章 机械手控制系统设计93.1 机械手控制系统构件概述93.2 系统控制对象及工艺过
3、程103.3 控制规定123.4 方案选取及系统配备123.5 PLC硬件设计133.5.1 PLC选型133.5.2 I/O资源配备143.5.3 PLC接线图153.6 系统软件设计163.6.1 顺序功能图163.6.2 全程序OB1183.6.3 公用程序193.6.4 手动程序203.6.5 自动程序213.6.6 回原点程序26第4章 系统程序调试294.1 控制系统程序调试环节294-2 调试过程中注意事项294-3 系统中调试成果29第五章 结束语32 参照文献33 道谢34第1章 绪 论1.1 综合训练目和意义由于自动化可以节约大量人力、物力等,而PLC也具备其她控制方式所不
4、具备特殊优越性,如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程办法简朴易学,因而工业领域中广泛应用PLC。机械手在美国、加拿大等国家应用较多,如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。国内自动化水平自身比较低,因而用PLC来控制机械手还比较少。本次课题设计机械手就是通过PLC来实现自动化控制。通过本次设计可以更进一步学习PLC有关知识,理解世界先进水平,尽量多应用于实践。1.2 课题研究内容本综合训练研究是基于PLC机械手模型控制系统设计,涉及硬件设计和软件设计。通过设计编写PLC程序实现机械手模型控制系统自动控制。第2章 机械手和PLC2.1 机械手2.1.1 机械手概述它能模仿人
5、手和臂某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具自动操作装置。它可代替人繁重劳动以实现生产机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手重要由手部、运动机构和控制系统三大某些构成。手部是用来抓持工件(或工具)部件,依照被抓持物件形状、尺寸、重量、材料和作业规定而有各种构造形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完毕各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定动作,变化被抓持物件位置和姿势。运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位物体,需有6个自由度。自由度是机械手
6、设计核心参数。自由度越多,机械手灵活性越大,通用性越广,其构造也越复杂。普通专用机械手有23个自由度。机械手通惯用作机床或其她机器附加装置,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,普通没有独立控制装置。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主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中应用能进一步发展锻造设备生产能力,改进热、累等劳动条件。2.1.2 机械手应用在当代工业中,生产过程机械化、自动化已成为突出主题。在机械工业中,加工、装配等生产是不持续。专用机床是大批量生产自动化有效办法,程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量
7、生产自动化重要办法。但除切削加工自身外,尚有大量装卸、搬运、装配等作业,有待于进一步实现机械化。据资料简介,美国生产所有工业零件中,有75是小批量生产;金属加工生产批量中有四分之三在50件如下,零件真正在机床上加工时间仅占零件生产时间5。从这里可看出,装卸、搬运等工序机械化迫切性,工业机械手就是为实现这些工序自动化而产生。机械手可在空间抓放物体,动作灵活多样,合用于可变换生产品种中、小批量自动化生产,广泛应用于柔性自动线。2.1.3 机械手发展趋势当前国内工业机械于重要用于机床加工、铸锻、热解决等方面,数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展需要。因而,国内重要是逐渐扩大机械手应用范畴,重点
8、发展铸锻、热解决方面机械手,以减轻劳动强度,改进作业条件。在应用专用机械手同步,相应地发展通用机械手,有条件还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。将机械手各运动构件,如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构,以及适于不同类型夹紧机构,设计成典型通用机构,以便依照不同作业规定,选用不用典型部件,即可构成各种不同用途机械手。既便于设计制造,又便于改换工作,扩大了应用范畴。同步要提高精度,减少冲击,定位精准,以更好地发挥机械手作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型,以及具备触觉、视觉等性能地机械手,并考虑于计算机联用,逐渐成为整个机械制造系统中一种基本单元。在国外机械制造业中,工业机
9、械手应用较多,发展较快。当前重要用于机床、模锻压力机上下料,以及点焊、喷漆等作业中,它可按照事先制定作业程序完毕规定操作,但是还不具备任何传感反馈能力,不能应付外界变化。如发生某些偏离时,就将引起零部件甚至机械手自身损坏。为此,国外机械手发展趋势是大力研制具备某些智能机械手,使其拥有一定传感能力,能反馈外界条件变化,做出相应变更。如位置发生稍些偏差时,即能改正,并自行检测,重点是研究视觉功能和触觉功能。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪(即距离传感器)以及卫星计算机。工作时,电视照相机将物体形象变成视频信号,然后传送给计算机,以便分析物体种类、大小、颜色和方位,并发出指令控制机械
10、手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件,通过装在手指内压力敏感元件产生触感作用,然后伸向前方,抓住工件。手抓力大小可通过装在手指内侧压力敏感元件来控制,达到自动调节握力大小。总之,随着传感技术发展,机械手装配作业能力将进一步提高。现今机械手发展更重要是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合,从而主线变化当前机械制造系统人工操作状态。2.2 PLC2.2.1 PLC基本概念当代社会规定制造业对市场需求做出迅速反映,生产出小批量、多品种、多规模、低成本和高质量产品,为了满足这一规定,生产设备和自动化产线控制系统必要具备极高可靠性和灵活性, PL
11、C正是顺应这一规定浮现,它是以微解决器为基本通用工业控制装置。PLC应用面广、功能强大、使用以便,已经广泛第应用在各种机械设备和生产过程自动控制系统中,PLC在其她领域,例如明勇和家庭自动化应用也得到迅速发展。PLC依然处在不断发展之中,器功能不断增强,更加开放,它不但是单片自动化中应用最广控制设备,在大兴工业网络控制系统中也占有不可动摇地位,PLC应用面之广、普及限度之高,是其她计算机控制设备无法比拟。2.2.2 PLC构成PLC重要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器构成(见图2-1)。PLC特殊功能模块用来完毕特殊任务。 图2-1 PLC构成1.CPU模块CPU模块重要有微解决器)C
12、PU芯片和存储器构成。在PLC控制系统中,CPU模块相称认得大脑和心脏,它不断地采集输入信号,执行顾客程序,刷新系统输出;存储器用来存储程序和数据。S7-200将CPU模块简称为CPU。2. I/O模块输入(Input)模块和输出(Output)模块简称为I/O模块,它们相称于人们眼、耳、手、脚,是联系外部现场设备和CPU模块桥梁。输入模块用来接受和采集输入信号,开关量输入模块用来接受从按钮、选取开关、数字拨号开关、压力继电器等来开关量输入信号;模仿量输入模块用来接受电位器、测速发电机和各种变送器提供持续变化模仿量电流电压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、批示灯、数字显示装置和报警装
13、置等输出设备;模仿量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。CPU模块工作电压普通是5V,而PLC外部输入、输出电路电源电压较高,例如DC 24V和AC 220V。从外部引入尖峰电压和干扰噪声也许损坏CPU 模块中元器件,或使PLC不能正常共作。在I/O模块中,用光耦合器,光敏晶闸管、小型继电器等期间来隔离PLC内部电路和外部I/O电路。I/O模块除了传递信号外,尚有电平转换与隔离作用。3. 编程器编程器用来生成顾客程序,并用它来编程、检查、修改顾客程序,事件顾客程序执行状况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图,只能输入和编程指令表程序,因而又叫做指令编程器。它体积小,价格便宜,普通用来给
14、小型PLC编程,或者用于现场调试和维护。使用编程软件可以再计算机屏幕上生成和编辑梯形图或指令表程序,并且可以实现不同程序语言之间互相转换。程序被编译后下载到PLC,也可以讲PLC中程序上传到计算机。程序可以存盘或打印,通过网络或电话线,还可以实现远程编程和传达。4.电源PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。内部开关电源为各模块提供不同电压级别直流电源。小型PLC可觉得输入电路和外部电子传感器提供DC 24V电源,驱动PLC负载直流电源普通由顾客提供。2.2.3 PLC重要特点一、抗干扰能力强,可靠性高PLC专门为工业环境而设计,具备很高可靠性。它重要模块均采用大规模与超大规模集成电路
15、,I/O系统设计有完善通道保护与信息调理电路;在机构上对耐热、防潮、防尘、抗震均有精准考虑;在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰办法;在软件上采用数字滤波等干扰和故障诊断办法。所有这些使PLC具备较高抗干扰能力,因而稳定、可靠,抗干扰能力强。与继电器接触装置和通用计算机相比,PLC更能试用工业现场较为恶劣生产环境。二、控制系统机构简朴,通用性强PLC及外围模块品种多,可由各种组件灵活组合成各种大小和不同规定控制系统。在PLC构成控制系统中,只需要在PLC端子上接入相应输入/输出信号线即可,不需要诸如继电器之类物理电子器件和大量且繁杂硬接线线路。当控制规定变化,需要变更控制系统功能时,可以
16、用编程器在线或离线修改程序,同一种PLC装置用于不同控制对象,只是输入/输出组件和应用软件不同。PLC输入/输出可以直接与交流220V、直流24V等强电相连,并有较强带负载能力。三、编程简朴,易于使用PLC是面向顾客设备,PLC设计者充分考虑到现场工程技术人员技能和习惯,因而PLC程序编制采用梯形图或面向工业控制简朴指令形式。梯形图与继电器原理图相类似,这种编程语言形象直观,容易掌握,不需要专门计算机知识和语言,只要具备一定电工和工艺知识就可在短时间内学会。四、功能完善当代PLC不但有逻辑运算、计时、计数、步进控制功能,还能完毕A/D转换、D/A转换、模仿量解决、高速计算、联网通信等功能,可以
17、通过上位计算进行显示、报警、记录,进行人机对话,使控制水平大为提高。因而,PLC具备极强合用性,可以较好地满足各类型控制需要,是当前工厂中应用最广自动化设备。五、体积小、维护操作以便PLC体积小,质量轻,便于安装。PLC输入/输出系统可以直观地反映现场信号变化状态,还能通过各种方式直观地控制系统运营状态,如内部工作状态、通信状态、I/O点状态、异常和电源状态等,对此均有醒目批示,非常有助于运营和维护人员对系统进行监控。2.2.4 PLC工作原理PLC通电后,需要对硬件和软件做某些初始化工作。为了使PLC得输出及时地响应各种输入信号,初始化后PLC要重复不断地分阶段解决各种不同任务(见图2-2)
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