物料分拣机械手自动化控制系统设计样本.doc
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1、物料分拣机械手自动化控制系统设计摘 要机械手在先进制造领域中扮演着极其重要角色。它可以搬运货品、分拣物品、代替人繁重劳动。可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,因而被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。本文在纵观了近年来机械手发展状况基本上,结合机械手方面设计,对机械手技术进行了系统分析,提出了用气动驱动和PLC控制设计方案。采用整体化设计思想,充分考虑了软、硬件各自特点并进行互补优化。对物料分拣机械手整体构造、执行构造、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动,控制系统中选取PLC控制单元来完毕系统功能初始化、机械手移动、故障报警
2、等功能。最后提出了一种简朴、易于实现、理论意义明确控制方略。核心词:机械手;可编程控制器;自动化控制;物料分拣目 录第一章 前言11.1研究目及意义11.2重要研究内容1第二章 控制系统构成构造和性能规定22.1控制系统构成构造22.2控制系统性能规定2第三章 传感器选取4第四章 控制系统PLC选型及控制原理64.1 PLC控制系统设计基本原则64.2 PLC种类及型号选取104.3 I/O点数分派104.4 PLC外部接线图114.5机械手控制原理12第五章 PLC程序设计145.1总体程序框图145.2初始化及报警程序155.3手动控制程序165.4自动控制程序16第六章 总结与展望19参
3、照文献20谢辞21第一章 前言1.1研究目及意义随着工业高速发展,机械手作为前沿产品应自动化设备更新时需要,已经在工业生产中得到了广泛应用。它可以搬运货品、分拣物品、用以代替人繁重及单调劳动,实现生产机械化和自动化;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。可编程控制器(PLC)是以中央解决器为核心,综合了计算机和自动控制等先进技术,具备可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简朴、功耗低等长处,已成为当前在机械手控制系统中使用最多控制方式。使用PLC自动控制系统具备体积小,可靠高,故障率低,动作精度高等长处。适应工业需要,本课
4、题试图开发PLC对物料分拣机械手控制,并借助必要精密传感器,使其可以对不同颜色物料按预先设定程序进行分拣,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,广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制,是一种预先设定程序进行物料分拣自动化装置,可某些代替人工在高温和危险作业区进行单调持久作业,并且在产品变化或暂时需要对机械手进行新分派任务时,可以容许以便改动或重新设计其新部件,而对于位置变化时,只要重新编程,并能不久地投产,减少安装和转换工作费用。本设计重要完毕机械手控制系统设计。1.2重要研究内容本论文重要研究物料分拣机械手控制系统设计。控制系统是机械手指挥系统,它控制驱动系统,让执行系统按规定
5、规定和时序进行工作。本机械手采用可编程控制器(PLC)对机械手进行控制,重要涉及对PLC型号选取、传感器类型进行选取、I/O口选取、对控制系统原理图、自动程序梯形图绘制等内容。第二章 控制系统构成构造和性能规定2.1控制系统构成构造机械手控制系统普通是使机械手运动协调为目,涉及高性能计算机及相应系统硬件和控制软件。机械手控制某些可分为4个某些:机械手及其感知器、环境、任务、控制器。机械手是由各种机构构成装置,它通过感知器内部传感器实现本体和环境状态检测和信息交互;环境即指机械手所处周边环境;任务是指机械手要完毕操作,它需要恰当程序语言描述,并把它们存入控制机中,随着系统不同,任务输入也许是程序
6、方式,或文字、图形或声音方式;控制器涉及软件和硬件两大某些,相称于机械手大脑,它以计算机或专用控制器运营程序方式来完毕给定任务。控制系统硬件普通涉及3个某些:(1) 感知某些 用来收集机械手内部和外部信息,如位置、速度、加速度传感器可接受机械手本体状态,而视觉、触觉、力觉等传感器可感受机械手工作环境外部状态。(2) 控制装置 用来解决各种信息,完毕控制过程,产生必要控制指令,它涉及计算机相应接口等。(3) 驱动某些 为了使机械手完毕操作及移动功能,机械手各关节可选用气动、液动、电气等方式驱动。2.2控制系统性能规定对于普通控制系统有如下控制规定:1、稳定性稳定性是系统受到短暂扰动后其运动性能从
7、偏离平衡点恢复到原平衡点状态能力。稳定性是普通自动控制必要满足基本规定,对稳定性研究是自动化控制系统中一种基本问题。2、过渡过程性能描述过渡过程性能可以用平衡性和迅速性加以衡量,平衡性指系统由初始状态运动到新平衡状态时具备较小超调和震荡性;系统由初始状态运动到新平衡状态经历时间表达系统过渡过程迅速限度。3、稳态误差稳态误差是在过渡过程结束后,盼望稳态输出量与实际稳态输出量之差。控制系统稳态误差越小,阐明控制精度越高。因而,稳态误差是衡量控制系统性能好坏一项重要指标,控制系统设计任务之一就是在兼顾其她性能指标状况下,使稳态误差尽量小或者不大于某个容许限制值。第三章 传感器选取传感器是将被检测对象
8、各种物理变化量变为电信号一种变换器。它重要被用于检测系统自身与作业对象、作业环境状态,为有效地控制系统动作提供信息。依照本设计规定需要对位置检测装置、滑觉传感器、视觉传感器进行选用。位置检测装置检测机械手动作与否到位,滑觉传感器是鉴别物料与否被稳定吸住,视觉传感器是为了完毕机械手对物料辨认。1.位置检测装置在本设计中,当机械手执行左旋/右旋,前伸/回缩,上升/下降等动作时,应有相应位置检测装置检测动作与否到位,惯用位置检测装置是行程开关。行程开关又称限位开关,是一种依照运动部件行程位置而切换电路电器,用于控制机械设备行程及限位保护。本设计中采用直线接触式行程开关检测机械手动作与否到位,当运动到
9、指定位置时,遇到行程开关,终结上一种动作,准备执行下一种动作。2.滑觉传感器机械手吸取物体时按吸力大小可分为硬吸取和软吸取。硬吸取是吸盘用最大吸力吸取物体,以保证可靠性;软吸取方式是吸盘使吸力保持在能稳固吸取物体最小值,以避免损伤物件。软吸取时吸力不够时被吸物体会产生滑动,滑觉传感器就是为了检测滑动而设计,可以检测垂直于吸物方向物体位移、由重力引起变形,以达到修正吸力,防止吸取物滑动。3.视觉传感器机械手视觉作用就是最大限度模仿人眼睛,可以对不同物体进行辨认,本机械手采用颜色传感器,依照不同物料有不同颜色,可以针对一种颜色物料进行拣出。当前,用于颜色辨认传感器有两种基本类型:(1)色标传感器,
10、它使用一种白炽灯光源或单色LED光源;(2)RGB(红绿蓝)颜色传感器,它检测物体对三基色反射比率,从而鉴别物体颜色。此类装置许多是温反射型、光束型、光纤型,封装在各种金属和聚碳酸脂外壳中。典型输出有:NPN和PNP、继电器和模仿输出。颜色传感器有光到光电流转换器、光到模仿电压转换器和光到数字电压转换器。光到数字电压转换器由搭配RGB滤波器光电二极管阵列、模似数字转换器及用于通信和敏捷度控制数字核心构成。输出容许直接接口微控制器或其他逻辑控制通路,如2线串行接口,以进一步解决信号,而不需额外器件。长处:提供抗噪声干扰能力,简化外围电路设计,改进空间运用率,减少组装成本 。缺陷:只通过2线串行接
11、口模块提供到微控制器或PC直接接口,响应时间由内置模仿电路和数字电路预先拟定,预先拟定模仿数字转换辨别率,光到数字转换器适合规定抗噪声能力、缩短设计周期、加快产品开发周期及光线条件和空间运用率设计精良应用。为了便于PCL控制程序编写,利于公司公司经济效益,综合其各种状况,在本设计,选取RGB颜色传感器着为辨认物料颜色装置,继电器输出方式,便于PLC控制系统简朴化,控制系统更容易实现。第四章 控制系统PLC选型及控制原理4.1 PLC控制系统设计基本原则PLC机型选取:PLC机型选取基本原则是在满足功能规定及保证可靠、维护以便前提下,力求最佳性能价格比。选取时重要考虑如下几点:1.拟定合理构造型
12、式PLC重要有整体式和模块式两种构造型式。整体式PLC每一种I/O点平均价格比模块式便宜,且体积相对较小,普通用于系统工艺过程较为固定小型控制系统中。考虑此系统控制比较简朴,应用于小批量生产线故此选取整体试PLC构造形式较为适当。2.拟定合理安装方式PLC系统安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网分布式。集中式不需要设立驱动远程I/O硬件,系统反映快、成本低。在工厂小批量生产中减少成本是很重要,因此此系统选取集中试安装方式。3.满足相应功能规定普通小型(低档)PLC具备逻辑运算、定期、计数等功能,对于只需要开关量控制设备都可满足。本系统只需用开关量控制,选用普通小型PLC即可。4.
13、满足响应速度规定PLC是为工业自动化设计通用控制器,不同档次PLC响应速度普通都能满足其应用范畴内需要。如果要跨范畴使用PLC,或者某些功能或信号有特殊速度规定期,则应当慎重考虑PLC响应速度,可选用品有高速I/O解决功能PLC,或选用品有迅速响应模块和中断输入模块PLC等。本系统不需要跨范畴使用PLC对某些功能或信号也没有特殊速度规定,不需要选用品有高速I/O解决功能PLC。5.满足系统可靠性规定对于普通系统PLC可靠性均能满足。对可靠性规定很高系统,应考虑与否采用冗余系统或热备用系统。本系统选用普通系统PLC可以满足规定,不需要考虑太多此方面问题。6.机型尽量统一一种公司,应尽量做到PLC
14、机型统一。以保证其模块可互为备用,便于备品备件采购和管理;有助于技术力量培训和技术水平提高;其外部设备可以通用,资源可共享,易于联网通信,配上位计算机后易于形成一种多级分布式控制系统。 本课题规定不高,不需要考虑配备上位计算机,但为了以便采购和管理等咱们还是规定机型要统一。拟定PLC容量:PLC容量涉及I/O点数和顾客存储容量两个方面。1.拟定系统实际输入点数系统由启动按钮SB1、停止按钮SB2、急停按钮SB3、手臂复位按纽SB4、颜色传感器ST1、左旋极限传感器ST2、右旋极限传感器ST3、上升限位传感器ST4、下降限位传感器ST5、手臂缩回限位传感器ST6、手臂伸出限位传感器ST7、超上升
15、限位传感器ST8、超下降限位传感器ST9、超左旋限位传感器ST10、超右旋限位传感器ST11、超伸出限位传感器ST12、超缩回限位传感器ST13、工件检测传感器PS1、系统自动/手动控制开关SA以及手动升降、左右旋转、伸缩、吸放按钮(SB5-SB12)作为个输入继电器外部控制点,共有28个输入点。2.拟定系统实际输出点数系统有手臂左旋、右旋、伸出、缩回、上升、下降、吸物、放物电磁阀动作,报警批示灯、原位批示灯及自动/手动批示灯工作,一共12个输出点。3.拟定应选取PLC点数PLC平均I/O点价格还比较高,因而应当合理选用PLCI/O点数量,在满足控制规定前提下力求使用I/O点至少,但必要留有一
16、定裕量。 普通I/O点数是依照被控对象输入、输出信号实际需要,再加上10到15裕量来拟定。本系统输入、输出实际需要40个点,因此本系统PLC输入、输出点数定为48点比较适当,但输入和输出各应留有裕量。4.拟定系统同步接通输入/输出点数量(1)同步接通输入点数量对于选用高密度输入模块(如32点、48点等),应考虑该模块同步接通点数普通不要超过输入点数60。(2)同步接通输出点数量同步接通输出设备合计电流值必要不大于公共端所容许通过电流值,如一种220V/2A8点输出模块,每个输出点可承受2A电流,但输出公共端容许通过电流并不是16A(82A),普通要比此值小得多。普通来讲,同步接通点数不要超过同
17、一公共端输出点数60。对同步接通输/入输出点制约,此系统是可以满足。5.系统存储容量选取PLCI/O点数多少,在很大程序上反映了PLC系统功能规定,因而可在I/O点数拟定基本上,按下式估算存储容量后,再加20到30裕量。存储容量(字节)开关量I/O点数10 模仿量I/O通道数100A=40*10+0*100 =400(字节)此外,在存储容量选取同步,注意对存储器类型选取。但是,本课题规定存储容量很低,普通PLC可以满足,因此咱们不需要考虑存储容量。拟定PLCI/O模块:普通I/O模块价格占PLC价格一半以上。PLCI/O模块有开关量I/O模块、模仿量I/O模块及各种特殊功能模块等。不同I/O模
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