基于西门子plc的机械手设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于西门子plc的机械手设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

率达 20%以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。 随着微电子技术、 PLC 技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。 （二）机械手的应用 由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射 等恶劣环境下工作”’。 而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。 所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。 现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。 车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动 机械手。 高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。 在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置。 对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的 SIN 气缸。 江苏城市 职业学院毕业设计 8 8 气动机械手用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装；用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工 序。 如酒、油漆灌装气动机械手；自动加盖、安装和拧紧气动机械手，牛奶盒装箱气动机械手等。 此外，气动系统、气动机械手被广泛应用于制药与医疗器械上。 如：气动自动调节病床， Robodoc 机器人， da Vinci 外科手术机器人等。 （ 三）机械手分类 机械手一般分为三类。 第一类是不需要人工操作的通用机械手，它是一种独立的不附属于某一主机的装置。 它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定工作。 它的特点是除具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。 第二类是需要人工操作的，称为操作机。 它起源于原子 、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球、火星等。 第三类是专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用于解决机床上下料和工件传送。 这种机械手在国外称为“ Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。 本项目要求设计的机械手模型可归为第一类，即通用机械手。 在现代生产企业中，自动化程度较高，大量应用机械手。 通过本次设计，可以增强对工业机械手的认识，同时并熟悉掌握 PLC 技术、位置控制技术、气动技术等 工业控制常用的技术。 江苏城市 职业学院毕业设计 9 9 三、 PLC 及其应用 （一） PLC的概念 可编程序控制器，英文称 Programmable Controller，简称 PC。 但由于 PC容易和个人计算机（ Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程序控制器的缩写。 它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时 /计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或 生产过程。 PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。 用户在购到所需的 PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将 PLC应用于生产实践。 （ 二） PLC的组成 PLC 的构成： PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入 /输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。 PLC 的硬件系统结构如图 1所示： 图 1 PLC 的硬件系统结构 PLC 的各组成元素的构成及功能： 输入模块C P U模块输出模块可编程序控制器编程装置接触器电磁阀指示灯电源 电源 限位开关选择开关按钮 江苏城市 职业学院毕业设计 10 10 CPU 的构成及功能 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。 每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。 进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 I/O 模块 PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（ I/O）完成的。 I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 输入模块将电信号变换成数 字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。 I/O 种类有开关量输入（ DI），开关量输出（ DO），模拟量输入（ AI），模拟量输出（ AO）等。 内存 内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。 不同机型的 PLC 期内存大小也不尽相同，除主机单元的已有的内存区外，大部分机型还可根据用户具体需要加以扩展。 电源模块 PLC 电源用于为 PLC各模块的集成电路提供工作电源。 同时，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。 电源输入类型有：交流电源（ 220VAC 或 110VAC），直流电源（常 用的为 24VAC）。 底板或机架 大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 PLC 系统的其它设备 i) 编程设备：编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编写程序、对系统作一些设定、监控 PLC及 PLC 所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。 某些 PLC 也配有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 ii) 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面也非常普及。 iii)输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如 EPROM、 EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。 江苏城市 职业学院毕业设计 11 11 PLC的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。 因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出 网络就是控制器 的观点说法。 PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC与 PLC 之间、 PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。 多数 PLC 具有 RS232 接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 PLC 的通信，还未实现互操作性， IEC 规定了多种现场总线标准， PLC 各厂家均有采用。 对于一个自动化工程 (特别是中大规模控制系统 )来讲，选择网络非常重要的。 首先 ,网络必须是开放的，以方。