基于plc机械手控制的设计毕业论文

基于plc机械手控制的设计毕业论文内容摘要：

是 PLC 控制系统的核心部件。 正确选择 PLC 对 于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。 选择 PLC，包括机型、容量的选择以及 I/O 模块、电源模块等的选择。 （ 3）分配 I/O 点，绘制 I/O 连接图。 （ 4）控制程序设计。 包括控制系统流程图、梯形图、语句表（即程序清单）等设计。 控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。 因此，设计的控制程序必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。 （ 5）必要时还需设计控制台（柜）。 （ 6）编制控制系统的技术文件。 包括说明书、电气图及电气元件明细表。 传统的电气图，一般包括电气原理图 、电器布置图及电气安装图。 在 PLC 控 11 制系统中，这一部分图统称为“硬件图”。 它在传统电气图的基础上增加了 PLC部分，因此在电气原理图中应增加 PLC 的 I/O 连接图。 另外，在 PLC 控制系统中的电气图中还应包括程序图（梯形图），通常称它为“软件图”。 向用户提供“软件图”，可便于用户在生产发展或工艺改进时修改程序，并有利于用户在维修时分析和排除故障 [10]。 PLC 控制系统设计的一般步骤 （ 1）根据生产的工艺过程分析控制要求，需要完成的动作（工作顺序、动作条件、必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动 ；连续、单周期、单步等）。 （ 2）根据控制要求确定所需要的输入、输出设备。 据此确定 PLC 的 I/O 点数。 （ 3）选择 PLC 机型及容量。 （ 4）定义输入、输出点名称，分配 PLC 的 I/O 点。 设计 I/O 连接图。 （ 5）根据 PLC 所要完成的任务及应具备的功能，进行 PLC 程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工。 （ 6）待控制台（柜）设计及现场施工完成后，进行联机调试。 如不满足要求，再修改程序或检查接线，直到满足要求为止。 （ 7）编制技术文件。 （ 8）交付使用 PLC 程序设计的步骤与内容 （ 1） 对于 较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。 对于简单的控制系统，也可省去这一补。 （ 2） 设计梯形图。 这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。 要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。 （ 3） 根据梯形图编制程序清单。 （ 4） 用计算机或编程器将程序键入到 PLC 的用户存储器中，并检查键入的程序是否正确。 （ 5） 对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。 PLC 机型的选择 这是 PLC 应用设计中很重要的一步，目前，国内外生产的 PLC 种类很多，在选 用 PLC 时应考虑以下几个方面。 12 输入、输出点数以及软件对 PLC 功能及指令的要求是选择 PLC 机型规模大小的重要依据。 首先要确保有足够的输入、输出点数，并留有一定的余地（要有10%的备用量）。 如果只有为了实现单机自动化，或机电一体化产品，可选用小型PLC。 如果控制系统较大，输入、输出点数较多，被控设备较分散，可以选用中型或大型 PLC。 还应确定用户程序存储器的容量。 一般粗略的估计方法是：（输入 +输出）（ 10～ 12） =指令步数。 特别要注意因控制较复杂，数据处理量较大，可能出现存储容量不够的 问题 [13]。 ，结构要合理 对于以开关量进行控制的系统，一般的低档机就能满足要求。 对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，应选用带 A/D、 D/A 转换，加减运算、数据传送功能的低档机。 对于控制比较复杂，控制性能要求较高的系统，例如要求实现 PID 运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂的程度，选用中档或高档机。 其中高档机主要用于大规模过程控制、全 PLC 的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。 对于工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，选用整体式结构 PLC。 其他 情况则选用模块式结构 PLC。 、输出功能及负载能力的选择 选择哪一种功能的输入、输出形式或模块，取决于控制系统中输入和输出信号的种类、参数要求和技术要求，选用具有相应功能的模块。 为了提高抗干扰能力，输入、输出均应选用具有光电隔离的模块。 对于输出形式，分为无触点和有触点两种形式。 无触点输出大多使用大功率三级管（直流输出）或双向可控硅（交流输出）电路，其优点是可靠性高、响应速度快、寿命长，缺点是价格高、过载能力差。 有触点输出是使用继电器触点输出，其优点是适用电压范围宽、导通压降损失小、价格便宜，缺 点是寿命短、响应速度慢。 在选择 PLC 时，要考虑使用现场的环境条件是否符合它的规定。 一般考虑的环境条件有：环境温度、相对湿度、电源允许波动范围和抗干扰等指标。 13 小结 本章主要对 PLC 的设计方法步骤进行阐述，包括它的基本原则，基本内容和一般步骤及 PLC 机型的选择。 这样可以较为全面的了解 PLC 的设计，对设计方案可以形成一个大概的框图，从而使设计趋于简单。 14 第四章 PLC 的机械手设计 工业机械手的简 介 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，在我国国民经济各领域有着广阔的发展前景 [14]。 采用 PLC 控制技术，大大提高成产效率减轻了工人劳动强度，提高了系统的可靠性、安全性，对各种故障进行报警显示有效防止了人身意外的发生，这一先进技术， 不但可提高工艺控制的准确性、科学性，降低事故率而且对于提高 电气控制系统的自动化管理水品和发展国民经济起到积极的推动作用，使 PLC 在机械手自动化系 统中的应用越来越广泛。 机械手是指能够自动抓取、操作的装置。 多用在自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。 机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成。 主要完成移动、转动、抓取等动作。 其气压技术是以压缩空气为介质 .以气源为动力的能源传递技术 .其工作可靠性高、使用寿命长、对环境没有污染 .所以在机械手的驱动系统中常采用气压技术。 控制系统是机械手的指挥系统。 它通过控制驱动系统，让执行器按照规定的要求进 行工作。 可编程控制器 ( PLC)是一种数字运算操作的电子系统。 它将逻辑运算、顺序控制、时序、计数、算术运算等控制程序。 用指令形式存放在存储器中，通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。 与继电器控制线路相比， PLC 具有可靠性高、抗干扰能力强，编程简单，使用方便，设计、安装容易，维护工作量少，功能完善、通用性强，体积小、能耗低等特点。 因此 .机械手控制系统越来越多的由可编程控制器 (即 PLC)来实现。 机械手的硬件设计 机械手的控制系统如图 41所示。 为平面关节型机械手。 其包括三个旋转关节（分 别控制机械大臂和小臂旋转以及手抓张合）和一个移动关节（控制手腕伸缩）。 每个关节上都有电机的带动，来控制机械手的运转与张合。 在机械大臂和小臂的旋转关节上还装配有增量式光电编码器，提供控制所需要的反馈信号。 15 图 41 平面关节型机械手的系统组成图 注释： 1— 机身； 2— 大臂电机； 3— 光电编码器； 4— 大臂； 5— 小臂电机 ； 6— 同步带； 7— 光电编码器； 8— 小臂； 9— 手腕升降电机； 10— 手抓电机； 11— 手抓 图 42 机械手的动作流程图 按设计要求可知 .机械手有 3 个移动自由度。 其主要工作过程均由电机的转动来控制。 故对电机的选择是很重要的 本设计中采用的电机是莱州市玉龙橡塑制品有限公司生产的 60KTY(J)系列单相可逆永磁同步电机，它是一种电机与减速箱可分合，能控制正反运转的永磁爪极式同步电机。 该产品具有体积小、重量轻、功耗小、力矩大、安装方便等特点。 电机在 额定频率下转速不受电压的影响，保持恒定不变。 该产品可广泛应用通电启动 大臂电机转动 光电编码器检测大臂位移 驱动小臂电机 同步带带动小臂 光电编码器检测小臂位移 驱动手腕升降电机 手抓电机动作 机械手开始张合 16 于：电动窗帘、电动晾衣架、冷暖通阀门、电动广告、监控设备、自动化仪器仪表等。 60KTY（ J）的技术参数见表 41。 表 41 60KTY（ J）技术参数 额定电压 AC/V 24， 220 电源频率 Hz 50 适配电容 uf 15~25/450V ， ~起动电压 AC/V ≤ 18，≤ 150 额定功率 W 25 空载电流 mA ≤ 300，≤ 80 绝缘耐压 ACV/1S ≥ 1500 额定转速 5 8 15 20 30 50 额定转距 ≥ 130 ≥ 70 ≥ 45 ≥ 25 ≥ 18 ≥ 12 ≥ 7 光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。 物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。 光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 工作原理如图 43 所示。 多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。 本设计选用对射式 光电开关。 它包含了在结构上互相分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。 当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。 本光电开关用于检测工作系统的传送带上是否有物体到达，从而驱动机械手动作。 图 43 光电开关 17 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。 光电编码器每转输出 600 个脉冲，五线制。 其中两根 为电源线，三根为脉冲线 (A相、 B 相、 Z)。 电源的工作电压为 （ +5～ +24V）直流电源。 光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。 光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。 由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。 此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差 90 的两路脉冲信号。 工作原理 :当光电编码器的轴转动时 A、 B两根线都产生脉冲输出 A、 B 两相脉冲相差 90 度相位 角，由此可测出光电编码器转动方向与电机转速。 如果 A 相脉冲比 B 相脉冲超前则光电编码器为正转，否则为反转。 Z 线为零脉冲线 ,光电编码器每转一圈产生一个脉冲 .主要用作计数。 A 线用来测量脉冲个数 ,B 线与 A 线配合可测量出转动方向。 同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的带轮所组成。 它综合了带传动，链传动和齿轮传动各自的优点。 转动时，通过带齿与带轮的齿槽相 合来传递动力。 同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动范围大，一般可达 1： 10，允许线速度可达 50M/S，传递功率从几瓦到百千瓦。 传动效率高，一般可达 98%，结构紧凑，适宜多轴传动。 本设计选用恒龙公司生产的，型号为 67L，节线长（ MM），齿数为 18 的同步带。 机械手的报警系统用于机械手运作时，机械手是否在规定时间内到位。 若超过规定时间，则系统产生报警信号。 报警系统用定时器加外设扩音器组成。 在规定时间没有到达时，定时器驱动报警。 机械手的控制系统 机械手的控制要通过控制面板来完成。 按照设计的要求，机械手的 PLC 控制面板如图 44所示： 机械手 具有手动与自动两种工作方式。 手动方式时，有“各别操作”与“返回原位”两种情况。 “各别操作”情况下，用各按钮来接通或断开各负载：“返回 18 原位” 状态时，按下“返回原位”按钮，机械手自动回到原位状态。 自动方式时，有“单步步进操作”、“单周期一次循环操作”和“连续循环操作”三种情况。 单步步进操作时，每按一次启动按钮，向前执行一步动作：“单周期一次循环操作”时，机械手在原位，按下启动按钮，自动地执行一个操作周期的操作，操作完成后停留在原位（如果在操作过程 中按下停 止按钮，机械手停在该工序上， 图 44 工件传送机 构操作面板 再按下启动按钮， 则又从该工序继续工作，最后停在原位）：“连续循环操作”时机械手在原位，按下启动按钮，机械手就连续重复进行 工作（如果按下停止按钮，机械手运行到原位后停止）。 接通 /切断负载电源的外部电路专用按钮。 PLC 机械手的工艺过程和控制要求 由于机械手要应用。