基于plc机械手控制系统设计毕业论文

基于plc机械手控制系统设计毕业论文内容摘要：

额定输出电流必须大于处理器模块、 I/O 模块、专用模块等消耗电流的总和。 以下步骤为选择电源的一般规则： 1．确定电源的输入电压； 2．将框架中每块 I/O 模块所需的总背板电流相加，计算出 I/O 模块所需的总背板电流值； 课 程 设 计 说 明 书 8 3． I/O 模块所需的总背板电流值再加上以下各电流： 1） 框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值； 2） 当框架中带有远程适配器模块或扩展本地 I/O 适配器模块时，应加上其最大电流值。 4．如果框架中留有空槽用于将来扩展时，可做以下处理； 1） 列出将来要扩展的 I/O 模块所需的背板电流； 2） 将所有扩展的 I/O 模块的总背板电流值与步骤。 5．在框架中是否有用于电源的空槽，否则将电源装到框架的外面。 6．根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选择合 适的电源模块。 具体应考随着 PLC 技术的发展， PLC 产品的种类越来越多，而且功能也日益 完善。 PLC 的种类繁多，其结构、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等各 有不同，当然使用场合也有所不同。 因此选择合理的 PLC 对提高 PLC 控制系统技 术经济指标意义重大。 因此在选择机型时不仅要满足其功能要求及维护等方面的虑： 1）合理的结构形式 2） 安装方式的选择 3）相当的功能要求 4）系统可靠性的要求 综上所述，根据控制系统要求选择 S7200系列 PLC， S7200系列 PLC属于小型整体式结构的 PLC，本机自带 RS485通信接口，内置电源和 I/O 接口，它的结构小巧，运行速度快，可靠性高，具 有极其丰富的指令系统和扩展模块，实时性和通信能力强大，便于操作， 易于掌握，性价比高，是中小规模控制系统的理想控制设备。 机械手 的基本构造 及 PLC I/O 点分配 系统组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及 位置 检测装置等所组成， 各系统相互之间的关系如方框图 21所示。 课 程 设 计 说 明 书 9 图 21 机械手控制系统 关系 框图 执行机构 包括手部 、手腕、手臂 和立柱等部件，有的还增设行走机构。 机械手各部分组成列表21。 实物图如图 22， 各 部分 简化 结构如图 23 所示。 执行机构 手部 驱动系统 动力源 手腕 控制调节装置 手臂 辅助装置 立柱 控制系统 程序控制系统 行走机构 定位控制系统 机座 位置检测装置 表 21 机械手各部分组成列表 图 22 实物图 图 23 各部分结构图 课 程 设 计 说 明 书 10 （ 1） 机座 机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。 （ 2） 立柱 立柱是支撑手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。 机械手的立柱通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即称可移式立柱。 （ 3） 手臂 手臂是支撑被抓物件、手部、手腕的重要部件。 手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。 工业机械手的手臂通常由驱动手取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。 工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件（如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等）与驱动源（如液压、气压或电机等）相配合，以实现手臂的各种运动。 （ 4） 手腕 手腕式连接手部和手臂的部件，并可用调整被抓去物件的方位。 手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。 此 外，导向装置还能承担手臂所手的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转勇董事在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。 （ 5） 手部 手部即与不加接触的部件。 由于与物件接触的形式不同，可分为加持是和吸附式手部。 夹持式手部由手指和 传动机构所组成。 手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。 回转型手指结构简单，制造容易，故应用较为广泛。 平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置 ，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。 手指结构取决于被抓去物件的表面形状 、被抓部位和物件的重量及尺寸。 课 程 设 计 说 明 书 11 （ 6） 行走机构 当工业机械手需要完成胶原距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安装 滚动、轨道灯行走机构，以实现工业机械手的整机运动。 滚轮式行走机构可分为有轨的和无轨的两种。 驱动滚动运行则应另外增设机械传动装置。 、 机械手 PLC 的 模拟实验面板 图中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀的原位指示灯用发光二极管来模拟。 课 程 设 计 说 明 书 12 机械手 PLC 的 I/O 分配 PLC 的 I/O 口接线图： （如下图） 经过 系统控制功能分析，本设计需要输入点 6个，输出点 7个。 共计 13个 ，具体如下表： 表 22 输入 接线 SD SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 输出 接线 YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 HL LED 课 程 设 计 说 明 书 13 主电路的设计 机械结构和控制要求 模拟实验面板图中为一个将工件由 A 处传送到 B处的机械手，上升 /下降和左移 /右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。 当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。 另外，夹紧 /放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。 设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为： 原位 → 下降 → 夹紧 → 上升 → 右移 ↑ ↓ 左移 ← 上升 ← 放松 ← 下降 主电路图的设计 在我们 分析 与 讨论 过程中， 画出主回路原理图 如图 23所示。 本次主电路设计运用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。 该电路带有短路保护、过载保护、欠压和失压保护等。 FU 为熔断器实现短路保护， BB 热继电器实现过载保护，欠压和失压保护依靠接触器本身实现。 在控制线路中 KM1/KM KM3/KM KM5/KM6 两两之间应设计互锁控制线路 如图 25（其余以此类推） 图 24 主回路原理图 M M ML 1L 2K M 1K M 2K M 3 K M 4 K M 5 K M 6上 下 运 动 左 右 运 动 夹 紧 / 放 松 运 动总 开 关RAx3RAx3F U 1 F U 1F U 1B B 1B B 2B B 3下上 右左紧 松 课 程 设 计 说 明 书 14 图 25 KM1 和 KM2互锁控制线路 K M 1 K M 2K M 2K M 1K M 1S Q 2S Q 1 S Q 2S Q 1K M 2S DB B 表 23 机械手工作状态表 接触器 触电 工作状态 KM KM4 线圈得电 原位指示灯亮 表明机械手工作在原点位置最左边和最上边 KM1 线圈得电 主触点闭合 模拟指示灯接通，机械手工作下降的位置 KM5线圈得电 主触点闭合 模拟指示灯接通，机械手工作在夹紧位置 KM2 线圈得电 主触点闭合 模拟指示灯接通，机械手工作在上升位置 KM3 线圈得电 主触点闭合 模拟指示灯接通，机械手工作在右移位置 KM4 线圈得电 主触点闭合 模拟指示灯接通，机械手工作在左移位置 KM6 线圈得电 主触点闭合 模拟指示灯接通，机械手工作在放松 位置 第 3 章 机械手控制系统的软件设计 程序设计的一般方法 课 程 设 计 说 明 书 15 经验设计法 经验设计法 也叫凑试法。 在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。 这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。 经验设计法的具体步骤如下： 1．确定输入 /输出电器； 2．确定输入和输出点的个数、选择 PLC 机型、进行 I/O 分配； 3．做出系统动作工程流程图； 4．选择 PLC 指令并编写程序； 5．编写其它控制要求的程序； 将各个环节编写的程序联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。 逻辑设计法 继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“ 0”和“ 1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。 该方法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行 PLC 程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。 在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。 顺序设计法 对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。 顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。 在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。 功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。 综上所述，本控制系统采用顺序设计法设计。 课 程 设 计 说 明 书 16 PLC 控制的相关流程图 控制流程图 机械手控制系统的循环过程 如下图 31；机械手系统控制流程如下图 32 开 始原 位下 降夹 紧上 升右 行下 降放 松上 升左 行复 位启 动 按 钮 I 0 . 0下 降 检 测 I 0 . 1上 升 检 测 I 0 . 2右 行 检 测 I 0 . 3下 降 检 测 I 0 . 1左 行 检 测 I 0 . 4上 升 检 测 I 0 . 2I 0 . 2 = 1 ， S Q 2 闭 合 ， 停 止 上 升 动作 ， 执 行 左 行 动 作延 时 T 3 8 = 1 . 5 s 后 ， 机 械 手 自 动 上升I 0 . 1 = 1 ， S Q 1 闭 合 ， 停 止 下 降 ， 执行 放 松 动 作 ， 延 时 T 3 8 = 1 . 5 sI 0 . 3 = 1 ， S Q 3 闭 合 ， 执 行 下 降 动 作I 0 . 2 = 1 ， S Q 2 闭 合 ， 停 止 上 升 ， 执行 右 行 动 作延 时 T 3 7 = 1 . 7 s 后 自 动 上 升I 0 . 1 = 1 ， S Q 1 闭 合 ， 停 止 下 降 ， 执行 夹 紧 ， T 3 7 延 时 1 . 7 sI 0 . 0 = 1 ， S D 闭 合 ， 下 降I 0 . 2 = 1 ， I 0 . 4 = 1 使 Q 0 . 5 = 1 原 位指 示 灯 亮单 周 期单 周 期循 环循 环 图 32 机械手控制流程图 课 程 设 计 说 明 书 17 可编程控制器梯形图 可编程控制器梯形图简介 标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点 1. 它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线，左边画输入、右边画输出。 2. 梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是 PLC 输入点接的开关，也可以是 PLC 内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。 3. 梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。 4. 内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU 内部。