毕业论文基于plc的机械手搬运控制系统实现

毕业论文基于plc的机械手搬运控制系统实现内容摘要：

将机械、气动、电气控制、电机传动、传感检测、 PLC 以及工业网络控制技术有机进行整合，结构模块化，便于组合，可以完成各类单项技能训练和综合性项目训练。 可以进行机械部件安装与调试、气动系统的安装与调试、电气控制电路的安装和 PLC 编程、机电设备安装与调试、自动控制系统安装与调试、工业网络控制系统 安装与调试于一体。 （ 2） 系统采用统一标准接口，具有很高的兼容和扩展性，随工业现场技术的快速发展， 5 本系统可以紧跟现场技术升级扩展，深入地满足实训教学的需要。 （ 3） 西门子 PLC 采用西门子 PROFIBUSDP 网络通信，使各站之间的控制信息和状态数据能够实时相互交换，配有 英寸， 256 色工业彩色触摸屏，实现工业控制。 技术性能 （ 1） 输入电源：单相三线 AC220V177。 10% 50Hz； （ 2） 工作环境：温度 10℃ ～ 40℃ 相对湿度 ≤85%（ 25℃ ）海拔＜ 4000m； （ 3） 装置容量： ≤； （ 4） 外形尺寸： 380cm 170cm140cm； （ 5） 安全保护：具有漏电压、漏电流保护，安全符合国家标准。 系统配置 该系统由型材桌、上料检测单元、搬运单元、加工与检测单元、搬运分拣单元、变频传送单元、安装单元、安装搬运单元、分类单元、通信接口板、电气网孔板、按钮控制板、 I/O 接口板、各种传感器、警示灯、各类电磁阀和气缸等组成，完成工件上料、搬运、加工、分拣、输送、装配、分类等功能。 表 21 系统配置 序号 名称 规格 数量 单位 备注 1 工作台 470mm 860mm 9 张 2 上料检测单元 CPU224 AC/DC/继电器（ 14 路数字量输入 /10 路继电器输出） 1 套 3 搬运单元 CPU224 AC/DC/继电器（ 14 路数字量输入 /10 路继电器输出） 1 套 4 加工与检测单元 CPU224 DC/DC/晶体管 +EM223（ 22路数字量输入 /18 路晶体管输出） 1 套 5 搬运分拣单元 CPU224 AC/DC/继电器（ 14 路数字量输入 /10 路继电器输出） 1 套 6 变频传送单元 CPU224 AC/DC/继 电器（ 14 路数字量输入 /10 路继电器输出） 1 套 7 安装单元 CPU224 AC/DC/继电器（ 14 路数字量输入 /10 路继电器输出） 1 套 8 安装搬运单元 CPU224 AC/DC/继电器（ 14 路数字量输入 /10 路继电器输出） 1 套 9 分类单元 CPU224 DC/DC/晶体管（ 14路数字量输入 /10 路晶体管型输出） 1 套 10 主控单元 CPU313C2DP（ 16 路数字量输入 /16 路晶体管输出） 1 套 11 通信模块 EM277 8 只 12 变 频器模块 西门子 MM420 功率≥ 1 台 西门子 基于 PLC的机械手搬运控制系统实现 6 13 触摸屏模块 英寸 TFT 真彩， 65K 色 1 套 各站都可通过一块控制面板来控制 PLC使各站按要求进行工作，一个控制面板上有 5个按钮开关，二个选择开关和一个急停开关。 各开关的控制功能定义见下表 22： 表 22 各开关的控制功能 序号 项目 说明 1 带灯按钮，绿色 开始 2 带灯按钮，黄色 复位 3 按钮。 黄色 调试按钮 4 两位旋钮，黑色 手动 /自动 5 两位旋钮。 黑色 单站 /联网 6 按钮，黑色 停 止 7 带灯按钮，绿色 上电 8 急停按钮，红色 急停 系统工作工程 下图给出了系统中工件从一站到另一站的物流传递过程：上料检测单元将大工件按顺序排好后提升送出；搬运站将大工件从上料检测单元搬至加工站；加工站将大工件加工后送出工位；分拣站将加工过的正常的工件搬运到传送站，如果是废料，分拣机械手将工件搬运到废料处理机构；传输站将正常的大工件送至尾端，将废料分拣到废料槽里；安装搬运站将大工件从传输站搬至安装工位放下。 安装站再将对应的小工件装入大工件中。 而后，安装搬运站再将安装好的工件送分类站， 分类站再将工件送入相应的料仓。 图 22 工作过程图 上料检测站 搬运站 分类站 加工站 分拣站 传送站 安装搬运站 传送站 7 搬运分拣站 图 23 搬运分拣单元组成 主要组成与功能 搬运分拣单元由摆台、无杆气缸、薄型气缸、气动手指、推料气缸、磁性传感器、废料存储器、工业导轨、开关电源、可编程序控制器、按钮、 I/O 接口板、通讯接口板、电气网孔板、多种类型电磁阀组成，主要完成根据上一站的加工完成信号和废料信号，完成废料分拣、搬运任务。 工件搬运到成品输送线上或搬运到废料盒处，摆台返回原位等待下一个。 （ 1）摆台：由薄型气缸控制，实现三个位置向左、中间、向右的摆动。 （ 2）前臂单杆气缸：控制摆台前臂上下动作，由单向电控阀控制，电磁阀得电，前臂底下。 （ 3）电磁阀：用于控制各个气缸的升出、缩回动作。 （ 4）推料气缸：完成废料的分拣任务。 （ 5）废料存储器：系统检测为废料的工件，分拣出来，由推料气缸将工件推入废料存储器内。 （ 6）气动手指：完成工件的夹取任务。 气动手指、气缸及其气动技术 （ 1）气动手指： MHZ216D，完成工件的夹取任务。 实物如下图 23： 基于 PLC的机械手搬运控制系统实现 8 图 24 直线导轨平行移动型气爪 MHZ216D 表 23 标准规格 缸径（ mm） 16 流体 空气 动作型式 双动 最高使用压力（ M Pa） 环境和流体温度 10~60℃ 最高操作频率 重复精度（ mm） 177。 气缸位置磁环 有（标准） 润滑 不需要 接管口径 M3*08 9 图 25 外形尺寸图 上图中的尺寸数据见下表 22，单位 mm: 表 24 外形尺寸 A B C D E F G H 30 16 M4* 38 5 15 I J K L M N O P M4* 8 24 3H9深 3 177。 Q R S T Y Z AA BB 11177。 22 15 8 4 7 13 U V W X CC DD EE FF 17H9深 2 177。 M4* 8 M3*5 19 基于 PLC的机械手搬运控制系统实现 10 （ 2）气缸，本系统所用的气缸：薄型气缸、无杆气缸、推料气缸。 Ⅰ 无杆气缸，用于搬运过程， CY3RG20600： 图 26 CY3RG20600 表 25 产品规 格 使用流体 空气 缸径 20mm 行程 600mm 耐压实验压力 最高使用压力 最低使用压力 环境及使用流体温度 10~60℃ 使用活塞速度 50500mm/s 缓冲 两端橡胶缓冲 给油 不给油 Ⅱ 薄型气缸，用于机械手上下伸缩 MDU2550DM： 图 27 MDU2550DM 11 表 26 产品规格 动作方式 单杆双作用 缸径 25mm 行程 50mm 使用流体 空气 耐压实验压力 最高使用压力 最低使用压力 环境及使用流体温度 10~60℃ 使用活塞速度 50500mm/s 缓冲 垫缓冲 给油 不给油 杆端形状 杆端外螺纹，杆端内螺纹 允许回转力矩 *m Ⅲ 推料气缸，用于废料推送， CDJ2B1630： 图 28 CDJ2B1630 表 27 产品规格 动作方式 单作用（伸 /缩） 使用流体 空气 缸径 16mm 行程 30mm 最高使用压力 最低使用压力 环境及使用流体温度 10~60℃ （ 3） 气动技术是以压缩空气或其他气体为工作介质 ， 利用其能量完成各项工作 ， 由于气体的可压缩性，相对液压 、电力等，气动技术有以下特点 ： Ⅰ： 容易积聚能量。 小型压缩机配备储气罐，就可在间歇工作状态下输出较大能量，甚至可以预先封装压缩空气，以后不必供给能量即可产生力 ； Ⅱ： 借助气体的可压缩性，实现柔软操作 ； Ⅲ： 抗过载能力强，不易发热，不易因过载而发生事故 ； Ⅳ： 动作调整方便简单，并且便 于控 制。 可以进行检测、基于 PLC的机械手搬运控制系统实现 12 放大、传输、逻辑运算等信息处理 ； Ⅴ： 环境适应性强，环境污染小，防火防爆性好。 只要气动元件的材质和密封件许可，介 质经适当处理，气动系统的适用环境温度范围大，可达 2 O ℃ ～ 2 0 0 ℃ ； Ⅵ： 可以构成低成本系统 ， 气动元件结构简单，价格较低，维修保养方便 ，工作介质随处可取。 气动系统、装置投资成本及运行成本低。 为此，利用气动技术实现自动化素有低成本自动 化之说； 但是，气动技术也有某些弱势，例如速度控制和定位精度不高；驱动力不大，仅适用于中、 轻负载；能量利用效率偏低等 [9]。 电磁阀 电磁阀在工业生产中应用非常广泛 ， 在石油化工行业中尤为普遍和重要。 它可用于水、空气、蒸汽以及其他介质的开关控制 ( 两通、三通 )， 是安全联锁保护系统不可缺少的执行元件 ( 三通、四通、五通 )。 电磁阀由电磁部件、阀体组成 ， 电磁部件由固定铁芯、动铁芯 、 线圈等部件组成；阀体部分由滑阀芯、滑阀套、弹簧底座等组成 [10]。 本系统所用的电磁阀：单电控两位五通阀 4V11006，弹簧复位；双电控两位五通阀4V12006；双电控三位五通阀 4V130C06，中封式。 图 29 双电控阀 磁性开关 磁性开关最基本的功能就是检测气缸活塞杆伸出的位置，活塞上有一个磁环， 气 缸体上装了几只磁性开关，当活塞运动到磁性开关的位置，磁力使开关接合 ，产生一个电信号 ， 这个信号由控制系统使用，或者使气缸停止，或者使其他机构开始动作。 因此，可以看出，磁性开关的作用就是检测活塞杆位置（行程），发出信号，用于控制系统。 13 图 210 磁性开关 表 28 产品规格 型号 适合负载 负载电压及电流范围 触电保护电路 内部电压降 指示灯 安装形式 DA73L 继电器，程序控制器 DC24V； 5~40mA 无 接通时发光二极管亮 轨道安装 DC73L 环带安装 DZ73L 直接安装 调速阀、浮动 接头 调速阀：出气节流式 ,主要依靠压缩空气后排气减压来推动气缸动作，适用于单作用气缸及夹紧类型气缸。 图 211 调速阀 浮动接头：当负载连接于气缸活塞杆端部时，浮动接头（ SC20F/M6*1）可吸收活塞杆和负载的偏心或不平行对活塞杆产生的偏心负载和横向负载。 图 212 浮动接头 基于 PLC的机械手搬运控制系统实现 14 主控单元 图 213 主控单元总图 主要组成与功能 采用了先进的总线控制方式，增配有主控 PLC、工业触摸屏、 MCGS工业组态监控软件MES生产制造管理软件等，系统更加完整性，更能展现工业现场的 工作状态及现代制造工业的发展方向。 MCGS工业组态监控软件：当八个站全部进入联网状态时，管理员能够通过组态监控机中各种组态按钮方便的控制整个系统的运行、暂停、继续、停止等等；另外也可以控制单个站的运行、暂停、继续、停止等等。 每个站的工作状态以及工件的材质、颜色等在监控画面上也能够清楚的看到。 MES生产制造管理软件：在整个系统的生产过程中，由 MES生产管理系统制定下达各项生产计划任务，并实时地反映在 MES上位机的监控画面上。 下层制造系统将整个系统的工作状态及当前工件加工状态作自动统计，并实时传输到生产 管理系统 MES。 具有计划、调度和实时监控等功能。 能够实现和系统组态监控软件的集成，实时监视生产线的生产情况。 网络控制及工作流程 该单元的复位信号、开始信号、停止信号均从触摸屏发出，经 S7300 PLC采集处理后， 15 向各从站发送控制要求，以实现各站的复位、开始、停止等操作。 各从站在运行过程中的状态信号，应存储到该单元 PLC规划好的数据缓冲区，以实现整个系统的协调运行。 配置各站 EM277 的地址： 上料单元为 3，搬运单元为 4，加工检测单元为 5，搬运分拣单元 9，变频传送单元 10，安装单 元为 6，搬运安装单元为 7，分类单元为 8。 设置各站“ 单 /联 ” 开关打到 “ 联 ” 、 “ 手 /自 ” 开关打到 “ 自 ” 时，上料单元最后切换，切换后上料单元自动运行，对工件进行上料操作；搬运单元将工件从上料单元搬运到加工与检测单元；加工。