张庆_20xx0405168_基于plc控制的气动弹琴机械手设计

张庆_20xx0405168_基于plc控制的气动弹琴机械手设计内容摘要：

应一个琴键，这就保证并完成了人手弹琴时手臂的来回移动。 以每个音符的弹奏动作作为一个步骤，则某气缸的一次动作即完成一个步骤，那么 其转步的主令信息则由时间继电器来控制，其延时主要取决于具体曲子的演奏速率。 这样一来，弹琴的过程就可以简化为对开关量的顺序控制了，选用 PLC 来实现其控制就行。 控制系统原理图如下图所示： 输入单元 CPU 单元 输出单元 传输单元 传输单元 控制按钮 电磁换向阀 气缸 电磁阀 气泵 气缸 乐谱 电子琴 PLC 气缸动作 济南大学毕业设计 8 PLC 的选择 在对本设计所需要的 PLC 进行选择时要考虑很多方面，主要依据机械手控制系统工作过程的特点和应用要求，详细分析工作过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围，确定所需要的操作和动作，然后根据控制要求估算输入输出点数，确定所需要存储器的容量、 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能的 PLC 及 设计相应的控制系统。 （一）输入输出点数估算输入输出点数的估算很重要，在估算时要考虑到适当的余量，通常在统计的输入输出点数基础上增加 10%20%的余量，这就有利于 对 PLC 的 有效控制。 （二）存储器容量估算可变程序控制器本身提供的硬件存储单元大小就是存储器容量，它是存储器控制系统硬件的选择中用户应用项目使用的存储单元的大小，由此可以看出存储器的容量大于程序容量。 由于程序容量在设计阶段是未知的，需要 在 程序调试后才 会 知道， 因此 要对存储器的容量进行 大体上的 估算。 （三） PLC 控制功能的选择。 PLC 的控制功能有很多，包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等。 本 次 课题设计的机械手在控制功能的选择上并没有包含完 PLC 的所有功能 ， 但是有几项主要的功能是这次设计必须的。 第一个就是控制功能，可编程控制器主要用于顺序逻辑控制，所以很多场合采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制。 其次是编程功能，这是每个 PLC 都必不可少的部分，编程功能又可以分为离线编程方式和在线编程方式两种。 在离线编程时可以降低系统成本，但是使用和调试不方便。 而在线编程 成本高，但系统调试和操作方便。 另 一个功能就是诊断功能， PLC 的诊断功能包括硬件和软件诊断。 硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断又分为内诊断和外诊断。 PLC 的诊断功能的强弱，直接影响 到 对操作和维护人员技术能力的要求。 （四）可编程控制器机型的选择可编程控制器的种类繁多，型号各异，要选出适合本设计的 PLC 产品就要通 过对输入和输出点数的选择、对存储容量的选择、对响应时间的选择以及负载情况等进行 综合的 分析。 最后我决定使用三菱公司生产的 FX 系列的 FX2N64MR 型号的可编程控制器作为机械手的控制器。 济南大学毕业设计 9 I/O 接线图 系统的控制电路设计主要是 PLC 的输入、输出接线图设计，根据 弹琴 机械手的动作过程和控制要求，确定 PLC 的型号，合理分配输入、输出点，得到系统的 PLC 输入、输出接线图，如图 4所示 图 4 系统 I/O接线图 一路控制信息传递原理图 通过在 PLC 上根据乐谱编制相应的程序，在程序执行时，输出口输出的控制信号，并且这个信号经过驱动电路放大后（图 5为 一路控制信息传递原理图 ），作用于电磁阀的电磁线圈，使电磁阀阀芯处在 不同位置，从而 使弹琴用的微型气缸冲或放气；最后气缸的活塞杆作用于电子琴的琴键，弹出音乐。 图 5 一路控制信息传递原理图 济南大学毕业设计 10 PLC 的梯形图 济南大学毕业设计 11 济南大学毕业设计 12 济南大学毕业设计 13 济南大学毕业设计 14 济南大学毕业设计 15 济南大学毕业设计 16 济南大学毕业设计 17 济南大学毕业设计 18 这是一首 完整 曲子的 PLC 梯形图，其他曲子可以在此基础上 进行类似的编写。 系统的工作过程 分析 工作过程分析如下 :当按下选择按钮 X001 时 ,在应用指令 ZRST 的作用下 ,整体复位状态 S0～ S999 和定时器 T0～ T245； 同时 ,输入继电器 X001 的常开触点闭合 ,并通过主控触点 (M1常开 触点 )自锁 ,输出继电器 Y026接通 ,显示曲子 1被选中。 与此同时 ,状态 S0被置位实现初始化 ,若此时再按下启动按钮 X000,则开始执行演奏第一首曲子的程序。 在曲子 1 的演奏过程中 ,若按下停止按钮 X013,则主控接点 M1 断开 ,系统停止动作 ,并返回到初始状态。 这时再依次选择按钮 X002 和 X000,则第二首曲子被选中并开始演奏。 对于所有的。