基于plc的机械手控制系统的设计

基于plc的机械手控制系统的设计内容摘要：

的设计过程中主要考虑了机械手的经济实用、稳定的需要。 在本设计中选用了目前运用最多的 PLC 编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计出机械手控制的要求，梯形图的编写运用 SWOPCFXGP/WINC 编程软件，此软件支持全部的三菱 FX 系列的 PLC，并且具 有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。 本课题设计的目的和意义 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展。 机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。 机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作。 代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。 目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。 机械手与数控加工中 心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统 (FMS )和计算机集成制造系统(CIMS )，实现生产自动化。 随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。 其逻辑控制也由 PLC 代替原来的继电器控制。 继电器组成的控制系统是最早的一种实现机械手控制的方法。 但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对机械手的安全性、可靠性、准确性的要求越来越高，继电器弱点就越来越明显。 可编程序控制器（ PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经 成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。 机械手 控制要求接入设备使用简便 ， 对应于系统组态的编程简单 ， 具有人性化的人机界面 ， 配备应用程序库 ， 加快编程和调试速度。 通过 PLC 对 程序设计 ，提高了机械手的控制水平，并改善了机械手运行的灵活性。 因此 PLC 在机械手控制系统中的应用非常广泛，非常有实际价值。 机械手的概述 我国国家标准 (GB/T 1264390)对机械手的定义 :“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。 ” 机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。 专用机械手 :它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，具有固定 (有时可调 )程序，使用大批量的自动生产。 如自动生产线上的上料机械手，自动换刀机械手，装配焊接机械手等装置。 通用机械手 :它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手。 它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产。 它的工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。 采用 PLC 控制机械手的优点 控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困 难；而 plc 软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。 工作方式上看：电器控制并行工作，而 plc 串行工作，不受制约。 控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而 plc 通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。 可靠、维护看：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、维护性能差； plc 无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。 系统设计的基本步骤 机械手系统设计与调试的主要步骤，如下图 2－ 1 所示： 在机械手控制系统的 设计过程中主要要考虑以下几点：。 I/O 设备。 根据机械手控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。 常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。 I/O 点数选择合适的 PLC 类型。 I/O 点，分配 PLC 的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。 ，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个机械手系统设计的核心工作。 入 PLC 进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。 ，在 PLC 软硬件设计和现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试种发现的问题要逐一排除，直至调试成功。 图 系统控制方案 本机械手用于生产线上工件的自动搬运，其结构如图 2所示。 由 A,B两个液压缸完成工件的夹紧和提升的动作。 A 缸通过一个单控两位四通电磁换向阀控制工件的夹紧、放松， B缸通过一个双控两位四通电磁换向阀控制机械手的升降。 由小车实现机械手的移动。 该小车用两台电动机驱动，一台是高速，一台是慢速。 当小车前进时以慢 —— 快 —— 慢的形式行进，返回时以慢 —— 快 —— 慢的形式后退。 当工件从输送带输送到机械手的下方时，工件碰压行程开关 SQ1,B 缸活塞杆伸出，带动机械手下降，下降至终点碰压行程开关 SQ3, 与机械手夹钳相联的 A缸活塞杆收进，机械手将工件夹紧。 当工件夹紧到位时，行程开关 SQ5动作， B缸的活塞杆收进，把工件提升。 当工件提升至最高位置时碰压行程开关 SQ4，启动小车向右慢速行走。 当小车碰压行程开关 SQ7时，转为快速行走。 接近终点时，小车碰压行程开关 SQ8，转为慢速行走。 行至右边终点碰压强 行程开关 SQ9，小车停止前进。 停留 5秒后， B缸活塞杆再次外伸，机械手下降至终点， A 缸活塞杆外伸，带动夹钳松开，将工件放下。 然后，机械手上升，小车以慢 —— 快 —— 慢的运动形式沿原路返回，恢复 到图中所示的原点位置。 图 机械手控制系统的原理图 机械手控制系统的原理图如图 3 所示 图 可编程控制器 (PLC)的选型 PLC 概述 可编程控制器，英文称 Programmable Controller，简称 PLC，本课题中用PLC 作为它的简称。 PLC 是用于工业现场的电控制器。 它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。 它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变 换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。 PLC 基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。 普通计算机进行入出信息变换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。 而 PLC 则要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。 特别要考虑怎么适应于工业环境。