搬運(yùn)機(jī)械手及PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_圖文

1、位程序; 在選擇自動(dòng)程序時(shí)應(yīng)執(zhí)行自動(dòng)程序。 其中自動(dòng)程序要在啟動(dòng)按鈕按下時(shí)才執(zhí)行。 故 梯形圖的總體構(gòu)成如圖 3 6所示。圖 3 6搬運(yùn)機(jī)械手 PLC 控制梯形圖總體構(gòu)成4.2各部分梯形圖的設(shè)計(jì)1. 通用部分梯形圖設(shè)計(jì)通用部分梯形圖分為三部分:1 . 狀態(tài)器的初始化。初始化狀態(tài)器 S600在手動(dòng)方式下被置位、復(fù)位。當(dāng)方式選擇 開關(guān)置于“返回原位” (X514接通 時(shí), 按下復(fù)位按鈕 (X507 時(shí)被置位, 在“手動(dòng)操作” (X510接通時(shí), S600復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動(dòng)做復(fù)位操作,即在方式選擇開 關(guān)位于“手動(dòng)操作”或“返回原位”時(shí),中間狀態(tài)器同步復(fù)位。故初始化梯形圖如圖 3 7 所

2、示,(如果狀態(tài)器要在供電時(shí)從斷電前條件開始繼續(xù)工作,則不需要 M71。 圖 3 7 狀態(tài)器初始化梯形圖2 . 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。若機(jī)械手工作在自動(dòng)工作方式下,當(dāng)初始狀態(tài)器 S600被置位 后按下啟動(dòng)按鈕,輔助繼電器 M575工作,狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步一步的向下傳遞,即可進(jìn) 行轉(zhuǎn)換。 在執(zhí)行“連續(xù)程序” 時(shí), 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)繼電器 M575一直保持到停機(jī)按鈕按下為止。 另 一面采用 M100檢查機(jī)器是否處于原位。當(dāng) M575和 M100都接通時(shí),從初始狀態(tài)器開始進(jìn)行 轉(zhuǎn)換,故其梯形圖如圖 3 8所示。 圖 3 8狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)梯形圖3 . 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖。激活特殊輔助繼電器 M574并用步進(jìn)梯形指

3、令控制狀態(tài) 器轉(zhuǎn)換時(shí),狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換就被自動(dòng)禁止。在“單周期”工作期間,按下停止按鈕時(shí), M574應(yīng)被激勵(lì)并自保持,操作停止在現(xiàn)行 工步。當(dāng)按下停止按鈕時(shí),從現(xiàn)行工步重新開始工作, M574應(yīng)復(fù)位,即重新允許新轉(zhuǎn)換。在“步進(jìn)”工作方式時(shí), M574應(yīng)始終工作,此時(shí),禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但沒按下一次 啟動(dòng)按鈕時(shí), M574斷開一次,允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次。在“手動(dòng)”工作方式時(shí)禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)方式解除之后,按下啟動(dòng)按鈕,則 狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除, M574復(fù)位,。PLC 在啟動(dòng)時(shí),用初始化脈沖 M71和 M574自保持,以此禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換,直到按下啟動(dòng) 按鈕。故狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖如圖 3 8所示。 圖

4、 3 8 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖通過對(duì) 3 7和 3 8的分析可得出:在執(zhí)行“手動(dòng)操作”和“返回原位”程序時(shí), M575一直不能被接通,而 M574長(zhǎng)期被接通,(按下啟動(dòng)按鈕時(shí)除外;執(zhí)行“步進(jìn)”程序時(shí)沒 按一次啟動(dòng)按鈕, M574斷開一次, M575接通一次, 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次; 在執(zhí)行“單周期操作” 程序時(shí),按下啟動(dòng)按鈕, M574斷開, M575接通,狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換可一步一步向下轉(zhuǎn)換,直至 按下停止按鈕時(shí), M574自鎖,狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換被禁止,操作停止在現(xiàn)行工序(再次按下啟動(dòng) 按鈕時(shí)從現(xiàn)行工序開始工作;在執(zhí)行“連續(xù)程序”時(shí), M575一直接通到按下停止按鈕, 此時(shí) M574一直不能接通。2. 手動(dòng)

5、操作梯形圖手動(dòng)操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制,可以用常規(guī)繼電器順序方式來(lái)設(shè)計(jì)梯 形圖。 “手動(dòng)操作時(shí)”按下放松按鈕時(shí), 機(jī)械手卡抓松開, 當(dāng)松開放松按鈕時(shí), 機(jī)械手卡爪 在液壓缸作用下自動(dòng)加緊并保持; 按下上升按鈕, 上升輸出 Y435保持接通; 按下下降按鈕, Y436保持接通;在上限位按下慢進(jìn)按鈕,慢進(jìn)輸出 Y430接通,至行程開關(guān) SQ7閉合,小車 停止;快進(jìn)、快退、慢退情況同慢進(jìn)。手動(dòng)操作梯形圖設(shè)置有互鎖, 只有在小車處于左限位 (即 X403閉合 或右限位 (即 X412閉合時(shí)機(jī)械手的上升下降動(dòng)作才能進(jìn)行,只有當(dāng)機(jī)械手處于下限位(即 X404接通機(jī)械 手的加緊放松動(dòng)作才可以手動(dòng)

6、控制;為了安全,同一個(gè)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)線圈不能同時(shí)接通,設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了自鎖開關(guān),防止線圈同時(shí)接通造成的短路。故手動(dòng)操作時(shí)梯形圖如圖 3 9所 示。圖 3 9 手動(dòng)操作梯形圖3. 返回原位梯形圖 在“返回原位”狀態(tài)下, “夾緊”與“下降”動(dòng)作應(yīng)被停止, 上限 位未動(dòng)作時(shí),應(yīng)進(jìn)行“上升”;上限位動(dòng)作時(shí),“右行”動(dòng)作應(yīng)停止,并左行至左限3.2 搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.3 搬運(yùn)機(jī)械手控制程序設(shè)計(jì)1 操作面板及動(dòng)作說(shuō)明2 I/O分配3 梯形圖的設(shè)計(jì) 1 梯形圖的總體設(shè)計(jì)2 各部分梯形圖的設(shè)計(jì)3 繪制搬運(yùn)機(jī)械手 PLC 控制梯形圖結(jié) 論 謝 辭參考文獻(xiàn). 附:語(yǔ)句表 梯形圖 I/O接線圖前 言機(jī)械手:mec

7、hanical hand,也被稱為自動(dòng)手, auto hand能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能,用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng) 操作裝置。 它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化, 能在有害環(huán)境下操作以保 護(hù)人身安全,因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件(或工 具的部件,根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式,如 夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)(擺動(dòng)、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái) 實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作, 改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、 伸縮、

8、 旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng) 方式,稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體,需有 6個(gè)自由度。 自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多,機(jī)械手的靈活性越大,通用性越廣,其 結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有 23個(gè)自由度。機(jī)械手的種類,按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手;按適用 范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種; 按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡 控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置,如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳 遞工件, 在加工中心中更換刀具等, 一般沒有獨(dú)立的控制裝置。 有些操作裝置需要由人直接 操縱, 如用于原子能部門操持危

9、險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。 機(jī)械手在鍛造工業(yè) 中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力,改善熱、累等勞動(dòng)條件。機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。 1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。第一章 機(jī)械手概況1.1搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。在機(jī)械工業(yè)中,加工、 裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法,程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、 加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外,還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè),有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械 化。據(jù)資料介紹,美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中,有 75%是小批量

10、生產(chǎn);金屬加工生產(chǎn)批量 中有四分之三在 50件以下,零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5%。從這 里可看出, 裝卸、 搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性, 工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而 產(chǎn)生的。 機(jī)械手可在空間抓放物體, 動(dòng)作靈活多樣, 適用于可變換生產(chǎn)品種的中、 小批量自 動(dòng)化生產(chǎn),廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。國(guó)內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門中機(jī)搬運(yùn)械手主要應(yīng)用于以下幾方面:1. 熱加工方面的應(yīng)用熱加工是高溫、危險(xiǎn)的笨重體力勞動(dòng),很久以來(lái)就要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了提高工作效率,和確保工人的人 身安全,尤其對(duì)于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。2. 冷加工方面的應(yīng)用冷加工

11、方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機(jī)加工時(shí)的 上下料和刀具安裝等。 進(jìn)而在程序控制、 數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用, 成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。 最近更在加工生產(chǎn)線、自動(dòng)線上應(yīng)用,成為機(jī)床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。3. 拆修裝方面拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動(dòng)較多的部門之一,促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。目前國(guó) 內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門,已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動(dòng)缸、裝卸軸箱、組 裝輪對(duì)、 清除石棉等, 減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度, 提高了拆修裝的效率。 近年還研制了一種客車車內(nèi) 噴漆通用機(jī)械手, 可用以對(duì)客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆, 以改善勞動(dòng)條件, 提高噴漆的質(zhì)量和效 率。近些年,隨著

12、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來(lái)越多的應(yīng)用,工 業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。1.2機(jī)械手的應(yīng)用意義在機(jī)械工業(yè)中,機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下:1. 可以提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)械手,有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的 自動(dòng)化程度, 從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率, 降低生產(chǎn)成本, 加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化 的步伐。2. 可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭 味、 有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中, 用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根 本不可能的。 而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人

13、安全地完成作業(yè), 大大地改善了工人的勞 動(dòng)條件。 在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中, 以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作, 可以避免由 于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。3. 可以減少人力,便于有節(jié)奏地生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作,這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面,同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手 可以連續(xù)地工作, 這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。 因此, 在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線 上, 目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手, 以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍, 便于有節(jié)奏地進(jìn)行生 產(chǎn)。1.3機(jī)械手的發(fā)展概況專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展,如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī) 械手的應(yīng)用和發(fā)展, 進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。

14、 智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容, 不僅包括 一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí),而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì) 算技術(shù)、 無(wú)線電控制、 仿生學(xué)和假肢工藝等, 因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。 目前國(guó)內(nèi) 外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視, 幾十年來(lái), 這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍, 設(shè)計(jì)在不 斷地修改,品種在不斷地增加,應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。早在 40年代,隨著原子能工業(yè)的發(fā)展,已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。5060年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī) 械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特 (Unimate機(jī)械手即屬于這種類型。6070年代,又相繼把通用

15、機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上,亦即是 第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。80-90年代,裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期,尤其是日本。90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展, 除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外, 農(nóng)、 林、 礦業(yè)、 航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。90年代以后,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展,機(jī)械手技術(shù)也 得到飛速的多元化發(fā)展。總之,目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代:第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制,控制方式為開環(huán)式,沒有識(shí)別能力;改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度;第二代機(jī)械手設(shè)有電 子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),具有視覺、觸覺能力,甚至聽、想的

16、能力。研究安裝各種傳感器,把接 收到的信息反饋, 使機(jī)械手具有感覺機(jī)能; 第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過程中的任務(wù)。 它 與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系, 并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng) FMS(Flexible Manufacturing System 和柔性制造單元 FMC(Flexible Manufacturing Cell中重要一環(huán)。1.4機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面,數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此,國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍,重點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手, 以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度, 改善作業(yè)條件。 在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí),

17、相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手, 有條 件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件,如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu),以及適于不同類型 的夾緊機(jī)構(gòu), 設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu), 以便根據(jù)不同的作業(yè)要求,選用不用的典型部件, 即 可組成各種不同用途的機(jī)械手。 既便于設(shè)計(jì)制造, 又便于改換工作, 擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。 同時(shí)要提高精度, 減少?zèng)_擊, 定位精確, 以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。 此外還應(yīng)大力研究伺服 型、記憶再現(xiàn)型,以及具有觸覺、視覺等性能地機(jī)械手,并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用,逐步成為整 個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中,工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多,發(fā)展較快。目前

18、主要用于機(jī)床、模鍛壓 力機(jī)的上下料,以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中,它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作, 但是還不具備任何傳感反饋能力, 不能應(yīng)付外界的變化。 如發(fā)生某些偏離時(shí), 就將引起零部 件甚至機(jī)械手本身的損壞。 為此, 國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)械手, 使其擁有一定的傳感能力, 能反饋外界條件的變化, 做出相應(yīng)的變更。 如位置發(fā)生稍些偏差 時(shí),即能更正,并自行檢測(cè),重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀(即距離傳感器以及衛(wèi)星計(jì) 算機(jī)。 工作時(shí), 電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào), 然后傳送給計(jì)算機(jī), 以便分析物體的 種類、大小、

19、顏色和方位,并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。 工作時(shí)機(jī)械手先伸出手指尋找工件, 通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用,然后伸向前方,抓住工件。手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來(lái)控制, 達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小。 總之,隨著傳感技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到 1995年,全世界 約有 50%的汽車由機(jī)械手裝配?，F(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合,從 而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。1.5 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用1. 可編程序控制器的應(yīng)用和發(fā)展概況可編程序控制器(prog

20、rammable controller,現(xiàn)在一般簡(jiǎn)稱為 PLC (programmable logic controller ,它是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng) 控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。以其顯著的 優(yōu)點(diǎn)在冶金、 化工、 交通、 電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用, 成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之 一。在可編程序控制器問世以前, 工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。 傳統(tǒng)的繼電器控制 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 易于掌握、 價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn), 在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。 但是控制裝置體積大、 動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少,特別是由于它靠硬件連線構(gòu)

21、成系統(tǒng),接線繁雜, 領(lǐng)域非常廣,并在迅速擴(kuò)大,對(duì)于而今的 PLC 幾乎可以說(shuō)凡是需要控制系 統(tǒng)存在的地方就需要 PLC , 尤其近幾年來(lái) PLC 的性價(jià)比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、 機(jī)械、 石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。按 PLC 的控制類型,其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面。1 . 用于邏輯控制這是 PLC 最基本, 也是最廣泛的應(yīng)用方面。 用 PLC 取代繼電器控制和順序控制器控制。 例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯控制等。2 . 用于模擬量控制PLC 通過模擬量 I/O模塊,可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換,并對(duì)模擬量控制。 3 . 用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制現(xiàn)代 PLC 具有很強(qiáng)

22、的數(shù)據(jù)處理功能,它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制(NC 及計(jì)算機(jī) 控制(CNC 緊密結(jié)合,實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。4 . 用于工業(yè)機(jī)器人控制5 . 用于多層分布式控制系統(tǒng)高功能的 PLC 具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力, 可實(shí)現(xiàn) PLC 與 PLC 之間、 PLC 與遠(yuǎn)程 I/O之間、 PLC 與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。3. PLC的特點(diǎn)1 . 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)PLC 能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、 電源電壓波動(dòng)、 機(jī)械振動(dòng)、 溫度變化等中可靠地工作, PLC 的平均無(wú)故障間隔時(shí)間高, 日本三菱公司的 F1系列 PLC 平均無(wú)故障時(shí)間間隔長(zhǎng)達(dá) 30萬(wàn) h ,這是一般微機(jī)所不能

23、比擬的。2 . 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)由于 PLC 是采用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能,對(duì)同一控制對(duì)象,當(dāng)控制要求改變需改變 控制系統(tǒng)的功能時(shí),不必改變 PLC 的硬件設(shè)備,只需相應(yīng)改變軟件程序。3 . 編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便4 . 組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣PLC 既可用于開關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制; 既可用單片機(jī)控制, 又可用于組成 多級(jí)控制系統(tǒng);既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng),又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此, PLC 應(yīng)用范圍很廣。5 . 體積小、重量輕、功耗低PLC 采用了半導(dǎo)體集成電路,外形尺寸很小,重量輕,同時(shí)功耗也很低,空載功耗約 1.2KW 。5.PLC 在機(jī)械手中的應(yīng)用機(jī)械手通常應(yīng)用于動(dòng)作

24、復(fù)雜的場(chǎng)合來(lái)代替人的反復(fù)的操作,從而節(jié)省人的勞動(dòng),普通 繼電器由于其體積和接口等各方面限制,經(jīng)常被應(yīng)用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的電氣及流水線控制,而 PLC 以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) ; 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng) ;編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便 ; 組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣 ; 體積小、重量輕、功耗 低等有點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于類似機(jī)械手的控制動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合, 本設(shè)計(jì)正是以 PLC 控制為基礎(chǔ)從 而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)。第二章 搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案2.1搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作本機(jī)械手用于生產(chǎn)線上工件的自動(dòng)搬運(yùn),根據(jù)對(duì)機(jī)械手的工藝過程及控制要求分析, 機(jī)械手的動(dòng)作過程如圖 3 1所示:圖 2 1機(jī)械手的動(dòng)作周期

25、2.2機(jī)械手的控制過程如圖 3 2所示由 A 、 B 兩個(gè)液壓缸完成工件的夾緊和提升的動(dòng)作, A 缸通過一個(gè)單電兩 位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松, B 缸通過一雙電兩位四通電磁閥控制機(jī)械手的升 降;由小車實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的移動(dòng)。該小車由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),一臺(tái)是高速,一臺(tái)是慢速。當(dāng)小 車前進(jìn)時(shí)以慢快慢的形式進(jìn)行, 返回時(shí)按慢快慢的形式后退。 當(dāng)工件從傳送帶傳輸 到機(jī)械手下方時(shí),工件碰壓行程開關(guān) SQ1, B 缸活塞桿伸出,帶動(dòng)機(jī)械手下降,下降至終點(diǎn) 碰壓行程開關(guān) SQ3與機(jī)械手夾鉗相連的 A 缸活塞桿收進(jìn), 機(jī)械手將工件夾緊; 當(dāng)工件夾緊到 位時(shí),行程開關(guān) SQ5動(dòng)作, B 缸的活塞桿收進(jìn),把工

26、件提升;當(dāng)工件提升到最高位置時(shí)碰壓 行程開關(guān) SQ4,啟動(dòng)小車慢速右行;當(dāng)小車碰壓行程開關(guān) SQ7時(shí)轉(zhuǎn)為快速行走;接近終點(diǎn)時(shí) 小車碰壓行程開關(guān) SQ8,轉(zhuǎn)為慢速行走;行至右端行程開關(guān) SQ9,小車停止前進(jìn);停留 5秒 后, B 缸活塞桿再次外伸, 機(jī)械手下降至終點(diǎn), A 缸活塞桿外伸帶動(dòng)夾鉗松開, 將工件放下; 然后機(jī)械手上升,小車以慢快慢的形式沿原路返回,恢復(fù)到圖示所示的原點(diǎn)位當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對(duì)象改變時(shí),原有的接線刻控制盤(柜就必須隨之改變或更換, 通用性和靈活性較差。2.PLC 的應(yīng)用概況 PLC 的應(yīng)用置。 2.3機(jī)械手的控制要求為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為手

27、動(dòng)和自動(dòng)操作,其 中自動(dòng)操作中包括了:單步、單周期、連續(xù);手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。手動(dòng)操作:供維修用,即用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如,當(dāng)選擇手動(dòng) 操作時(shí),按下上升 /下降按鈕,機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作,其它動(dòng)作以此 類推?；卦?當(dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí),再次通電將操作方式選 擇置于回原位位置,按下復(fù)位按鈕,機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點(diǎn)位置。單步運(yùn)行:供試用,即沒按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。單周期運(yùn)行:供首次檢驗(yàn)用,當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕,機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行一個(gè) 周期后停止在原點(diǎn)位置連續(xù)運(yùn)行:正常使用,當(dāng)機(jī)械手在原

28、點(diǎn)并按下啟動(dòng)按鈕時(shí),機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各 工步動(dòng)作。該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí),應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”,并按下 返回原位按鈕, 對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位, 然后再將工作方式選擇開關(guān)放置自動(dòng)工作方式下。 若自 動(dòng)工作狀態(tài)解除,則硬件工作方式選擇開關(guān)放置于“手從操作”位置。第三章 搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)械部分和電氣控制部分的設(shè)計(jì)。3.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如圖 3 2所示圖 3 2:機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖圖中設(shè)置 9個(gè)行程開關(guān) SQ1 SQ9用于檢測(cè)工件、 小車、 機(jī)械手的位置及機(jī)械手夾鉗的 夾緊、放松狀態(tài),并對(duì)系統(tǒng)實(shí)施控制。其中 SQ1為工件是否到位的檢測(cè)開關(guān); SQ2

29、為小車原 位檢測(cè)開關(guān); SQ3、 SQ4分別為機(jī)械手下降上升是否到位檢測(cè)開關(guān); SQ5、 SQ6分別為機(jī)械手 夾緊放松檢測(cè)開關(guān); SQ7、 SQ8分別為小車速度轉(zhuǎn)換開關(guān); SQ9為小車運(yùn)動(dòng)停止開關(guān)。 3.2電氣控制的設(shè)計(jì)包括主電路和控制電路的設(shè)計(jì)。主電路由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī),即慢速電機(jī)和快速電機(jī),分別 拖動(dòng)小車慢行和快行, 其控制如下:慢速電動(dòng)機(jī) M1由接觸器 KM1、 KM2分別控制其正傳和反 轉(zhuǎn);快速電動(dòng)機(jī) M2由接觸器 KM3和 KM4分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)。機(jī)械手的夾緊放松動(dòng)作是 由一單電兩位四通電磁閥控制的一個(gè)液壓缸完成的, 在通電情況下, 機(jī)械手松開, 得電時(shí)松 開,可以防止在設(shè)備運(yùn)行過程中

30、突然斷電導(dǎo)致的機(jī)械手松開,工件脫落的情況發(fā)生。3.3操作面板及動(dòng)作說(shuō)明根據(jù)控制和生產(chǎn)工藝的要求,控制操作包括手動(dòng)和自動(dòng),手動(dòng)又包括手動(dòng)步進(jìn)、回原 位操作,自動(dòng)控制包括單步、單周期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開關(guān)設(shè)置有五個(gè)檔位。 手動(dòng)工作方式下,手動(dòng)動(dòng)作包括上升、下降、放松、快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退和復(fù)位,故設(shè) 置六個(gè)動(dòng)作看官按鈕。各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行的同時(shí)均設(shè)有動(dòng)作指示燈。另外設(shè)有啟動(dòng)停止按鈕。其操作面板如圖 3 3所示:圖 3 3機(jī)械手操作面板示意圖3.4 I/O分配I/O設(shè)備即所需的 I/O點(diǎn)數(shù)如下表所示: 根據(jù) I/O點(diǎn)的分配要求及考慮 10%到 15%的 I/O裕量, 本設(shè)計(jì) PLC 采用 F1

31、 60MR 36/24型,樣圖見圖 3-4所示:圖 3 4 F1-40MR樣圖控制電路設(shè)計(jì)主要是 PLC 輸入、輸出接線的設(shè)計(jì),其 I/O分配如圖 3 5所示。 電氣接線圖見附圖圖 3 5 PLC I/O接線控制圖第四章 搬運(yùn)機(jī)械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械手動(dòng)控制屬順序控制,故其手動(dòng)程序采用普通的 PLC 控制指令控制,自動(dòng)程序采 用步進(jìn)梯形指令控制4.1梯形圖的總體設(shè)計(jì) 按照機(jī)械手控制和工藝流程的要求,在選擇“手動(dòng)方式”時(shí)應(yīng)執(zhí)行手動(dòng)程序;在選擇 “回原位”時(shí)應(yīng)執(zhí)行回原位位置。故返回原位梯形圖如圖 3 10所示: 圖 3 10 返回原位梯形圖4.“自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖 圖 3 11表示了機(jī)械手自動(dòng)工作時(shí)

32、執(zhí)行各工步的情況, 表示了 各工步的實(shí)現(xiàn)和轉(zhuǎn)換的條件。 在第一次下降工步中, 下降電磁閥 Y436接通。 自下限位置時(shí), X404接通,轉(zhuǎn)換為“夾持”過程;夾持電磁閥 Y434復(fù)位,至加緊限位 X406接通,轉(zhuǎn)換為 上升動(dòng)作;當(dāng)上限為開關(guān) SQ4閉合, X405接通,小車開始慢進(jìn)動(dòng)作?？爝M(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、 下降、加緊、上升、慢退、快退、慢退動(dòng)作依次類推,如上所述一步一步按順序驅(qū)動(dòng)各個(gè)負(fù)載動(dòng)作,稱為順序控制或過程步進(jìn)型控制。 圖 3 11搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作流程圖 用狀態(tài)器代替自動(dòng)工作流程圖的各工步,可得到 3 12所示的功能表圖:圖 3 12 搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作功能表圖根據(jù)圖 3 12所示的自動(dòng)工

33、作功能表圖,可設(shè)計(jì)出自動(dòng)操作時(shí)的梯形圖如圖 3 13所 示。 圖 3 13搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作梯形圖5、繪制搬運(yùn)機(jī)械手 PLC 控制梯形圖將從初始化開始的一系列梯形圖,按照總體結(jié)構(gòu)圖(圖 3 6的形式組合在一起,得 到機(jī)械手 PLC 控制的梯形圖(見附圖,其語(yǔ)句表見附錄。附圖:搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖搬運(yùn)機(jī)械手控制梯形圖搬運(yùn)機(jī)械手動(dòng)作流程圖搬運(yùn)機(jī)械手控制接線圖結(jié) 論本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于機(jī)加工生產(chǎn),貨物調(diào)運(yùn)等場(chǎng)合。搬運(yùn)機(jī)械手采用 PLC 控制,體積小,重量輕,控制方式靈活,可靠性高,操作簡(jiǎn)單, 維修容易。使用該機(jī)械手代替人工搬運(yùn)工件,既安全,又準(zhǔn)確,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,保證了 工件的質(zhì)量,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,

34、具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?？删幊炭刂破?PLC 以其豐富的 I/O接口模塊、 高可靠性 , 可以在機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)中起到了十分重要的作用。本文就設(shè)計(jì)過程中的幾項(xiàng)關(guān)鍵的問題提出了自己的一些看法 , 可以有效地提高系統(tǒng)的 抗干擾能力 , 對(duì) PLC 讀、寫 , 事件響應(yīng)等通信時(shí)間可進(jìn)行精確的控制 , 取得了良好的效果 .隨著機(jī)械手應(yīng)用的普及,機(jī)械手向著專用化,機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化的方向發(fā) 展, 機(jī)械手的動(dòng)作更加靈活多樣, 其控制方式也在向著多元化的方向發(fā)展, 在 PLC 控制的過 程中 , 還有許多的問題需要解決, PLC 在機(jī)械手開發(fā)中的開發(fā)應(yīng)用還有很大的空間。謝 辭此次設(shè)計(jì)是

35、在杜志強(qiáng)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師為論文課題的研究提出了許多指 導(dǎo)性的意見,為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。杜志強(qiáng)老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、 不斷探索的科研作風(fēng), 敏銳深邃的學(xué)術(shù)洞察力, 孜孜不倦的敬業(yè)精神, 給我留下了深刻的印象,使我受益良多。生活中杜志強(qiáng)老師就是我的朋友,她的態(tài)度讓我對(duì)生活有了新的認(rèn)識(shí)。 在本文結(jié)束之際,特向我敬愛的導(dǎo)師致以最崇高的敬禮和深深的感謝!通過此次設(shè)計(jì),一方面讓我認(rèn)識(shí)到自己的不足,發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤之處;另一方面 又積累豐富的知識(shí), 吸取別人好的方法和經(jīng)驗(yàn), 增強(qiáng)對(duì)復(fù)雜問題的解決能力, 摸索出一套解 決綜合問題的方法, 為自己以后的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

36、 再一方面也加強(qiáng)了我和老師 的交流,認(rèn)識(shí)到知識(shí)的淵博度。經(jīng)過這次的努力,使我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。這份畢業(yè)設(shè)計(jì)既是對(duì)過去三年所學(xué)知 識(shí)的總結(jié),又是自己知識(shí)的積累,也大大加深了對(duì)單片機(jī)技術(shù)的了解。畢業(yè)設(shè)計(jì)中既動(dòng)腦、,又動(dòng)手,是一個(gè)理論與實(shí)際結(jié)合的過程。僅僅有理論是不夠的, 更重要的是實(shí)際的, 是我們所設(shè)計(jì)的實(shí)物, 具有設(shè)計(jì)合理, 經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。 這就需要我們 設(shè)計(jì)者考慮問題是要仔細(xì)、 周密, 不能有絲毫的大意。 對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)越化, 也需要我們綜 合各方面的因素考慮,尤其是實(shí)際。再次像教育指導(dǎo)我的老師及同學(xué)表示誠(chéng)摯的感謝!鑒于本人所學(xué)知識(shí)有限,經(jīng)驗(yàn)不足,又是初次研究這種復(fù)雜的設(shè)計(jì),在此過程中難

37、免 存在一些錯(cuò)誤和不足之處,懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)和指正。 參考文獻(xiàn)1 王炳實(shí) . 機(jī)床電氣控制 . 第三版 . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2004年:146-1622 王本軼 . 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ) . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2005年:283-2883 丁樹模 . 液壓傳動(dòng) . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2007年4 林平勇 . 高崇 . 電工電子技術(shù) . 第二版:北京:高等教育出版社, 2004年5 熊幸明 . 曹才開 . 一種工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制 . 微計(jì)算機(jī)信息, 2006年,第 22卷第 11期 :120-1226 孔秀艷 . 一種四軸搬運(yùn)機(jī)械手的 PLC 控制 . 大眾科技, 2

38、008年, 第 7期:112-1137 劉軒 . 王麗偉 . 機(jī)械手的 PLC 控制 . 機(jī)床電器 . 2006年, 34-498 張應(yīng)金 . PLC 在機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 . 自動(dòng)化博覽, 2008年 02月刊:71-739 曾繁鈴 . 一種 PLC 控制的工業(yè)機(jī)械手 . 常熟理工學(xué)院報(bào), 2008年 4月第 22卷第 四期:101-10410 羅庚合 . 蔡霞 . 搬運(yùn)機(jī)械手的 PLC 控制 . 西安航空技術(shù)高等專科學(xué)校, 2002年, 第 20卷第一期:7-911 言紀(jì)蘭 . 懂峰 . 基于 PLC 控制的搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用 . 機(jī)械工程與自動(dòng)化, 2008年 4月第 2期:156-15812 楊峰 . SMR 搬運(yùn)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 機(jī)車車輛工藝, 1998年第 6期:36-4013 詹貴印 . 周紅梅 . 三自由度液壓機(jī)械手的 PLC 控制研究 . 裝備制造行業(yè)應(yīng)用, 2007年 7月:109-11214 姜培剛 . 蓋玉先 . 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2008年15 王坤 . 何小柏 . 機(jī)械設(shè)計(jì) . 北京:高等教育出版社, 1996年 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 9