基于plc的搬運機械手控制系統(tǒng)設計論文(已修改)

　

【正文】 基于PLC的搬運機械手控制系統(tǒng)設計論文作者：日期：基于PLC的搬運機械手控制系統(tǒng)設計摘 要 隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運機械手的應用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機械加工、食品、醫(yī)藥等領域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調運，可以更好的節(jié)約能源和提高運輸設備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的要求。 本機械手的機械結構主要是曲軸在兩條生產(chǎn)線之間搬運任務的搬運機械手控制系統(tǒng)進行設計。采用了電氣一體化的設計方案，使用帶自鎖功能的氣缸實現(xiàn)了機械手對工件的抓放和保證了在斷氣狀態(tài)下機械手狀態(tài)的保持，通過伺服電機來實現(xiàn)機械手在水平、豎直方向快速精確的移動。采用SIEMENS公司的SIMATIC S7200系列PLC作為核心控制器，外擴定位模塊EM253模塊對伺服電機進行精確的定位控制，從硬件和軟件兩個方面進行設計，完成了PLC在搬運機械手中硬件連接，I/O點分配和應用程序的設計，實現(xiàn)了機械手的上電初始化、零點復位、故障報警、手動運行、半自動運行和在無人看守時的自動運行。最終達到設計要求，完成搬運目的。關鍵詞 搬運機械手 定位模塊EM2253 控制系統(tǒng) 可編程PLC SIMATIC S7200系列PLC核心控制器。目 錄目 錄 21引言 1 搬運機械手的應用簡況 1 機械手的應用意義 22 系統(tǒng)設計 2 系統(tǒng)結構及流程 2 系統(tǒng)主要部件選擇 4 氣缸的選擇 5 閥門的選擇 6 行程開關的選擇 6 接近開關的選擇 6 驅動電機的選擇 63控制系統(tǒng)的硬件設計 7 控制系統(tǒng)功能 7 控制系統(tǒng)硬件結構 8 位控模塊 8 控制系統(tǒng)硬件結構 9 操作面板的設計 9 PLC系統(tǒng)設計 11 PLC的I/O分配表 11 PLC的I/O接線圖 11 運動控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 12 控制系統(tǒng)電路設計 174 系統(tǒng)軟件的設計與實現(xiàn) 19 系統(tǒng)工作方式 19 程序設計 19 主程序設計 19 初始化子程序設計 20 復位子程序設計 20 報警子程序設計 21 手動運行子程序設計 21 半自動運行子程序 22 自動子程序設計 235 結束語 25致 謝 26參考文獻 27附錄1 系統(tǒng)配件清單 28附錄2 程序清單 281引言 搬運機械手的應用簡況 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法，程控機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。 但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5％。從這里可看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性自動線。 國內外機械工業(yè)、鐵路部門中搬運機械手主要應用于以下幾方面： （1）熱加工方面的應用 熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機械手操作。 （2）冷加工方面的應用 冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。進而在程序控制、數(shù)字控制等機床上應用，成為設備的一個組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應用，成為機床、設備上下工序聯(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)繁重體力勞動較多的部門之一，促進了機械手的發(fā)展。目前國內鐵路工廠、機務段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內噴漆通用機械手，可用以對客車內部進行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質量和效率。 近些年，隨著計算機技術、電子技術以及傳感技術等在機械手中越來越多的應用，工業(yè)機械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動生產(chǎn)率的重要因素。 機械手的應用意義 由于工業(yè)自動化的全面發(fā)展和科學技術的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業(yè)自動化的要求，因此，必須利用先進設備生產(chǎn)自動化機械以取代人的勞動，滿足工業(yè)自動化的需求。其中機械手是其發(fā)展過程中的重要產(chǎn)物之一，它不僅提高了勞動生產(chǎn)的效率，還能代替人類完成高強度、危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉兩得。在機械行業(yè)中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更為普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)fms和柔性制造單元fmc中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應性很強。但目前我國的工業(yè)機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國機械行業(yè)自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟上、技術上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設計具有重要意義。2系統(tǒng)設計 系統(tǒng)結構及流程 本課題的研究主要是將摩托車發(fā)電機的曲軸從一個自動生產(chǎn)線搬運到另一個自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)。兩生產(chǎn)線的布置和具體位置參數(shù)如圖21所示：圖21 機械系統(tǒng)整體布局示意圖 機械手主要由手部、腕部、升降部、滑動部、機座和控制箱，以及其它附件組成。其中手部為四指結構，其運動由具有自鎖功能的夾緊氣缸完成；升降部以導軌為導向裝置，其運動由伺服電機驅動絲杠來完成；滑動部也是以導軌為導向裝置，其運動由伺服電機驅動齒輪在齒條上滾動來完成。PLC和相關控制器件安裝于控制箱內，通過電纜和信號線與機械手進行聯(lián)接。機械手的定位采用脈沖數(shù)來控制，升降運動和滑動都有快慢速調整，調整位置也由脈沖數(shù)來控制，而速度由脈沖頻率調整。在料架1和料架2上分別安裝接近開關，進行生產(chǎn)線上有無工件的檢測，滿足在料架1有工件時機械手才進行下降和抓取，料架2上無工件時機械手才下降放下工件。機械手還滿足在斷氣和掉電時能夠自鎖，保持當前的狀態(tài)。系統(tǒng)上電后機械手開始初始化，初始化完畢后選擇工作方式，分別為手動模式，半自動模式，自動模式。手動模式工作下，操作員可以通過控制面板控制機械手的單步運動和零點復位，能夠在機械手故障時進行檢修。 半自動工作方式下，只要操作員選擇半自動工作方式，然后按下啟動按鈕，機械手首先會零點復位，然后檢查料架1有工件，機械手下降抓取工件，上升前進，檢測料架2上無工件機械手下降放下工件，返回原點，一個周期的動作完成，機械手停機。 自動方式開始工作下，按下啟動按鈕，兩臺伺服電機通電，滑臺、升降臺、氣缸等回到原位，氣壓表顯示正常。機械手運動到上、左原點位。當檢測到料架1上有工件時，電機1反轉，升降臺快速下降，達到一定脈沖數(shù)后減速，到達下工位2時，電機1停轉；氣缸伸出夾緊工件，當氣缸壓力到達一定程度時壓力傳感器得電表明工件夾緊；電機1正轉，升降臺先快速上升，達到一定脈沖數(shù)后時減速，當?shù)竭_上原點時，電機1停轉，升降臺停止；電機2反轉，滑臺快速前進，達到一定脈沖數(shù)后滑臺減速，到達右工位時電機2停止；當檢測到生產(chǎn)線2無工件時，電機1反轉，升降臺快速下降，達到一定脈沖數(shù)后減速，到達下工位1時電機1停轉；氣缸縮回放開工件，壓力傳感器失電表明工件已松開；電機1正轉，升降臺上升，先快速后慢速，當?shù)竭_上原點時電機1停轉，升降臺停止；電機2正轉，滑臺返回到初始位置，電機2停止。一個工作流程結束。機械手的工藝流程如圖22所示。 系統(tǒng)主要部件選擇 工業(yè)機器人驅動系統(tǒng)的設計往往要受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時還要考慮成本因素的影響以及所能達到的技術水平。驅動元件是伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它的作用是把驅動控制線路的電信號轉換為機械運動。整個伺服系統(tǒng)的調速性能、動態(tài)特性、運動精度等均與驅動元件有密切關系。常用的驅動方式主要有液壓驅動、電氣壓驅動和電－液驅動三種基本類型。 結合各種驅動類型的特點和機械結構設計與傳動類型的選擇。本機械手采用電氣結合的驅動方式。其中，機械手的升降和平移都采用交流伺服電機驅動，手部的開合采用氣缸驅動。圖22 機械手工藝流程圖 氣缸的選擇 夾緊裝置是使手爪開、閉動作