plc氣動機械手設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 本科生畢業設計（論文）PLC氣動機械手設計畢業論文目 錄第1章 緒 論 1 機械手的概念 1 氣動機械手的簡介 1 氣動技術 1 氣動機械手 2 氣動機械手的發展趨勢 3第2章 方案論證 4 機械手的設計 4 氣動搬運機械手的結構 4 氣動搬運機械手的工作原理 4 氣動搬運機械手群 5 氣動搬運機械手群結構 5 氣動搬運機械手群工作原理 6 本論文的主要內容及達到的目標 6 本系統的控制方案 6第3章 系統硬件電路的設計 8 PLC的簡介 8 8 PLC的應用領域 8 PLC的系統組成 9 PLC的工作原理 11 輸入/輸出信號 13 PLC的選型 15 I/O地址分配 17 PLC外部接線 19 電氣控制原理 23第4章 軟件設計 24 機械手1控制程序 24 機械手2控制程序 27 機械手3控制程序 30 機械手群主程序 33第5章 結論 37參考文獻 38致 謝 39附 錄Ⅰ 40附 錄Ⅱ 55附 錄Ⅲ 60II第1章 緒 論機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動化生產設備。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器的優點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業的準確性和各種環境中完成作業的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發展前景。 機械手的概念我國國家標準(GB/T12643–90)對機械手的定義：“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體，或進行其它操作的機械裝置?！睓C械手可分為專用機械手和通用機械手兩大類。專用機械手：它作為整機的附屬部分，動作簡單，工作對象單一，具有固定(有時可調)程序，使用大批量的自動生產。如自動生產線上的上料機械手，自動換刀機械手，裝配焊接機械手等裝置。通用機械手：它是一種具有獨立的控制系統、程序可變、動作靈活多樣的機械手。它適用于可變換生產品種的中小批量自動化生產。它的工作范圍大，定位精度高，通用性強，廣泛應用于柔性自動線。 機械手最早應用在汽車制造工業，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。機械手擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環境中的工作；代替人完成繁重、單調的重復勞動，提高勞動生產率，保證產品質量。目前主要應用于制造業中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業。機械手與數控加工中心，自動搬運小車與自動檢測系統可組成柔性制造系統(FMS )和計算機集成制造系統(CIMS )，實現生產自動化。隨著生產的發展，功能和性能的不斷改善和提高，機械手的應用領域日益擴大。 氣動機械手的簡介 氣動技術氣動技術—這個被譽為工業自動化之“肌肉”的傳動與控制技術，在加工制造業領域越來越受到人們的重視，并獲得了廣泛應用。目前，伴隨著微電子技術、通信技術和自動化控制技術的迅猛發展，氣動技術也不斷創新，以工程實際應用為目標，得到了前所未有的發展。氣動技術(Pneumatics)是以壓縮空氣為介質來傳動和控制機械的一門專業技術。“Pneumatics”一詞起源于希臘文的“Pneuma”，其原義為“呼吸”，后來才一演變成“氣動技術”。氣動技術因具有節能、無污染、高效、低成本、安全可靠、結構簡單，以及防火、防爆、抗電磁干擾、抗幅射等優點廣泛應用于汽車制造、電子、工業機械、食品等工業產業中。隨著新材料、新技術、新工藝的開發和應用，氣動技術己經突破傳統的設計、制造理念，正在IC/LCD、微電子、生物制藥、醫療機械等高技術領域扮演著重要角色。隨著生產自動化程度的不斷提高，氣動技術應用面迅速擴大，氣動產品品種規格持續增多，性能、質量不斷提高，市場銷售產值穩步增長。在工業技術發達的歐美、日本等國家，氣動元件產值已接近液壓元件的產值，而且仍以較快的速度在發展。氣動工業的高速增長，進一步刺激了氣動技術的發展。氣動技術正朝著精確化、高速化、小型化、復合化和集成化的方向發展。 氣動機械手工業機械手使用最多的一種驅動方式是電機驅動。驅動電機一般采用步進電機、直流伺服電機以及交流伺服電機。由于電機速度高，通常須采用減速機構(如諧波傳動、RV擺線針輪傳動、齒輪傳動、螺旋傳動和多桿機構等)。這類機械手的特點是控制精度高，驅動力較大，響應快，信號檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方案。但是由于這類機械手價格昂貴，限制了在一些場合的廣泛應用。因此，人們開始尋求其它一些經濟適用的機械手驅動方式。隨著氣動技術獲得了快速發展，其利用成本性能比低廉及同時具有許多優點的氣動設備，在滿足社會生產實踐需要的同時也越來越多的受到重視。氣動機械手技術已經成為能夠滿足許多行業生產實踐要求的一種重要實用技術。氣動機械手與其它控制方式的機械手相比，具有價格低廉、結構簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強等特點。 各種控制方式的比較項目氣壓傳動液壓傳動電氣傳動機械傳動系統結構簡單復雜復雜較復雜安裝自由度大大中小輸出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高高續表 動作速度大稍大大小響應速度慢快快中清潔度清潔可能污染清潔較清潔維護簡單比氣動復雜需要專門技術簡單價格一般稍高高一般技術要求較低較高最高較低控制自由度大大中小危險性幾乎沒問題注意火一般無問題無特殊問題氣動機械手是在己有的機械手基礎上發展起來的。二者之間的區別在于氣動機械手發展的起點頗高，它強調模塊化的形式，把專用機械手和通用機械手結合起來?，F代氣動機械手的基本結構由感知部分、控制部分、主機部分和執行部分四個方面組成。采集感知信號及控制信號均由智能閥島來處理，氣動伺服定位系統代替了伺服電機、步進馬達或液壓伺服系統；氣缸、擺動馬達完成原來由液壓缸或機械所作的執行動作；主機部分采用了標準型材輔以模塊化的裝配形式，使得氣動機械手能拓展成系列化、標準化的產品。人們根據應用情況的要求，選擇相應功能和參數的模塊，像積木一樣隨意的組合，這是一種先進的設計思想，代表氣動機械手今后的發展方向，也將始終貫穿著氣動機械手的發展及實用性。因此，氣動機械手可以代替一些功能不理想的工業機械手的地位，在目前的工業自動線上有著及其廣泛的應用前景。 氣動機械手的發展趨勢盡管世界工業經濟發展放緩，使得氣動機械手的發展受到一定的影響，然而，作為新興科學技術的產物，氣動機械手的發展勢不可擋。目前，氣動機械手的發展呈現出了以下趨勢：結構模塊化控制智能化感覺功能變強系統應用與集成化可靠性越來越高易操作更靈活向微型化方向發展第2章 方案論證 機械手的設計 氣動搬運機械手的結構機械手的種類很多，但按手臂坐標類型來分主要有直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式、關節坐標式、SCARA型。本論文所針對的機械手屬于圓柱坐標式，機械手主要是由基座和手臂兩部分組成?；闹饕蝿帐侵魏屯瓿墒直刍剞D。手臂裝在基座上，作上下直線運動，手部可夾緊/放松。機械手手部機械手橫臂機械手立柱機械手基座 機械手原理圖本機械手的全部動作由氣缸驅動。氣缸由電磁閥控制。驅動部分有升降氣缸、擺動氣缸和手部驅動氣缸。 氣動搬運機械手的工作原理本機械手采用氣壓驅動，使用的是壓力為0. 6 MPa，最高可達1 Mpa。這個機械手具有二個直線運動和一個旋轉運動自由度，用于將原工作臺上的物品搬到其左側工作臺上。機械手的全部動作由氣缸驅動，氣缸由電磁閥控制，整個機械手在工作中能實現上升/下降、左旋轉/右旋轉、夾緊/放松功能，是目前較為簡單的、應用比較廣泛的一種機械手。開始下降抓緊上升左旋下降放松上升右旋 結束原位其升降運動通過升降氣缸、垂直導柱、滑動導柱、垂直導軌及升降位置微動開關相互配合完成，升降工作行程為0~1500mm。轉動是通過擺動氣缸、軸向止推軸承、擺動臂及擺動位置微動開關協調完成，轉動工作行程為0~180176。手部是通過氣缸、彈簧的作用來夾持物品，夾持力是靠調節彈簧的預壓縮量來調整。 氣動搬運機械手群 氣動搬運機械手群結構本論文的控制對象是由三個機械手組成的機械手群。機械手1機械手2機械手3工作臺A工作臺B工作臺C紅外檢測紅外檢測紅外檢測三個機械手、三個工作臺和三個紅外檢測器固定在一個大型的基座上。每個機械手的手部正下方都有工作臺，用于放置物品。在每個機械手的基座和工作臺之間都有一個紅外檢測器，用于檢測工作臺上是否有物品。機械手把物品從右面的工作臺上移到左面的工作臺上。 氣動搬運機械手群工作原理當系統工作開始時，工作臺A上有物品時，機械手1首先工作，完成8個基本操作后（即一個循環），把物品放在工作臺B上，機械手2便啟動工作，同樣完成一個循環后，把物品放在工作臺C上，機械手3啟動工作，這樣3個機械手不斷的循環工作；當系統工作結束時，機械手1首先完成一個循環后停止，然后機械手機械手3也順序依次停止工作。 本論文的主要內容及達到的目標本論文主要內容是以氣動搬運機械手作為控制對象，用PLC作為控制器，最終實現對氣動搬運機械手群自動運行的控制。本論文要達到的目標是，當系統工作開始時，機械手1首先工作，完成8個基本操作后（即一個循環），機械手2便啟動工作，同樣完成一個循環后，機械手3啟動工作，這樣3個機械手不斷的循環工作；當系統工作結束時，機械手1首先完成一個循環后停止，然后機械手機械手3也順序依次停止工作。每個機械手的完成8個基本操作，第1步當工作臺上有物品時，機械手下降。第2步是機械手在最低位抓緊物品。第3步是機械手夾緊物品上升。第4步是機械手夾緊物品右旋180度。第5步是機械手夾緊物品下降。第6步是在最低位時松開物品。第7步機械手上升。第8步是機械手左旋180度，回到原位。 本系統的控制方案為了實現對氣動搬運機械手群的自動控制，本系統采用PLC做控制器。本系統的輸入開關量為數字信號，直接連接PLC，PLC通過中間繼電器對電磁閥加以控制。右旋限位開關停止按鈕啟動按鈕物品檢測開關下降限位開關夾放檢測開關上升限位開關左旋限位開關P L C上升電磁閥夾放電磁閥右旋電磁閥左旋電磁閥選擇按鈕下降電磁閥繼電器繼電器繼電器繼電器繼電器第3章 系統硬件電路的設計 PLC的簡介 可編程控制器的概念可編程控制器(Programmable Logical Controller)簡稱PLC。國際電工委員會（IEC）在1985年的PLC標準草案第3稿中，對PLC作了如下定義：“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令。并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于使工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。”現代工業生產過程是復雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。PLC一經出現就受到了廣大工程技術人員的歡迎。PLC具有如下特點：編程方法簡單易學。功能強，性能價格比高。硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強?？煽啃愿撸垢蓴_能力強。系統的設計、安裝、調試工作量少。維修工作量小，維修方便。體積小，能耗低。 PLC的應用領域PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置，使得其應用受到限制。但最近十年來，PLC的應用面越來越廣，其主要原因是：一方面由于處理器芯片及有關元件的價格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增加，能解決復雜的計算和通信問題。目前PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、采礦、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、紡織、環保和娛樂等行業。PLC的應用范圍通常分成以下5種類型：順序控制這是PLC應用最廣泛的領域，也是最適合PLC使用的領域，它用來取代傳統的繼電器順序控制。PLC應用于單機控制、多機控制、生產自動線控制等。例如：注塑機械、印刷機械、訂書機械、包裝機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產線、電鍍流水線及電梯控制。運動控制PLC制造商目前已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，在多數情況下，PLC把描述目標位置的數據送給模塊，其輸出移動一軸或數軸到目標位置，每個軸移動時，位置控制模塊保持適當的速度和加速度，保持運動平滑。相對來說，位置控制模塊比CNC裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作更方便，過程控制PLC還能控制大量的過程參數，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度等。PID模塊提供了使PLC具有了閉環控制的功能，即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當過程控制中某個變量出現偏差時，PID控制算法會計算出正確的輸出，把變量保持在設定值上。數據控制在機械加工中，PLC作為主要的控制和管理系統用于CNC和NC系統中，可以完成大量的數據控制。通信控制PLC的通信包括主機與遠程I/O的通信、多臺PLC之間的通信、PLC和其他智能控制設備（如計算機、變頻器、數控裝置）之間的通信。PLC與其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統。 PLC的系統組成PLC種類繁多，但其組成和工作原理基