基于plc的物料分揀機械手自動化控制系統設計論文t(專業版)

　　

【正文】 3）確定應選擇 PLC 的點數 PLC 平均的 I／ O點的價格還比較高，因此應該合理選用 PLC 的 I／ O點的數量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的 I／ O點最少，但 必須留有一定的裕量。 對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統，可選用能帶 A／ D 和 D／ A轉換單元，具有加減算術運算、數據傳送功能的增強型低檔 PLC。要求使用外部電路，將模擬電壓轉換成數字輸出，然后才能輸送到數字信號處理器。穩定性是一般自動控制必須滿足的基本要求，對穩定性的研究是自動化控制系統中的一個基本問題。 排氣路線：擺動氣缸 C 的 D 口 → 單向調速閥 19→ 三位四通電磁換向閥 12 排氣口 →調速閥 8→ 消聲器 9→ 排出。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3→ 三位四通電磁換向閥 11 左端 → 單向調速閥17→ 氣缸 B 的無桿腔。真空發生器的工作原理是利用噴管高速噴射壓縮空氣，在噴管出口形成射流，產生卷吸流動。 (3)使用三位四通電磁換向閥能夠快速實現氣缸的正反向運動。 (1) 單向型控制閥 單向閥是指氣流只能向一個方向流動而不能反向流動通過的閥，是最簡單的單向型方向閥。 擺動氣缸輸出回轉擺動式 擺動氣缸分為單葉片式和雙葉片式。 (2)要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。因此，人們尋求其他一些經濟適用的驅動方式。采用雙向推力球軸承就可以方便的將軸承內 環與轉臺連接，外環用罩扣固定在底座上。手臂的導向裝置系根據安裝形式、結構及負荷等條件來確定。 (4)位置精度要高。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。常用的手部結構按其握持原理可以 分為如下兩類 : 1）夾持式 夾持式手部的結構與人手類似，是工業機械廣泛應用的一種手部形式。 關節式機械手有大臂和小臂的擺動，以及肘關節和肩關節的運動。 缺點：機械手的作業范圍較小。內容包括氣動元件的選擇及其工作原理、氣動回路的設計和氣動原理圖的繪制。 我國機械手起步于 20 世紀 70 年代初期，經過 30 多年發展，大致經歷了 3 個階段：70 年代萌芽期， 80 年代的開發期和 90 年代的應用化期。 隨著工業的高速發展， 機械手作為前沿的產品應自動化設備更新時的需要， 已經在工業生產中得到了廣泛的應用。畢業論文（設計）中凡引用他人已經發表或未發表的成果、數據、觀點等，均已明確注明出處。s moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance. Through the work above, a practical, economical, highreliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design. Key words: manipulator ； pneumaticdriven； programmable logic controller (PLC)； automatic control； sorting materials 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 1 頁 第一章 前言 研究的目的及意義 機械手作為前沿的產品應自動化設備更新時的需要，可以大量 代替單調往復或高精度需求的工作， 在先進制造領域中扮演著極其重要的角色。 目前，國際上的機械手公司主要分為日系和歐系。執行系統的設計主要是對機械手的手部、手臂和機座進行設計。 其工作范圍可以是一個直線運動；兩個直線運動或三個直線運動。 關節式機械手 關節式機械手是一種適用于靠近機體操作傳動型式。 （ 4） 機座 是機械手用來支撐臂部，并安裝驅動裝置及其他裝置的部分。 真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附頭的空氣而形成真空，故稱真空式。 2 手臂設計的要求： (1)手臂承載能力大、剛性好、自重輕。如采用滾珠絲杠，效率可以提高，但因其較長，制造比較困難。連接組件主要由四部分組成：雙向推力球軸承、底座、轉臺和扣罩。但也存在其油液容易泄露污染環境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。典型的氣壓傳動系統由以下四部分組成： 氣源裝置 氣源裝置是獲得具有 一定能量的壓縮空氣的裝置，其主體部分是空氣壓縮機，有的 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 15 頁 還配有氣源凈化處理裝置、氣罐等附屬設備。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。調速閥根據 “ 串聯減壓式 ” 和 “ 并聯溢流式 ” ，又分為調速閥和溢流節流閥兩種主要類型。 本設計選用三位四通電磁換向閥理由如下： (1) 電磁換向閥是利用電磁鐵吸力推動閥芯來改變閥的工作位置。氣流由斜孔引入，氣流束相互撞擊、干涉、進一步減速，再通過設在消聲器內表面的吸聲材料消聲，最后排向大氣。 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 19 頁 排氣路線：氣缸 A 的有桿腔 → 單向調速閥 16→ 三位四通電磁換向閥 10 的排氣口 →調速閥 4→ 消聲器 5→ 排出。 (7)擺動氣缸的左旋 水平手臂氣缸回縮到指定位置時， 撞到后限位開關，使三位四通電磁閥 10 的電磁鐵 4YA 斷電，水平手臂的回縮動作停止。它在結構和功能上的合理劃分與巧妙實現，對提高機械手整體可靠性、實用性具有重要的意義，同時也是降低制造成本、縮短開發周期的有效途徑?？梢葬槍Ω鱾€應用訂制放大器的增益和帶寬及模擬數字轉換器的速度和分辨率 。 集中式不需要設置驅動遠程 I／ O硬件，系統反應快、成本低；遠程 I／ O式適用于大型系統，系統的裝置分布范圍很廣，遠程 I／ O可以分散安裝在現場裝置附近，連線短，但需要增設驅動器和遠程 I／ O電源；多臺 PLC 聯網的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯系的場合，可以選用小型 PLC，但必須要附加通訊 模塊。 二、 確定 PLC 的 容量 PLC 的容量包括 I／ O點數和用戶存儲容量兩個方面。 4）確定系統同時接通輸入 /輸出點的數量 對于選用高密度的輸入模塊 ( 如 32點、 48 點等 ) ，應考慮該模塊同時接通的點數一般不要超過輸入點數的 60％。 此系統只需用開關量控制，選用一般小型 PLC即可。 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 25 頁 (3)光到數字電壓轉換器 光到數字電壓轉換器由搭配 RGB 濾波器的光電二極管陣列、模似數字轉換器及用于通信和靈敏度控制的數字核心組成?？刂葡到y的穩態誤差越小，說明控制精度越高。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3→ 三位四通電磁換向閥 11 左端 → 單向調速閥17→ 氣缸 B 的無桿腔。經時間繼電器延時，二位二通電磁閥 13 的 7YA 得電，真空發生器 22 開始動作，經真空開關 24 檢測真空度，并發出訊號給控制器，真空吸盤 26將物料吸起。真空吸盤之所以能吸附在工件上的原因是由于環境壓力（大氣壓力）大于吸盤與工件之間的壓力。 氣源凈化裝置 過濾器、調壓閥和油霧器等組合在一起稱為空氣處理單元，又稱為氣動三聯件。單向調速閥是把節流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分。這樣雙葉片式產生的轉矩將是單葉片式的 2 倍。容積型壓縮機是利用特殊形狀的轉子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來增加空氣的壓力。在現代化的成套設備與自動化生產線上，幾乎都配有氣動系統。其中機座采用擺動氣缸進行驅動，手臂及吸盤采用單活塞桿雙作用氣缸驅動。對其結構的要求是剛性好、 占地面積小、操作維修方便和造型美觀。 手臂作直線運動的結構，基本上是由驅動機構和導向裝置所組成。磁吸式手部不會破壞被吸附表面質量，但是由于被吸工件存在剩磁，吸附頭上常吸附磁性屑，影響正常工作。 夾持式手部設計時應注意以下事項： （ 1） 手指應有一定的開閉范圍。 機械手型式的選擇首先是從滿足它的運動要求方面進行考慮， 然后從機械手的復 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 6 頁 雜程度以及經濟情況等方面來考慮。 圓柱坐標式機械手的工作范圍可分為：一個旋轉運動，一個直線運動，加一個不在直線運動所在的平面內的旋轉運動；二個直線運動加一個旋轉運動。 解決的關鍵問題 1 解決機械手機械結構的設計問題，要求機械手結構簡單、經濟、具有一定的代表性。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強國”邁進，中國制造業面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰，對我國工業自動化的提高迫在眉睫，政府務必會加大對機器人的資金投入和政策支持，將會給機械手產業發展注入新的動力。使用 PLC的自動控制系統具有體積小，可靠高，故障率低，動作精度高等優點。它可以搬運貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動。 通過以上部分的工作，得出了經濟型、實用型、高可靠型物料分揀機械手的設計方案，對其他經濟型 PLC 控制系統的設計也有一定的借鑒價值。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。 主要研究的內容 隨著機械手技術的飛速發展和機械手應用領域的不斷深化，不僅要求其控制可靠性強、使用靈活性高和操作靈活性好，還要其成本低、可開發經濟性強。 執行機構坐標形式的選擇 機械手的基本型式較多，按手臂的坐標型式而言，主要 有四種基本型式：直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和關節式。它的特點能能自動選擇最合理的動作路線。 執行機構的組成 工業機械手的執行系統主要以下機械部分組成： （ 1） 手部 是機械手直接握持工件或工具的部分。主要適應于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、紙張及塑料等表面光滑工件的抓取。 1 手臂的組成： (1)動作元件 ，如油缸、汽缸、齒條、凸輪等是驅動手臂運動的部件。如做成伸縮式雙活塞桿油缸，既能滿足行程要求，油缸的體積又小。 物料分揀機械手手臂需要一個旋轉模塊，擺動 氣缸就要固定在機座上。機械手的驅動系統根據動力源的不同，分為液壓、氣壓、電氣、機械、氣液聯合和電液聯合等多種方式。 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 14 頁 圖 驅動系統原理圖 氣動系統包括三個三位四通電磁換向閥、兩個二位二通電磁閥、三個氣缸、一個吸盤、四個調速閥 、六個單向調速閥、消聲器（若干）等。 執行元件 執行元件是以壓縮空氣為工作介質產生機械運動，并將氣體的壓力能轉變為機械能的能量轉換裝置，如氣缸輸出直線往復式機械能 ，擺動氣缸輸出回轉擺動式機械能。 溢流閥是在回路中的壓力達到閥的規定值時，使部分氣體從排氣側排出，以保持回路內的壓力在規定值的閥。 換向閥的性能的主要要求是：（ 1）油液流經換向閥時的壓力損失?。唬?2）互不相通的油口間的泄漏小；（ 3）換向可靠、迅速且平穩無沖擊 。吸收型消聲器是依靠吸聲材料來消聲的。 排氣路線：擺動氣缸 C 的 E 口 → 單向調速閥 20→ 三位四通電磁換向閥 12 排氣口 →調速閥 8→ 消聲器 9→ 排出。經時間繼電器延時，使三位四通電磁閥 10 的電磁鐵 2YA 得電，閥 10 的閥芯左移，執行水平手臂的回縮動作。 排氣路線：氣缸 B的無桿腔→單向調速 閥 17→三位四通電磁換向閥 11 的排氣口→調速閥 6→消聲器 7→排出。 顏色傳感器的類型比較 : (1)光到光電流轉換器 光到光電流轉換器由光電二極管或具有色彩濾波器的光電二極管組成，將光轉換成光電流。 整體式 PLC的每一個 I／ O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小 ,一般用于系統工藝過程較為固定的小型控制系統中；而模塊式 PLC的功能擴展靈活方便 ,在 I／ O點數、輸入點數與輸出點數的比例、 I／ O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般 于較復雜的控制系統。 (6) 機型 盡量 統 一 貴州大學本科畢業論文（設計） 第 27 頁 一個企業，應盡量做到 PLC的機型統一。 對同時接通的輸 /入輸出點的制約， 此系統是可以滿足的。 本系統不需要 跨范圍使用 PLC 對某些 功能或信號 也沒有 特殊的速度要求 ，不需要 選用具有高速 I／ O處理功能的 PLC。 缺點： 只 通過 2 線串行接口模塊提供到微控制器或 PC 的直接接口，響應時間由內