基于plc控制的機械手設計畢業設計word格式(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 位開關 ，機械手夾緊物體，夾持物體上升，離開下限位，碰到上限位，夾持物體右移，離開左限位，碰到右限位，夾持物體開始下降，離開上限位碰到下限位開關，開始放松物體，機械手放下物體后離開下限位開關，碰到上限位開關，開始左移，離開右限位，回到左限位，機械手完成一次工 作過程。 按下停止按鈕 ， 機械手需要完成一個周期后回到原位停止。如果沒有按下停止，則繼續下一個工作周期。 機械手傳送工件系統示意圖 及操作面板圖 如附錄 B 所示。 機械手的 PLC 控制設計 可編程控制 器 PLC 的概述 可編程控制器是一種數字運算操作的電子系 統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算 ,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外部設備，都按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業環境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入 /輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產品并不針對某一具體工業應用，在實際應用時，其硬件需根據實際需要進行選用配置，其軟 件需根據控制要求進行設計編制。 可編程控制器 PLC 的產生 在 60 年代，汽車生產流水線的自動控制系統基本上都是由繼電器控制裝置構成的。當時汽車的每一次改型都直接導致繼電器控制裝置的重新設計和安裝。隨著生產的發展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經常地重新設計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現狀，美國通用汽車公司在 1969 年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即： 編程方便，現場可修改程序； 維修方便 ，采用模塊化結構； 可 靠 性高于繼電器控制裝置； 體積小于繼電器控制裝置； 數據可直接送入管理計算機； 成本可與繼電器控制裝置競爭； 輸入可以是交流 115V； 輸出為交流 115V， 2A以上，能直 圖 31 PLC 實物圖 接驅動 繼電器 ，接觸器等； 在擴展時，原系統只要很小變更； 用戶程序存儲器容量至少能擴展到 4K。 1969 年，美國數字設備公司（ DEC）研制出第一臺 PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可 靠 性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優點，很快地 在美國其他工業領域推廣應用。到 1971 年，已經成功地應用于食品，飲料，冶金，造紙等工業。這一新型工業控制裝置的出現，也受到了世界其他國家的高度重視。 1971日本從美國引進了這項新技術，很快研制出了日本第一臺 PLC。 1973 年，西歐國家也研制出它們的第一臺 PLC。我國從 1974 年開始研制。于 1977 年開始工業應用。 PLC 的 工作 原理 PLC 的工作原理 ， 一般來說， PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖32 所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執行、輸出刷新等所有時間的 總和。 當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。 圖 32 PLC 工作原理圖 (1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入 I/O 映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸 出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化， I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (2)用戶程序執行階段 在用戶程序執行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統 RAM 存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區或系 統RAM 存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 (3)輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后， PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是 PLC 的真正輸出。 PLC 工作過程如圖 33所示。 圖 33 PLC 工作示意圖 PLC的特點 (1)可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。 PLC 由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的 F 系列 PLC 平均無故障時間高達 30 萬小時。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。從 PLC 的 機外電路來說，使用 PLC 構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除 PLC 以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。 (2)配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代 PLC 大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現，使PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業控制中。加上 PLC 通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用 PLC 組成各種控制系統變得非常容易。 (3)易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC 作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電 路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。 (4)系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 (5)體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備 。 可編程控制器的選型 PLC 選型的基本原則是在滿足基本控制功能和容量的前提下，盡量保證工作可靠、維護使用方便以及最佳的性價比。 (1)對于工藝過程比較固定、環境條件較好（維修量較小）的場合，選用整體式結構 PLC；其他情況則選用模塊式 PLC。 (2)PLC 一般是根據其輸入輸出點數及存儲器容量的大小分類，在 PLC 選型之前首先確定系統 I/O點數利存儲器容量。 PLC存儲器用于存儲用戶程序和數據，一般有內置式和外插式兩類，存儲器容量選擇可對照相關應用表來確定。 (3)PLC 一般可以通過三種方式進行編程。一 種是廠家提供的普通手持式編程器編程，一般只能用于廠家規定的語句表中的語句進行編程；另一種是在普通計算機上運行專用的編程軟件來編程，支持的編程語言多編程操作非常方便；第三種是廠家專用圖形編程器編程，這類編程器采用梯形圖編程，方便直觀，我們此次設計就是采用梯形圖編程。 由于機械手系統的輸入 /輸出接點少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用