基于plc的物料分揀機械手自動化控制系統設計論文t-wenkub.com

　 　

【正文】 對同時接通的輸 /入輸出點的制約， 此系統是可以滿足的。 本系統的輸入、輸出實際需要 40 個點，所以本系統的 PLC 輸入、輸出點數定為 48點比較合適，但輸入和輸出各應留有 裕量 。 1）確定系統的實際輸入點數 系統由 啟動按鈕 SB 停止按鈕 SB急停按鈕 SB手臂復位按紐 SB顏色 傳感器 ST左旋極限傳感器 ST右旋極限傳感器 ST上升限位傳感器 ST下降限位傳感器 ST 手臂縮回 限位傳感器 ST手臂伸出 限位傳感器 ST超上升 限位傳感器 ST超下降 限位傳感器 ST超左旋 限位傳感器 ST超右旋 限位傳感器 ST1超伸出 限位傳感器 ST1超縮回 限位傳感器 ST1 工件檢測傳感器 PS系統的自動 /手動控制開關 SA 以及手動的升降、左右旋轉、伸縮、吸放按鈕（ SB5SB12）作為個輸入繼電器的外部控制點，共有 28 個輸入點。 (6) 機型 盡量 統 一 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 27 頁 一個企業(yè)，應盡量做到 PLC的機型統一。 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。但是中、高檔 PLC 價格較貴，一般用 于大規(guī)模過程控制和集散控制系統等場合。 在工廠小批量生產中降低成本是很重要的，所以此系統選擇集中試的安裝方式。 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。 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，響應時間由內置模擬電路和數字電路預先確定，預先確定模擬數字轉換分辨率，光到數字轉換器適合要求抗噪聲能力、縮短設計周期、加快產品開發(fā)周期及光線條件和空間利用率設計精良的應用。 缺點：響應時間預先 由內置電流到電壓轉換器確定，如跨阻抗放大器，要求額外的模擬數字轉換器，將電壓輸出轉換成數字格式，光到模擬電壓轉換器適合要求設計周期較短、產品開發(fā)周期更快、光線條件和空間利用率設計精良的應用。 缺點： 增加了組裝成本，提高了設計復雜程度，光到光電流轉換器適合要求響應時間短、定制增益和速度調節(jié)及在光線變化條件下工作的應用。 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。它主要被用于檢測系統本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統的動作提供信息。 (3)穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過渡過程結束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差。為此本章在分析了當前機械手廣泛采用的控制器結構及 PLC 的發(fā)展之后，提出了 采用 PLC 的控制方法。 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。經時間繼電器延時， 使二位二通電磁 13 斷電，二位二通電磁閥 14 通電，真空發(fā)生器停止運動，真空消失，壓縮空氣進入吸盤 26，將物料與吸盤吹開 ，這時氣路為： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3→ 二位二通電磁閥 14→ 調速閥 23→ 過濾器 25→ 吸盤 26。經時間繼電器延時，使三位四通電磁閥 11的電磁鐵 3YA 得電，閥 11 的閥芯右移，執(zhí)行小臂的下降運動。經時間繼電器延時 ，使三位四通電磁閥 12 的電磁鐵 6YA 得電，閥 12 的閥芯左移，執(zhí)行擺動氣缸的向左旋轉動作。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(zhí)行水平手臂的回縮動作。 (5)垂直手臂的上升 經傳感器檢測到物料已經被吸起時，發(fā)出訊號，使三位四通電磁閥 11 的電磁鐵 4YA得電， 閥 11 的閥芯左移， 執(zhí)行小臂的上升動作。 (4)吸物 小臂氣缸下降到指定位置時， 撞到下限位開關，使三位四通電磁換向閥 11 的 3YA斷電，小臂下降動作停止。 (3) 垂直手臂的下降 當水平伸縮氣缸 A 伸出到指定位置時， 就會碰到前限開關，使三位四通電磁換向閥10 的 1YA 斷電，手臂伸出動作會停止。 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。系統中選用電磁換向閥，限位開關，實現氣缸的往復運動。 吸盤 吸盤是直接吸吊物體的元件，一般用橡膠做成。本設計選用膨脹型消聲器。吸收型消聲器是依靠吸聲材料來消聲的。 消聲器 消聲器是降低排氣噪聲的裝置。可分為氣源凈化裝置和其他輔助元件兩大類。由于它操作輕便，易于實現自動化，因此應用廣泛。 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小；（ 2）互不相通的油口間的泄漏小；（ 3）換向可靠、迅速且平穩(wěn)無沖擊 。當反向流動時，單向閥打開，不節(jié)流。單向調速閥就是單向閥與節(jié)流閥并聯而成。本設計選用串聯減壓式調速閥。 溢流閥是在回路中的壓力達到閥的規(guī)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(guī)定值的閥。氣動控制元件按功能分為壓力控制閥、 流量控制閥和方向控制閥。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 16 頁 雙葉片式擺動氣缸：從進氣口進入的壓縮空氣作用在一個葉片上，同時通過軸上的氣路也作用在另一葉片上帶動軸回轉。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。 執(zhí)行元件 執(zhí)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?yōu)闄C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。 儲氣罐 儲氣罐可以調節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定，也可以作為應急氣源使用，還可以進一步分離油水雜質。按結構和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。它將原動機提供的機械能轉變?yōu)闅怏w的壓力能。 貴州大學本科畢業(yè)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。許多工業(yè)發(fā)達國家的氣動元件產值已接近液壓元件的產值，且仍以較大速度發(fā)展， 氣動機械手技術已經成為能夠滿足許多行業(yè)生產實踐要求的一種重 要使用工具。另一方面，氣動技術作為“廉價的自動化技術”，由于其元器件性能的不斷提高，生產成本的不斷降低，被廣泛應用于現代 化工業(yè)生產領域。 電氣驅動，控制精度高，驅動力較大，響應快，信號檢測、傳遞、處理方便。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。其動作順序為：初始位置 → A右旋 → B前伸 → C氣缸下降 → D吸物料 → C上升 → B收縮 → A左旋 → C氣缸下降 → D放物料 → C上升 → 回到初始位置。 底座 擺動氣缸 雙向推力球軸承 扣罩 轉臺 圖 執(zhí)行機構的工作原理 物料分揀機械手的結構主要由機座、立柱、水平手臂、垂直手臂、電磁閥和吸盤等組成。如圖 所示。 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。可移動式的機座在停置時能夠剎車定位，以保證機械手工作時的位置精度。 機座結構的選擇 機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統均安裝于機座上，是支撐起機械手全部重量的構件。 本機械手的手臂有往復的直 線運動，不需要很大的行程，考慮到結構的簡單性和設計的經濟性，選用缸體固定活塞桿運動的雙作用單活塞桿氣缸。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。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 9 頁 雙作用單活塞桿油缸 :液壓機械手中實現手臂的往復運動用得最多的是雙作用單活塞桿油缸。 3 手臂的結構 手臂的伸縮和升降運動一般采用直線油（氣）缸驅動。 (2)手臂的運動速度要適當，慣性要小。 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。 真空吸盤機構如圖 所示。磁吸式手是利用工件的導磁性，利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產生的磁力來吸附材料工件。噴氣式吸附的工作原理是當壓縮空氣高速進入噴嘴時，由于管路的開始段截面積是逐漸收縮的， 所以氣流速度逐漸增大，在管路的最小截面處，氣流速度達到臨界速度，此時的氣體受壓，密度加大。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。 （ 4） 結構緊湊，重量輕，效率高。其又可分為內撐式、外夾式和內外夾持式，區(qū)別在于夾持工件的部位不同，手爪動作方向相反。 執(zhí)行機構各部分的分析與選擇 手部的選擇 1 手部形式的確定 手部就是用來握持工件或工具的部分。 執(zhí)行機構的組成 工業(yè)機械手的執(zhí)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。 球坐標式機械手和關節(jié)式機械手對動作要求方面足夠滿足要求，但是它們的結構都比較復雜，有很多動作是不必要的，顯得浪費和增加了制造的成本和難度。為具有近似人手的操作機能，需要研制最合適的結構。它像人手一樣有肘關節(jié) ，可以實現多個自由度，動作比較靈活，適于在狹窄的空間工作。它的特點能能自動選擇最合理的動作路線。 球坐標式機械手 球坐標式機械手是一種自由度較多，用途較廣的機械手。具有直觀性好，結構簡單，本體占用的空間較小，而動作范圍較大等優(yōu)點。如在 X、 Y、 Z三個直線運動方向上個具有 A、 B、 C 三個回轉運動，即構成六個自由度。 執(zhí)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(jié)式。 4 元件的匹配規(guī)則和知識的獲取及其表達形式。本機械手采用可編程控制器（ PLC）對機械手進行控制，主要包括對 PLC的型號選擇、傳感器類型進行選擇、 I/O口的選擇、對控制系統原理圖、自動程序梯形圖的繪制等內容。 (2)物料分揀機械手驅動系統的分析與選擇 驅動系統是向執(zhí)行系統各部分提供動力的裝置。 主要研究的內容 隨著機械手技術的飛速發(fā)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(fā)經濟性強。如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統用于維護維修的機器人等。在國際強手面前，國內的機械手企業(yè)面臨著相當大的競爭壓力。日系中主要有安川、 oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產品。目前主要應用于制造業(yè)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(yè)。本設計主要完成機械手的硬件部分與軟件部分設計。 可編程控制器 (PLC)是以中央處理器為核心，綜合了計算機和自動控制等先進技術，具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡單、功耗低等優(yōu)點，已成為目前在機械手控制系統中使用最多的控制方式。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。采用整體化的設計思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點并進行互補優(yōu)化。 論文（設計）作者簽名： 日 期： 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 I 頁 目 錄 目 錄 ............................................................................................................. I 摘 要 ........................................................................................................... V Abstract ............................................................................................................ V 第一章 前言 ...............................................................................................