机械手plc控制系统设计.docx
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机械手plc控制系统设计.docx
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机械手plc控制系统设计
Southwestuniversityofscienceandtechnology
网络教育毕业设计
题目机械手PLC控制系统设计
学校名称
西南科技大学
专业名称
机电一体化技术(专)
学生姓名
学号
指导教师
2016年3月
机械手PLC控制系统设计
【摘要】机械手是能够模仿人手动作,并按设定程序、轨迹和要求代替人手抓(吸)取、搬运工件或工具或进行操作的自动化装置,它能部分的代替人的手工劳动。
较高级型式的机械手,还能模拟人的手臂动作,完成较复杂的作业。
在机械制造业中,机械手已被广泛应用,从而大大地改善了工人的劳动条件,显著的提高劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
在我国,工业机械手近年来有较快的发展,投入了大量的人力物力加以研究和应用,并且很好的效果。
【关键词】可编程序控制器PLC;机械手;限位开关;自动控制
DesignofPLCcontrolsystemofmanipulator
【Abstract】Manipulatoristobeabletoimitatemanpowermovement,andaccordingtosetprogram,locusandrequirementsubstitutemanpowertograb(inhale),takethingsortoolortheautomationinstallationthatoperated,itcanbepartialtoreplacethehandworklaborofperson.Themanipulatorofhigherleveltypecanstillimitatethearmmovementofperson,completesmorecomplexwork.Inmechanicalmanufacturingindustry,manipulatorhasbeenappliedextensively,soimprovedthelaborconditionofworkergreatly,raisinglaborproductivitynotably,quicklyrealizethestepofindustrialproductionmechanizationandautomation.
【Keyword】Programmablecontroller;Manipulator;Limitswitch;Automaticcontrol
第1章绪论
1.1PLC的发展及其应用
PLC是一种在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数核和算术运算等操作的指令,并能通过数字或模拟式的输入和输出,控制各种类型机械生产过程。
PLC及其有关的外国设备都应按照易于与工业控制形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
相对一般意义上的计算机。
可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核,它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。
它实质上是经过一次开发的工业控制用计算机。
它在很大程度上使得工业自动化设计从专业设计院走进了工厂和矿山,完成了普通工程技术人员力所能及的工作,再加上它体积小、可靠性高、抗干扰能力强等优点,PLC已在工业控制中获得了广泛的应用。
比较以前的继电接触器或普通计算机,PLC具有它的很多优点,如:
可靠性高、抗干扰能力强、体积小、重量轻、能耗低、功能完善、易学易用、系统设计、施工、调试周期短等。
目前PLC已广泛应用于钢铁、是石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
PLC诞生不久即显示了其在工业控制中的重要地位,如日本、德国、法国等国家相继研制各自的PLC。
PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展,由最初的1位机迅速发展为8位机。
随着微处理器CPU和微型
计算机技术在PLC中的应用,形成了现代意义上的PLC。
现在的PLC产品
已使用了16位,32位高性能微处理器,而且实现了多处理器的多通道处理,通信技术PLC的应用得到进一步发展。
权威人士预计,21世纪,可编程控制器会有更大的发展,从技术上来看,计算机技术的新成果会更多的应用于可编程序控制器的设计及制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现。
从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展。
从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富,规格齐备。
完美的人机界面,完备通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的要求。
从市场上看,各国各自生产多品种的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言,这是有利于可编程技术的发展及可编程产品普及。
1.2机械手的发展史
机械手首先是从美国开始研制的。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
它的结构是:
机体上安装一个回转长臂,顶部装有电磁铁的工件抓放机构,控制系统是示教形的。
1962年,美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。
商名为UNIMATE(即万能自动)。
运动系统仿照坦克炮塔,臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动;控制系统用磁鼓作为存储装置。
不少球坐标通用机械手就是在这基础上发展起来的。
同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。
1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫VEWRSATRAN机械手。
该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。
虽然这两种机械手出现在六十年代初,但都是国外工业机械手发展的基础。
1978年美国UNIMATE公司和斯坦福大学,麻省理工学院联合研制一种unimate-vicarm型工业机械手,装有小型电子计算机进行控制,用于装配作业,定位误差小于±1毫米。
联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手,主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。
联邦德国knka公司还生产一种点焊机械手,采用关节式结构和程序控制。
日本是工业机械手发展最快,应用最多的国家。
自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。
前苏联自六十年代开始发展应用机械手,至1977年底,其中一半是国产,一半是进口。
目前,工业机械手大部分还属于第一代,主要依靠工人进行控制;改进的方向主要是降低成本和提高精度。
第二代机械手正在加紧研制。
它没有微型电子计算控制系统,具有视觉、触觉能力,甚至听、想的能力。
研究安装各种传感器,把感觉到的信息反馈,是机械手具有感觉机能。
第三代机械手则能独立完成工作中的任务。
它与电子计算机和电视设备保持联系,并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMS中的重要一环。
1.3机械手前景展望
机械手目前多数应用于机床、模锻压力机的上下料,以及点焊、喷漆等作业,它可按事先制定的程序完成操作,但普通不具备传感反馈能力,不能应付外景的变化。
如发生某些偏离时,将引起零件甚至机械手本身的损害。
为此,机械手发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手,设它拥有一定的传感能力,能反馈外界条件的变化作相应的变更,如位置发生稍些偏差时即能更正,并自行检测。
重点是研究视觉功能,将机械手和柔性制造系统和柔性制造单元相结合,从而根本改变目前的机械制造系统的人工操作状态。
1.4机械手分类及组成
机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨道控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。
<1>执行机构:
包括手部、手腕、手臂和立柱等部件,有的还增设行走机构。
<2>驱动系统:
机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。
常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。
<3>控制系统:
有电气控制和射流控制两种,一般常见的为电气控制。
它是机械手的重要组成部分,它支配着机械手按规定的程序运动,并记忆人们给与机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间),同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令,必要时可对机械手的动作进行监视,当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
<4>位置检测装置:
控制机械手执行机构的运动位置,并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统,并与设定的位置进行比较,然后通过控制系统进行调整,从而使执行机构以一定的进度达到设定位置。
第2章机械手PLC控制系统设计
为了满足生产的需要,很多设备要求设置多种工作方式,如手动方式和自动方式,后者包括连续、单周期、单步、自动往回出始状态几种工作方式。
如图1-1所示,某机械手用来将工件从A点搬运到B点,控制面板如图1-2所示,图1-3是PLC的外部接线图。
输出Q4.1为1时工件被夹紧,为0时被松开。
图1-1机械手示意图如图1-2操作面板
工作方式选择开关的5个位置分别对于5种工作方式,操作面板左下部的6个按钮是手动按钮。
为了保证在紧急情况下(包括PLC发生故障时)能可靠地切断PLC的负载电源,设置了交流接触器KM(见图1-3)。
在PLC开始运行时按下“负载电源”按钮,使KM线圈得电并自锁,KM的主触头接通,给外部负载提供交流电源,出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。
如图1-3外部接线图
系统设有手动、单周期、单步、连续和回原点5种工作方式,机械手在最上面和最左边且松开时,称为系统处于原点状态(或称初始状态)。
在公用程序中,左限位开关I0.4、上限位开关I0.2的常开触点和表示机械手松开的Q4.1的常闭触点的串联电路接通时,“原点条件”存储器为M0.5变为ON。
如果选择的是单周期工作方式,按下起动按钮I2.6后,从初始步M0.0开始,机械手按顺序功能图1-8的规定完成一个周期的工作后,返回并停留在初始步。
如果选择连续工作方式,在初始状态按下起动按钮后,机械手从初始步开始一个周期接一个周期地反复连续工作。
按下停止按钮,并不马上停止工作,完成最后一个周期工作后,系统才返回并停留在初始步。
在单步工作方式,从初始步开始,按一下起动按钮,系统转换到下一步,完成该步的任务后,自动停止工作并停在该步,在按一下起动按钮,又往前走一步。
单步工作方式常用于系统的调试。
在进入单周期、连续和单步工作方式之前,系统应处于原点状态;如果不满足这一条件,可选择回原点工作方式,然后按起动按钮I2.6,使系统自动返回原点状态。
在原点状态,顺序功能图中初始步M0.0为ON,进入单周期、连续和单步工作方式作好了准备。
2.1程序的总体结构
项目的名称为“机械手控制”,在主程序OB1中(见图1-4),用调用功能(FC)的方式来实现各种工作方式的切换。
公用程序FC1是无条件调用的,供各种工作方式公用。
由外部接线图可知,工作方式选择开关是单刀5掷开关,同时只能选择一种工作方式。
选择手动方式时调用手动程序FC2,选择回原点工作方式时调用回原点程序FC4,选择连续、单周期和单步工作方式时,调用自动程序FC3。
在PLC进入RUN运行模式的第一个扫描周期,系统调用组织块OB100,在OB100中执行初始化程序。
2.2OB100中的初始化程序
机械手处于最上面和最左边的位置、夹紧装置松开时,系统处于规定的初始条件,称为“原点条件”,此时左限位开关I0.4、上限位开关I0.2的常开触点和表示夹紧装置松开的Q4.1的常闭触点组成的串联电路接通,存储器位M0.5为1状态(见图1-5)。
图1-5OB100初始化程序
对C
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