可編程控制器PLC應(yīng)用
.可編程控制器PLC應(yīng)用列-機(jī)械手摘   要隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展,控制器的需求量逐年增大,搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及,主要在汽車,電子,機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運(yùn), 可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率,以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足,滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。本機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個(gè)電磁閥控制的液壓鋼來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動(dòng)及夾緊工件的動(dòng)作,兩個(gè)轉(zhuǎn)速不同的電動(dòng)機(jī)分別通過(guò)兩線圈控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng);其動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個(gè)不同部位的行程開(kāi)關(guān)(SQ1-SQ9)產(chǎn)生的通斷信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制器,通過(guò)PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號(hào),從而驅(qū)動(dòng)外部線圈來(lái)控制電動(dòng)機(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動(dòng)作,可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位;其動(dòng)作過(guò)程包括:下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退;其操作方式包括:回原位、手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù);來(lái)滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。目     錄前   言.1第一章 機(jī)械手的概況1.1 搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況21.2 機(jī)械手的應(yīng)用意義31.3 機(jī)械手的發(fā)展概況3第三章 搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作 3.2 搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.3 搬運(yùn)機(jī)械手控制程序設(shè)計(jì)1 操作面板及動(dòng)作說(shuō)明精品.2  I/O分配3 梯形圖的設(shè)計(jì)1) 梯形圖的總體設(shè)計(jì)2) 各部分梯形圖的設(shè)計(jì)3) 繪制搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖結(jié)     論謝     辭參考文獻(xiàn). 附:語(yǔ)句表  梯形圖  I/O接線圖前    言機(jī)械手:mechanical hand,也被稱為自動(dòng)手,auto hand能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能,用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化,能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全,因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件(或工具)的部件,根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式,如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)(擺動(dòng))、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作,改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式,稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體,需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多,機(jī)械手的靈活性越大,通用性越廣,其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個(gè)自由度。機(jī)械手的種類,按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手;按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種;按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置,如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件,在加工中心中更換刀具等,一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱,如用于原子能部門(mén)操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力,改善熱、累等勞動(dòng)條件。精品.機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。第一章 機(jī)械手概況1.1搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。在機(jī)械工業(yè)中,加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法,程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外,還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè),有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹,美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中,有75是小批量生產(chǎn);金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下,零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5。從這里可看出,裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。機(jī)械手可在空間抓放物體,動(dòng)作靈活多樣,適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn),廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。國(guó)內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門(mén)中機(jī)搬運(yùn)械手主要應(yīng)用于以下幾方面:1.熱加工方面的應(yīng)用熱加工是高溫、危險(xiǎn)的笨重體力勞動(dòng),很久以來(lái)就要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了提高工作效率,和確保工人的人身安全,尤其對(duì)于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。 2.冷加工方面的應(yīng)用冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤(pán)類和箱體類等零件單機(jī)加工時(shí)的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用,成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動(dòng)線上應(yīng)用,成為機(jī)床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。3.拆修裝方面拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動(dòng)較多的部門(mén)之一,促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門(mén),已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動(dòng)缸、裝卸軸箱、組裝輪對(duì)、清除石棉等,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機(jī)械手,可用以對(duì)客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆,以改善勞動(dòng)條件,提高噴漆的質(zhì)量和效率。精品.近些年,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來(lái)越多的應(yīng)用,工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。1.2機(jī)械手的應(yīng)用意義在機(jī)械工業(yè)中,機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下:1.可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)械手,有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度,從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。2.可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中,用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè),大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中,以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作,可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。3.可以減少人力,便于有節(jié)奏地生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作,這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面,同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作,這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此,在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上,目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手,以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍,便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。綜上所述,有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。1.3.3機(jī)械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì)1.3機(jī)械手的發(fā)展概況專用機(jī)械手經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展,進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容,不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí),而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無(wú)線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等,因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視,幾十年來(lái),這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍,設(shè)計(jì)在不斷地修改,品種在不斷地增加,應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。精品.早在40年代,隨著原子能工業(yè)的發(fā)展,已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。5060年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特(Unimate)機(jī)械手即屬于這種類型。6070年代,又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上,亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。80-90年代,裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期,尤其是日本。90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展,除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外,農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。90年代以后,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展,機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展??傊壳皺C(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代:第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制,控制方式為開(kāi)環(huán)式,沒(méi)有識(shí)別能力;改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度;第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力,甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器,把接收到的信息反饋,使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能;第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系,并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。 1.4機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面,數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此,國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍,重點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手,以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí),相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手,有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。精品.將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件,如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu),以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu),以便根據(jù)不同的作業(yè)要求,選用不用的典型部件,即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造,又便于改換工作,擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高精度,減少?zèng)_擊,定位精確,以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型,以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能地機(jī)械手,并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用,逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中,工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多,發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料,以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中,它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作,但是還不具備任何傳感反饋能力,不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí),就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此,國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)械手,使其擁有一定的傳感能力,能反饋外界條件的變化,做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時(shí),即能更正,并自行檢測(cè),重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。視覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀(即距離傳感器)以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。工作時(shí),電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào),然后傳送給計(jì)算機(jī),以便分析物體的種類、大小、顏色和方位,并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺(jué)反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手先伸出手指尋找工件,通過(guò)裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用,然后伸向前方,抓住工件。手的抓力大小可通過(guò)裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來(lái)控制,達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小??傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到1995年,全世界約有50%的汽車由機(jī)械手裝配。現(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合,從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。1.5 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用1. 可編程序控制器的應(yīng)用和發(fā)展概況可編程序控制器(programmable controller),現(xiàn)在一般簡(jiǎn)稱為PLC(programmable logic controller),它是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用,成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。精品.在可編程序控制器問(wèn)世以前,工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少,特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng),接線繁雜,當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對(duì)象改變時(shí),原有的接線刻控制盤(pán)(柜)就必須隨之改變或更換,通用性和靈活性較差。2.PLC的應(yīng)用概況PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣,并在迅速擴(kuò)大,對(duì)于而今的PLC幾乎可以說(shuō)凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC,尤其近幾年來(lái)PLC的性價(jià)比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。 按PLC的控制類型,其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面。1). 用于邏輯控制這是PLC最基本,也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯控制等。2). 用于模擬量控制PLC通過(guò)模擬量I/O模塊,可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換,并對(duì)模擬量控制。3). 用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能,它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制(NC)及計(jì)算機(jī)控制(CNC)緊密結(jié)合,實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。4). 用于工業(yè)機(jī)器人控制5). 用于多層分布式控制系統(tǒng)高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力,可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。3. PLC的特點(diǎn)1). 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)精品.PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度變化等中可靠地工作,PLC的平均無(wú)故障間隔時(shí)間高,日本三菱公司的F1系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間間隔長(zhǎng)達(dá)30萬(wàn)h,這是一般微機(jī)所不能比擬的。2). 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)由于PLC是采用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能,對(duì)同一控制對(duì)象,當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí),不必改變PLC的硬件設(shè)備,只需相應(yīng)改變軟件程序。3). 編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便4). 組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣PLC既可用于開(kāi)關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制;既可用單片機(jī)控制,又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng);既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng),又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此,PLC應(yīng)用范圍很廣。5). 體積小、重量輕、功耗低PLC采用了半導(dǎo)體集成電路,外形尺寸很小,重量輕,同時(shí)功耗也很低,空載功耗約1.2KW。5.PLC在機(jī)械手中的應(yīng)用機(jī)械手通常應(yīng)用于動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合來(lái)代替人的反復(fù)的操作,從而節(jié)省人的勞動(dòng),普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制,經(jīng)常被應(yīng)用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的電氣及流水線控制,而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng);控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng);編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便;組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣; 體積小、重量輕、功耗低等有點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于類似機(jī)械手的控制動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合,本設(shè)計(jì)正是以PLC控制為基礎(chǔ)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)。第二章 搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案2.1搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作精品.本機(jī)械手用于生產(chǎn)線上工件的自動(dòng)搬運(yùn),根據(jù)對(duì)機(jī)械手的工藝過(guò)程及控制要求分析,機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程如圖31所示: 圖21機(jī)械手的動(dòng)作周期2.2機(jī)械手的控制過(guò)程如圖32所示由A、B兩個(gè)液壓缸完成工件的夾緊和提升的動(dòng)作,A缸通過(guò)一個(gè)單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松,B缸通過(guò)一雙電兩位四通電磁閥控制機(jī)械手的升降;由小車實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的移動(dòng)。該小車由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),一臺(tái)是高速,一臺(tái)是慢速。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)以慢快慢的形式進(jìn)行,返回時(shí)按慢快慢的形式后退。當(dāng)工件從傳送帶傳輸?shù)綑C(jī)械手下方時(shí),工件碰壓行程開(kāi)關(guān)SQ1,B缸活塞桿伸出,帶動(dòng)機(jī)械手下降,下降至終點(diǎn)碰壓行程開(kāi)關(guān)SQ3與機(jī)械手夾鉗相連的A缸活塞桿收進(jìn),機(jī)械手將工件夾緊;當(dāng)工件夾緊到位時(shí),行程開(kāi)關(guān)SQ5動(dòng)作,B缸的活塞桿收進(jìn),把工件提升;當(dāng)工件提升到最高位置時(shí)碰壓行程開(kāi)關(guān)SQ4,啟動(dòng)小車慢速右行;當(dāng)小車碰壓行程開(kāi)關(guān)SQ7時(shí)轉(zhuǎn)為快速行走;接近終點(diǎn)時(shí)小車碰壓行程開(kāi)關(guān)SQ8,轉(zhuǎn)為慢速行走;行至右端行程開(kāi)關(guān)SQ9,小車停止前進(jìn);停留5秒后,B缸活塞桿再次外伸,機(jī)械手下降至終點(diǎn),A缸活塞桿外伸帶動(dòng)夾鉗松開(kāi),將工件放下;然后機(jī)械手上升,小車以慢快慢的形式沿原路返回,恢復(fù)到圖示所示的原點(diǎn)位置。 2.3機(jī)械手的控制要求為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開(kāi)關(guān)。分為手動(dòng)和自動(dòng)操作,其中自動(dòng)操作中包括了:?jiǎn)尾?、單周期、連續(xù);手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。手動(dòng)操作:供維修用,即用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如,當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí),按下上升/下降按鈕,機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作,其它動(dòng)作以此類推。精品.回原位:當(dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí),再次通電將操作方式選擇置于回原位位置,按下復(fù)位按鈕,機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點(diǎn)位置。單步運(yùn)行:供試用,即沒(méi)按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。單周期運(yùn)行:供首次檢驗(yàn)用,當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕,機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)周期后停止在原點(diǎn)位置連續(xù)運(yùn)行:正常使用,當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)并按下啟動(dòng)按鈕時(shí),機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動(dòng)作。該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí),應(yīng)先將其工作方式選擇開(kāi)關(guān)放在“返回原位”,并按下返回原位按鈕,對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位,然后再將工作方式選擇開(kāi)關(guān)放置自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除,則硬件工作方式選擇開(kāi)關(guān)放置于“手從操作”位置。第三章 搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)械部分和電氣控制部分的設(shè)計(jì)。3.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如圖32所示圖32:機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖精品.圖中設(shè)置9個(gè)行程開(kāi)關(guān)SQ1SQ9用于檢測(cè)工件、小車、機(jī)械手的位置及機(jī)械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài),并對(duì)系統(tǒng)實(shí)施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測(cè)開(kāi)關(guān);SQ2為小車原位檢測(cè)開(kāi)關(guān);SQ3、SQ4分別為機(jī)械手下降上升是否到位檢測(cè)開(kāi)關(guān);SQ5、SQ6分別為機(jī)械手夾緊放松檢測(cè)開(kāi)關(guān);SQ7、SQ8分別為小車速度轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān);SQ9為小車運(yùn)動(dòng)停止開(kāi)關(guān)。3.2電氣控制的設(shè)計(jì)包括主電路和控制電路的設(shè)計(jì)。主電路由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī),即慢速電機(jī)和快速電機(jī),分別拖動(dòng)小車慢行和快行,其控制如下:慢速電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM1、KM2分別控制其正傳和反轉(zhuǎn);快速電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM3和KM4分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)。機(jī)械手的夾緊放松動(dòng)作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個(gè)液壓缸完成的,在通電情況下,機(jī)械手松開(kāi),得電時(shí)松開(kāi),可以防止在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中突然斷電導(dǎo)致的機(jī)械手松開(kāi),工件脫落的情況發(fā)生。3.3操作面板及動(dòng)作說(shuō)明根據(jù)控制和生產(chǎn)工藝的要求,控制操作包括手動(dòng)和自動(dòng),手動(dòng)又包括手動(dòng)步進(jìn)、回原位操作,自動(dòng)控制包括單步、單周期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開(kāi)關(guān)設(shè)置有五個(gè)檔位。手動(dòng)工作方式下,手動(dòng)動(dòng)作包括上升、下降、放松、快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退和復(fù)位,故設(shè)置六個(gè)動(dòng)作看官按鈕。各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行的同時(shí)均設(shè)有動(dòng)作指示燈。另外設(shè)有啟動(dòng)停止按鈕。其操作面板如圖33所示:精品.圖33機(jī)械手操作面板示意圖3.4 I/O分配I/O設(shè)備即所需的I/O點(diǎn)數(shù)如下表所示:信號(hào)I/O設(shè)備I/O點(diǎn)數(shù)信號(hào)I/O設(shè)備I/O點(diǎn)數(shù)輸   入操作方式選擇旋鈕開(kāi)關(guān)手動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)選擇按鈕啟動(dòng)停止按鈕行程開(kāi)關(guān)5829輸   出交流接觸器控制線圈電磁閥動(dòng)作指示原點(diǎn)指示4381精品.根據(jù)I/O點(diǎn)的分配要求及考慮10%到15%的I/O裕量,本設(shè)計(jì)PLC采用F160MR 36/24型,樣圖見(jiàn)圖3-4所示:圖34  F1-40MR樣圖控制電路設(shè)計(jì)主要是PLC輸入、輸出接線的設(shè)計(jì),其I/O分配如圖35所示。精品.電氣接線圖見(jiàn)附圖圖35  PLC I/O接線控制圖第四章 搬運(yùn)機(jī)械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械手動(dòng)控制屬順序控制,故其手動(dòng)程序采用普通的PLC控制指令控制,自動(dòng)程序采用步進(jìn)梯形指令控制4.1梯形圖的總體設(shè)計(jì)按照機(jī)械手控制和工藝流程的要求,在選擇“手動(dòng)方式”時(shí)應(yīng)執(zhí)行手動(dòng)程序;在選擇“回原位”時(shí)應(yīng)執(zhí)行回原精品.位程序;在選擇自動(dòng)程序時(shí)應(yīng)執(zhí)行自動(dòng)程序。其中自動(dòng)程序要在啟動(dòng)按鈕按下時(shí)才執(zhí)行。故梯形圖的總體構(gòu)成如圖36所示。 圖36搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖總體構(gòu)成4.2各部分梯形圖的設(shè)計(jì)1.通用部分梯形圖設(shè)計(jì)通用部分梯形圖分為三部分:1). 狀態(tài)器的初始化。初始化狀態(tài)器S600在手動(dòng)方式下被置位、復(fù)位。當(dāng)方式選擇開(kāi)關(guān)置于“返回原位”(X514接通)時(shí),按下復(fù)位按鈕(X507)時(shí)被置位,在“手動(dòng)操作”(X510)接通時(shí),S600復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動(dòng)做復(fù)位操作,即在方式選擇開(kāi)關(guān)位于“手動(dòng)操作”或“返回原位”時(shí),中間狀態(tài)器同步復(fù)位。故初始化梯形圖如圖37所示,(如果狀態(tài)器要在供電時(shí)從斷電前條件開(kāi)始繼續(xù)工作,則不需要M71)。精品.圖37 狀態(tài)器初始化梯形圖2). 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。若機(jī)械手工作在自動(dòng)工作方式下,當(dāng)初始狀態(tài)器S600被置位后按下啟動(dòng)按鈕,輔助繼電器M575工作,狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步一步的向下傳遞,即可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)程序” 時(shí),轉(zhuǎn)換啟動(dòng)繼電器M575一直保持到停機(jī)按鈕按下為止。另一面采用M100檢查機(jī)器是否處于原位。當(dāng)M575和M100都接通時(shí),從初始狀態(tài)器開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)換,故其梯形圖如圖38所示。圖38狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)梯形圖3). 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖。激活特殊輔助繼電器M574并用步進(jìn)梯形指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時(shí),狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換就被自動(dòng)禁止。在“單周期”工作期間,按下停止按鈕時(shí),M574應(yīng)被激勵(lì)并自保持,操作停止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下停止按鈕時(shí),從現(xiàn)行工步重新開(kāi)始工作,M574應(yīng)復(fù)位,即重新允許新轉(zhuǎn)換。在“步進(jìn)”工作方式時(shí),M574應(yīng)始終工作,此時(shí),禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但沒(méi)按下一次啟動(dòng)按鈕時(shí),M574斷開(kāi)一次,允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次。精品.在“手動(dòng)”工作方式時(shí)禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)方式解除之后,按下啟動(dòng)按鈕,則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除,M574復(fù)位,。PLC在啟動(dòng)時(shí),用初始化脈沖M71和M574自保持,以此禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換,直到按下啟動(dòng)按鈕。故狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖如圖38所示。圖38 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖通過(guò)對(duì)37和38的分析可得出:在執(zhí)行“手動(dòng)操作”和“返回原位”程序時(shí),M575一直不能被接通,而M574長(zhǎng)期被接通,(按下啟動(dòng)按鈕時(shí)除外);執(zhí)行“步進(jìn)”程序時(shí)沒(méi)按一次啟動(dòng)按鈕,M574斷開(kāi)一次,M575接通一次,狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次;在執(zhí)行“單周期操作”程序時(shí),按下啟動(dòng)按鈕,M574斷開(kāi),M575接通,狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換可一步一步向下轉(zhuǎn)換,直至按下停止按鈕時(shí),M574自鎖,狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換被禁止,操作停止在現(xiàn)行工序(再次按下啟動(dòng)按鈕時(shí)從現(xiàn)行工序開(kāi)始工作);在執(zhí)行“連續(xù)程序”時(shí),M575一直接通到按下停止按鈕,此時(shí)M574一直不能接通。2.手動(dòng)操作梯形圖 手動(dòng)操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制,可以用常規(guī)繼電器順序方式來(lái)設(shè)計(jì)梯形圖?!笆謩?dòng)操作時(shí)”按下放松按鈕時(shí),機(jī)械手卡抓松開(kāi),當(dāng)松開(kāi)放松按鈕時(shí),機(jī)械手卡爪在液壓缸作用下自動(dòng)加緊并保持;按下上升按鈕,上升輸出Y435保持接通;按下下降按鈕,Y436保持接通;在上限位按下慢進(jìn)按鈕,慢進(jìn)輸出Y430接通,至行程開(kāi)關(guān)SQ7閉合,小車停止;快進(jìn)、快退、慢退情況同慢進(jìn)。手動(dòng)操作梯形圖設(shè)置有互鎖,只有在小車處于左限位(即X403閉合)或右限位(即X412閉合)時(shí)機(jī)械手的上升下降動(dòng)作才能進(jìn)行,只有當(dāng)機(jī)械手處于下限位(即X404接通)機(jī)械手的加緊放松動(dòng)作才可以手動(dòng)控制;為了安全,同一個(gè)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)線圈不能同時(shí)接通,設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了自鎖開(kāi)關(guān),防止線圈同時(shí)接通造成的短路。故手動(dòng)操作時(shí)梯形圖如圖39所示。精品.圖39  手動(dòng)操作梯形圖3.返回原位梯形圖 在“返回原位”狀態(tài)下,“夾緊”與“下降”動(dòng)作應(yīng)被停止,上限位未動(dòng)作時(shí),應(yīng)進(jìn)行“上升”;上限位動(dòng)作時(shí),“右行”動(dòng)作應(yīng)停止,并左行至左限位位置。故返回原位梯形圖如圖310所示: 精品.圖310 返回原位梯形圖4.“自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖 圖311表示了機(jī)械手自動(dòng)工作時(shí)執(zhí)行各工步的情況,表示了各工步的實(shí)現(xiàn)和轉(zhuǎn)換的條件。在第一次下降工步中,下降電磁閥Y436接通。自下限位置時(shí),X404接通,轉(zhuǎn)換為“夾持”過(guò)程;夾持電磁閥Y434復(fù)位,至加緊限位X406接通,轉(zhuǎn)換為上升動(dòng)作;當(dāng)上限為開(kāi)關(guān)SQ4閉合,X405接通,小車開(kāi)始慢進(jìn)動(dòng)作。快進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、加緊、上升、慢退、快退、慢退動(dòng)作依次類推,如上所述一步一步按順序驅(qū)動(dòng)各個(gè)負(fù)載動(dòng)作,稱為順序控制或過(guò)程步進(jìn)型控制。精品.圖311搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作流程圖精品.用狀態(tài)器代替自動(dòng)工作流程圖的各工步,可得到312所示的功能表圖: 圖312 搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作功能表圖根據(jù)圖312所示的自動(dòng)工作功能表圖,可設(shè)計(jì)出自動(dòng)操作時(shí)的梯形圖如圖313所示。精品.精品.圖313搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作梯形圖5、繪制搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖將從初始化開(kāi)始的一系列梯形圖,按照總體結(jié)構(gòu)圖(圖36)的形式組合在一起,得到機(jī)械手PLC控制的梯形圖(見(jiàn)附圖),其語(yǔ)句表見(jiàn)附錄。附圖:搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖搬運(yùn)機(jī)械手控制梯形圖搬運(yùn)機(jī)械手動(dòng)作流程圖搬運(yùn)機(jī)械手控制接線圖結(jié)     論本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于機(jī)加工生產(chǎn),貨物調(diào)運(yùn)等場(chǎng)合。搬運(yùn)機(jī)械手采用PLC控制,體積小,重量輕,控制方式靈活,可靠性高,操作簡(jiǎn)單,維修容易。使用該機(jī)械手代替人工搬運(yùn)工件,既安全,又準(zhǔn)確,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,保證了工件的質(zhì)量,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益??删幊炭刂破鱌LC以其豐富的I/O接口模塊、高可靠性,可以在機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起到了十分重要的作用。本文就設(shè)計(jì)過(guò)程中的幾項(xiàng)關(guān)鍵的問(wèn)題提出了自己的一些看法,可以有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力,對(duì)PLC讀、寫(xiě),事件響應(yīng)等通信時(shí)間可進(jìn)行精確的控制,取得了良好的效果.隨著機(jī)械手應(yīng)用的普及,機(jī)械手向著專用化,機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化的方向發(fā)展,機(jī)械手的動(dòng)作更加靈活多樣,其控制方式也在向著多元化的方向發(fā)展,在PLC控制的過(guò)程中,還有許多的問(wèn)題需要解決,PLC在機(jī)械手開(kāi)發(fā)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用還有很大的空間。謝     辭此次設(shè)計(jì)是在杜志強(qiáng)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師為論文課題的研究提出了許多指導(dǎo)性的意見(jiàn),為論文的撰寫(xiě)、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。杜志強(qiáng)老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、不斷探索的科研作風(fēng),敏銳深邃的學(xué)術(shù)洞察力,孜孜不倦的敬業(yè)精神,給我留下了深刻的印象,使我受益良多。生活中精品.杜志強(qiáng)老師就是我的朋友,她的態(tài)度讓我對(duì)生活有了新的認(rèn)識(shí)。在本文結(jié)束之際,特向我敬愛(ài)的導(dǎo)師致以最崇高的敬禮和深深的感謝!通過(guò)此次設(shè)計(jì),一方面讓我認(rèn)識(shí)到自己的不足,發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤之處;另一方面又積累豐富的知識(shí),吸取別人好的方法和經(jīng)驗(yàn),增強(qiáng)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的解決能力,摸索出一套解決綜合問(wèn)題的方法,為自己以后的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。再一方面也加強(qiáng)了我和老師的交流,認(rèn)識(shí)到知識(shí)的淵博度。經(jīng)過(guò)這次的努力,使我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。這份畢業(yè)設(shè)計(jì)既是對(duì)過(guò)去三年所學(xué)知識(shí)的總結(jié),又是自己知識(shí)的積累,也大大加深了對(duì)單片機(jī)技術(shù)的了解。畢業(yè)設(shè)計(jì)中既動(dòng)腦、,又動(dòng)手,是一個(gè)理論與實(shí)際結(jié)合的過(guò)程。僅僅有理論是不夠的,更重要的是實(shí)際的,是我們所設(shè)計(jì)的實(shí)物,具有設(shè)計(jì)合理,經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。這就需要我們?cè)O(shè)計(jì)者考慮問(wèn)題是要仔細(xì)、周密,不能有絲毫的大意。對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)越化,也需要我們綜合各方面的因素考慮,尤其是實(shí)際。再次像教育指導(dǎo)我的老師及同學(xué)表示誠(chéng)摯的感謝!鑒于本人所學(xué)知識(shí)有限,經(jīng)驗(yàn)不足,又是初次研究這種復(fù)雜的設(shè)計(jì),在此過(guò)程中難免存在一些錯(cuò)誤和不足之處,懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)和指正。 參考文獻(xiàn)1 王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制.第三版. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004年:146-1622 王本軼. 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005年:283-2883 丁樹(shù)模. 液壓傳動(dòng). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007年4 林平勇. 高崇. 電工電子技術(shù).第二版:北京:高等教育出版社,2004年5 熊幸明. 曹才開(kāi). 一種工業(yè)機(jī)械手的PLC控制.微計(jì)算機(jī)信息,2006年,第22卷第11期:120-1226 孔秀艷. 一種四軸搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制. 大眾科技,2008年,第7期:112-1137 劉軒.王麗偉. 機(jī)械手的PLC控制. 機(jī)床電器. 2006年,34-498 張應(yīng)金. 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