PLC气动机械手设计.docx
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PLC气动机械手设计
摘要
为工业机械手研制一个技术性能优良的控制系统，对于提高工业机械手的整体技术性能来说具有十分重要的意义。
本论文正是针对这一课题，选择了可编程控制器（PLC）作为工业机械手的控制系统，这对提升工业机械手的整体技术性能起到了良好的作用。
本论文的控制对象是由三个搬运机械手组成的机械手群，每个机械手完成八个基本动作，三个机械手互相配合动作。
机械手由气缸驱动，气缸受电磁阀控制。
限位开关检测机械手是否到达固定位置。
可编程控制器（PLC）控制每个机械手的动作，实现机械手群的自动运行。
本论文可编程控制器（PLC）选用西门子（SIEMENS）公司S7–200系列的CPU224，并扩展了EM221数字量输入模块和EM222继电器输出模块。
机械手的开关量信号直接输入PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制。
在软件上，设计了主程序和子程序。
主程序控制机械手群动作，子程序控制每个机械手动作。
本论文的重点放在PLC各硬件部分的设计和介绍、PLC梯形图的编写上。
在整体设计过程中按照“提出问题，分析问题，解决问题”的主导思想，对整个系统的设计工作做出了细致的阐述。
关键词：
可编程控制器（PLC）；气动机械手；梯形图；CPU224；
Abstract
Developsatechnicalperformancefinecontrolsystemfortheindustrymanipulator,regardingenhancestheindustrymanipulator'soveralltechnicalperformancetohavetheextremelyvitalsignificance.Thepresentpaperispreciselyinviewofthistopic,choseprogrammablelogicalcontroller（PLC）totaketheindustrymanipulator'scontrolsystem,thistopromotedtheindustrymanipulator'soveralltechnicalperformancetoplaythegoodrole.
Thepresentpapercontrolledmemberisbythreethemanipulatorgroupwhichtransportsthemanipulatortobecomposed,eachmanipulatorcompleteseightelementaryactions,threemanipulatorscoordinatethemovementmutually.Themanipulatoractuatesbytheaircylinder,aircylindersolenoidvalvecontrol.Thelimitswitchexaminesthemanipulatorwhetherarrivesthestationaryposition.
Theprogrammablelogicalcontroller（PLC）controlseachmanipulator'smovement,realizesthemanipulatorgroupautomaticmovement.Presentpaperprogrammablelogicalcontroller（PLC）selectsSIEMENSCorporationS7–200seriesCPU224,andexpandedtheEM221numeralquantityloadmoduleandtheEM222relayoutputmodule.Manipulator'sswitchquantitysignaldirectinputPLC,PLCcontrolsthroughtheintermediaterelaytothesolenoidvalve.Onthesoftware,hasdesignedthemasterroutineandthesubroutine.Themasterroutinecontrolsthemanipulatorgroupmovement,thesubroutinecontrolseachmanipulatortoact.
ThepresentpaperkeypointplacesthePLCvarioushardwarepartthedesignandtheintroduction,inthePLCtrapezoidalchartcompilation.Deferstointheoveralldesignprocess“asksthequestion,theanalysisquestion,solvestheproblem”theguidingideology,hasmadethecarefulelaborationtotheoverallsystemdesignwork
Keywords：
ProgrammableLogicalController（PLC）；AirOoperatedMmanipulator；TrapezoidalCchart；CPU224；
第1章绪论
机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。
它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器的优点，尤其体现了人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
机械手的概念
我国国家标准（GB/T12643–90）对机械手的定义：
“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。
”
机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。
专用机械手：
它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，具有固定（有时可调）程序，使用大批量的自动生产。
如自动生产线上的上料机械手，自动换刀机械手，装配焊接机械手等装置。
通用机械手：
它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手。
它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产。
它的工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。
机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。
机械手扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。
目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。
机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS），实现生产自动化。
随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。
气动机械手的简介
气动技术
气动技术—这个被誉为工业自动化之“肌肉”的传动与控制技术，在加工制造业领域越来越受到人们的重视，并获得了广泛应用。
目前，伴随着微电子技术、通信技术和自动化控制技术的迅猛发展，气动技术也不断创新，以工程实际应用为目标，得到了前所未有的发展。
气动技术（Pneumatics）是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。
“Pneumatics”一词起源于希腊文的“Pneuma”，其原义为“呼吸”，后来才一演变成“气动技术”。
气动技术因具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单，以及防火、防爆、抗电磁干扰、抗幅射等优点广泛应用于汽车制造、电子、工业机械、食品等工业产业中。
随着新材料、新技术、新工艺的开发和应用，气动技术己经突破传统的设计、制造理念，正在IC/LCD、微电子、生物制药、医疗机械等高技术领域扮演着重要角色。
随着生产自动化程度的不断提高，气动技术应用面迅速扩大，气动产品品种规格持续增多，性能、质量不断提高，市场销售产值稳步增长。
在工业技术发达的欧美、日本等国家，气动元件产值已接近液压元件的产值，而且仍以较快的速度在发展。
气动工业的高速增长，进一步刺激了气动技术的发展。
气动技术正朝着精确化、高速化、小型化、复合化和集成化的方向发展。
气动机械手
工业机械手使用最多的一种驱动方式是电机驱动。
驱动电机一般采用步进电机、直流伺服电机以及交流伺服电机。
由于电机速度高，通常须采用减速机构（如谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等）。
这类机械手的特点是控制精度高，驱动力较大，响应快，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方案。
但是由于这类机械手价格昂贵，限制了在一些场合的广泛应用。
因此，人们开始寻求其它一些经济适用的机械手驱动方式。
随着气动技术获得了快速发展，其利用成本性能比低廉及同时具有许多优点的气动设备，在满足社会生产实践需要的同时也越来越多的受到重视。
气动机械手技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要实用技术。
气动机械手与其它控制方式的机械手相比，具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强等特点，表1.1给出了各种控制方式的比较。
表1.1各种控制方式的比较
项目
气压传动
液压传动
电气传动
机械传动
系统结构
简单
复杂
复杂
较复杂
安装自由度
大
大
中
小
输出力
稍大
大
小
不太大
定位精度
一般
一般
很高
高
续表1.1
动作速度
大
稍大
大
小
响应速度
慢
快
快
中
清洁度
清洁
可能污染
清洁
较清洁
维护
简单
比气动复杂
需要专门技术
简单
价格
一般
稍高
高
一般
技术要求
较低
较高
最高
较低
控制自由度
大
大
中
小
危险性
几乎没问题
注意火
一般无问题
无特殊问题
气动机械手是在己有的机械手基础上发展起来的。
二者之间的区别在于气动机械手发展的起点颇高，它强调模块化的形式，把专用机械手和通用机械手结合起来。
现代气动机械手的基本结构由感知部分、控制部分、主机部分和执行部分四个方面组成。
采集感知信号及控制信号均由智能阀岛来处理，气动伺服定位系统代替了伺服电机、步进马达或液压伺服系统；气缸、摆动马达完成原来由液压缸或机械所作的执行动作；主机部分采用了标准型材辅以模块化的装配形式，使得气动机械手能拓展成系列化、标准化的产品。
人们根据应用情况的要求，选择相应功能和参数的模块，像积木一样随意的组合，这是一种先进的设计思想，代表气动机械手今后的发展方向，也将始终贯穿着气动机械手的发展及实用性。
因此，气动机械手可以代替一些功能不理想的工业机械手的地位，在目前的工业自动线上有着及其广泛的应用前景。
气动机械手的发展趋势
尽管世界工业经济发展放缓，使得气动机械手的发展受到一定的影响，然而，作为新兴科学技术的产物，气动机械手的发展势不可挡。
目前，气动机械手的发展呈现出了以下趋势：
1、结构模块化
2、控制智能化
3、感觉功能变强
4、系统应用与集成化
5、可靠性越来越高
6、易操作更灵活
7、向微型化方向发展
第2章
方案论证
机械手的设计
气动搬运机械手的结构
机械手的种类很多，但按手臂坐标类型来分主要有直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式、SCARA型。
本论
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