plc设计报告.docx
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plc设计报告
安徽工商职业学院
课题名称基于PLC的机械手控制系统
课题性质
专业机电一体化技术
班级09机电3班学生姓名刘建学号093031
指导教师任远林教研室主任王家龙系部主任王勇
发放日期
毕业设计（论文）任务书
一、课题条件：
二、毕业论文（设计）主要内容：
1、运用PLC实现工业控制中常见的机械手控制方法。
2、论文总体方案设计.
3、PLC的选型和I/0地址分配。
4、控制系统原理图与电气线路安装设计图。
5、程序的编写与调试（梯形图、指令表、状态流程图等），并给出相应的软件仿真结果。
6、论文总结（设计思想和调试心得）
三、计划进度：
6月下旬下发课题、课题汇总、确定指导教师并在放假前完成第一辅导
7-8月学生自己查阅组织材料，可能的情况下利用便利条件和指导教师通过网络交流
9月份硬件系统设计
10月份软件系统设计、调试
11月中旬左右答辩。
四、主要参考文献：
指导教师（系）教研室主任
年月日年月日
说明：
毕业论文（设计）任务书由指导老师根据课题的具体情况填写，经系部审查，系主任签字后生效。
此任务书在毕业设计开始前一周内填写并发给学生。
摘要：
目录：
1.关于机械手
1.工业机械手的概述
2.机械手的组成
3.机械手的分类
2.三菱PLC介绍
1.三菱PLC的发展历史
2.FX系列PLC的子系列
1）FX1S系列PLC
2）FX1N系列PLC
3）FX2N系列PLC
4）FX2NC系列PLC
3.PLC控制系统设计原则
1.最大限度地满足控制要求保证
2.PLC控制系统安全可靠
3.力求简单、经济、方便地使用及维修
4.适应发展的需求
4.控制器件的选型
1.步进电机及其驱动器
2.伺服电机及其驱动器
3.直流电机
4.PLC的选型
5.
6.
7.
8.
9.
关于机械手
1.工业机械手的概述
机械手在机械化.自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
近年来随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已经成为高新技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术。
它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手虽然目前还不如人手那么灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲倦、不怕危险，抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到应用，例如：
1）机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。
2）在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板；在机械行业中它可以用来组装零部件。
3）可以在劳动条件差、单调、重复、易于疲劳的工作环境下代替人的劳动。
4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物品的搬运等。
5）可以应用于宇宙及海洋的开发。
6）军事工程及生物医学方面的研究和实验。
2.机械手的组成
机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的。
一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。
1）执行机构
机械手的执行机构由手、手腕、手臂和支柱组成。
手是抓取机构，又来加紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。
手腕是连接手与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。
简单的机械手没有手腕。
支柱用来支撑手臂也可以根据需要做成移动的。
2）传动系统
传动机构的动作要由传动系统来实现。
常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。
3）控制系统
机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用地控制系统只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作；动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。
4）辅助装置
辅助装置是机械手各部的连接装置，如:
油箱、管道、仪表、基座等。
3.机械手的分类
机械手按使用用途分：
专用机械手，通用机械手。
机械手按传动方式分：
机械式机械式、液压式机械式、气压式机械式、电动机械式。
三菱PLC介绍
1.三菱PLC的发展历史
三菱公司的PLC是较早进入中国市场的产品。
其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品，早期在我国的销售量也不小。
F1/F2系列加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信功能，比F系列有了更强的控制能力。
继F1/F2系列之后，20世纪80年代末三菱公司又推出了FX系列，在容量、速度、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强。
FX2系列是在90年代开发的整体式高功能小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。
FX2N是最近几年推出的高功能整体式小型机，它是FX2的换代产品，各种功能都有了全面的提升。
近年来还不断推出满足不同要求的微型PLC,如：
FX0S、FX1S、FXON、FX1N以及ɑ系列等产品。
三菱公司的大中型机有A系列、QnA系列、Q系列，具有丰富的网络功能，I/O点数可达8192点。
其中Q系列具有超小的体积、丰富的机型、灵活的安装方式、双CPU协同处理、多存储器、远程口令等特点，是三菱公司现有PLC中最高性能的PLC。
三菱PLC中的FX2N是小型化、高速度、高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输出16～25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
2.FX系列PLC的子系列
1）FX1s系列PLC
FX1S系列PLC是用于及小规模系统的超小型PLC，可进一步降低设备成本。
该系列有16种基本单元，可组成10～30个I/O点的系统，用户存储器（EEPROM）容量为2kB步。
FX1S可使用一块I/O扩展板、串行通信扩展板或模拟量扩展板，可同时安装显示模块和扩展板，有两个内置的设置参数用的小电位器。
每个单元可同时输出2点100kHz的高速脉冲，有7条特殊的定位指令。
通过通信扩展板可实现多种通信和数据链接，如：
RS-232C、RS-422和RS-485通信，N：
N链接、并行链接和计算机链接。
2）FX1N系列PLC
FX1N有12种基本单元，可组成24～128个I/O点的系统，并能使用特殊功能模块、显示模块和扩展板。
用户存储器容量为8kB步，有内置的实时时钟。
PID指令可实现模拟量闭环控制，每个基本单元可同时输出2点100kHz的高速脉冲，有，有7条特殊的定位指令，有两个内置的设置参数用的小电位器。
通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接，如：
CC-Link，AS-I网络，RS-232C、RS-422和RS-485通信，N:
N链接、并行链接、计算机链接和I/O链接。
3）FX2N系列PLC
FX2N是目前FX系列中功能较强、速度较快的微型PLC，它有25种基本单元，它的基本指令执行时间高达0.08us每条指令，内置的用户存储器为8kB步，可扩展到16kB步，最大可扩展到256个I/O点。
有多种特殊功能模块或功能扩展板，可实现多轴定位控制，每个基本单元可扩展8个特殊单元。
机内有实时时钟，PID指令可实现模拟量闭环控制。
有功能很强的数学指令集，如浮点数运算、开平方和三角函数等。
通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接，如：
CC-Link，AS-I网络、Profibus、DeviceNet等开放式网络通信、RS-232C、RS-422和RS-485通信，N:
N链接、并行链接、计算机链接和I/O链接。
4）FX2NC系列PLC
FX2NC具有很高的性能体积比和较强的通信功能，可安装到比标准的PLC小很多的空间内，它有5种基本单元。
I/O型连接器可降低接线成本，节约接线时间。
I/O点数可扩展到256点，最多可连接4个特殊功能模块。
利用内置的功能，可控制两轴（包括插补功能），通过增加扩展单元可控制多轴。
通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接，如：
CC-Link，AS-I网络、Profibus、DeviceNet等开放式网络通信、RS-232C、RS-422和RS-485通信，N:
N链接、并行链接、计算机链接和I/O链接。
FX2NC系列也可以使用FXON和FX2N的扩展模块。
PLC控制系统设计原则
任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。
因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
1.最大限度的满足控制要求
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。
这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。
同时要注意和现场人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑点问题。
2.保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定地运行，是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。
3.力求简单、经济、方便地使用及维修
一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益，但是新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行自觉性的增加。
因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益；另一方面也要注意不断的降低工程的成本。
这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。
4.适应发展的需求
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断的提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求在选择PLC、I/O模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。
控制器件的选型
为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：
1.步进电机及其驱动器
机械手纵轴（Y轴）和横轴（X轴）选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。
M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。
所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，最大3A的8种输出电流可选，最大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。
驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC之间选择。
一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。
本驱动器最大输出电流值为3A/相（峰值），通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用。
本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态
2.伺服电机及其驱动器
机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量MSMA5AZA1G，其额定输出50W、100/200V共用，旋转编码器规格为增量式（脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线）；有油封，无制动器，轴采用键槽连接。
该电机采用松下公司独特算法，使速度频率响应提高2倍，达到500Hz；定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。
具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可弥补机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接高精度的光栅尺，构成全闭环控制，进一步提高系统精度。
具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式，还配有RS-485、RS-232C通信口，使上位控制器可同时控制多达16个轴。
伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A，适用于小惯量电动机。
3.直流电机
可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动，系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机，其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高。
无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器，其采用24～48V直流供电，有起、停及转向控制、过流、过压及堵、转保护，且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。
4.PLC的选型
根据系统的设计要求，选用OMRON公司生产的CPM2A小型机。
CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。
CPM2A的CPU单元又是一个独立单元，能处理广泛的机械控制应用问题，所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。
完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRONPC和OMRON可编程终端的通信。
这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。
5.
搬运机械手PLC控制系统设计
摘要
随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运,可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。
本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关（SQ1---SQ9）产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：
下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：
回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。
关键词：
搬运机械手，可编程控制器（PLC），液压，电磁阀
ABSTRACT
Withthepopularityofindustrialautomationanddevelopment,thedemandforyear-on-yearincreaseofcontroller,handlingtheapplicationofrobotgraduallypopularity,mainlyintheautomotive,electronic,mechanicalprocessing,food,medicineandotherareasoftheproductionlineorcargotransport,wecanbemoregoodtosaveenergyandimprovethetransportefficiencyofequipmentorproducts,toreducerestrictionsonothermodesoftransportationandinadequatetomeettherequirementsofmoderneconomicdevelopment.
Themanipulatormechanicalstructureincludestwosolenoidvalvescontrolledbyhydraulicmanipulatorsteeltoachievetheincreaseddeclineinsportsandworkpiececlampingaction,thetwodifferentmotorspeedthroughthetwomotorcoilspositivecontrolinordertoachievecarofthefast-forward,slowforward,fastrewind,slowmovementbackmovement;conversionbysettingitsactioninvariousdifferentpartsofthetripswitch（SQ1---SQ9）generatedon-offsignaltransmissiontothePLCcontroller,throughthePLCinternaldifferentoutputsignal,whichdrivestheexternalcoiltocontrolthemotororsolenoidvalveshaveadifferentaction,therobotcanachieveprecisepositioning;theircourseofactioninclude:
declineinclampingincreased,slowforward,fastforward,slowprogress,theextensionof,thedropin,relax,rise,slowback,rewind,slowback;itsoperation,including:
Backinsitu,manual,single-step,singlecycle,continuous;tomeettheproductionrequirementsofthevariousoperationsandmaintenance.
Keywords:
handlingmechanicalhands,ProgrammableLogicController（PLC）,hydraulic,solenoidvalve
目录
前言………………………………………………………………………………….1
第一章机械手的概况
1.1搬运机械手的应用简况…………………………………………………2
1.2机械手的应用意义………………………………………………………3
1.3机械手的发展概况………………………………………………………3
第三章搬运机械手PLC控制系统设计
3.1搬运机械手结构及其动作………………………………………………
3.2搬运机械手系统硬件设计………………………………………………
3.3搬运机械手控制程序设计………………………………………………
1操作面板及动作说明……………………………………………………
2I/O分配…………………………………………………………………
3梯形图的设计……………………………………………………………
1）梯形图的总体设计……………………………………………………
2）各部分梯形图的设计…………………………………………………
3）绘制搬运机械手PLC控制梯形图……………………………………
结论………………………………………………………………………………
谢辞………………………………………………………………………………
参考文献………………………………………………………………………………….附：
语句表梯形图I/O接线图
前言
机械手：
mechanicalhand，也被称为自动手，autohand
能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用机械手有2～3个自由度。
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；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。
有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。
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。
第一章机械手概况
1.1搬运机械手的应用简况
在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。
在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。
专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。
但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。
据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75％是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5％。
从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。
机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。
国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面：
1.热加工方面的应用
热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。
为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。
2.冷加工方面的应用
冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。
进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。
最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。
3.拆修装方面
拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。
目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。
近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。
近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。
1.2机械手的应用意义
在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：
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