精品毕设工件传送机械手的PLC控制系统设计.docx
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精品毕设工件传送机械手的PLC控制系统设计
2016届
分类号:
TP241.2
单位代码：
10452
毕业设计
工件传送机械手的PLC控制系统设计
姓名 曹继君
学号 201209150106
年级 2012
专业 自动化
系 （院） 汽车学院
指导教师 张伟
2016年4月10日
摘要
基于PLC控制的机械手，物料运输是机械手的主要功能，循环复往地将物料从A地运往B地。
机械手的机械结构是由执行机构，传动系统，控制系统，辅助装置组成。
外部的输入信号是靠PLC来接收的，储存放在PLC中的用户程序处理各种输入信号来掌握机械手的动作，驱动机械手的直流电机，使横轴前后、竖轴上下、底盘转动、手转动运动，驱动电磁阀来控制机械手的松紧。
在设计过程中，除了要选择合理的传动方案、信号采集方式外，最重要的就是PLC程序的编写，顺序编制程序必须要按严格动作的实现，要尽量让程序逻辑准确简单。
关键词：
机械手；电气控制；PLC；程序设计
Abstract
BasingonPLCcontrolofthemanipulator,itsmainfunctionisthetransportmaterial,cyclingtomaterialfromAtoB.Themechanicalstructureofthemanipulatorusedactuators,transmissionsystem,controlsystem,theauxiliarydevice.
Inparticular,byPLCreceivessignalsfromexternalinput,storedinauserprograminaPLCprocessingvariousinputsignaltocontrolthemovementofthemanipulator,drivedcmotorofthemanipulator,upanddownmovementbeforeandafterthehorizontalaxisandverticalaxis,chassis,turning,handdrivensolenoidvalvetocontroltheclampingandlooseningofthemanipulator.Inthedesignprocess,inadditiontochoosereasonabletransmissionscheme,thesignalacquisitionmode,themostimportantthingisthePLCprogram,mustbeinstrictaccordancewiththeactionofexecutionorderprogram,maketheprogramlogiccorrectconciseaspossible.
Keyword：
Mainpulator;Electricalcontrol;PLC;Thedesignofprogram
目录
1课题的目的和意义1
2可编程序控制器1
2.1可编程序控制器概念1
2.2可编程序控制器的特点1
2.3PLC的发展现状与发展趋向1
2.3.1PLC的发展现状1
2.3.2PLC的发展趋向2
3机械手2
3.1机械手的概述2
3.2机械手的组成3
3.3机械手的应用3
3.4机械手的总体设计3
3.4.1机械手的总体结构图和控制面板3
3.4.2机械手的工作流程4
4硬件的选择4
4.1机械手的夹手4
4.2直流电动机的选择5
4.3步进电机的选用5
4.4传感器5
4.5PLC设置5
4.5.1PLC的选型5
4.5.2PLC的组成框图6
4.6控制系统的操作6
4.6.1手动操作运行6
4.6.2自动运行6
5硬件设计6
5.1直流电机正/反转硬件互锁控制电路6
5.2主电路图7
5.3PLC的I/O分配8
5.4PLC接线图8
6软件设计9
6.1系统程序设计9
6.1.1系统正常运行流程图9
6.1.2基本指令编程10
6.1.3公用程序11
6.1.4手动控制12
6.1.5回原位程序12
6.1.6自动控制12
6.1.7基本指令配合步进指令的编程方法14
6.1.8基本指令、初始状态指令和步进指令配合的编程方法15
6.2系统的调试17
结论18
参考文献19
谢 辞20
1课题的目的和意义
跟着工业自动化的提高和展开，工业生产中自动化设备已逐渐成为当代化工业发展的趋向。
在工业生产中由于工作的需要常常需要工人在环境恶劣的条件下工作，如高温、高压、带有毒气体等工作场所，甚至有的有生命危险，所以有了机械手的诞生，很大程度上避免了工人的伤亡。
机械手对于工业生产的多个方面都具有极为重要的意义，如汽车、电器制造业、采矿、冶金等领域；在现阶段航天医药等高精尖范围更是具有举足轻重的位置。
机械手是工业机器人十分重要的一支，对其的研究具有大的实际意义以及经济意义。
由于PLC对数据较强的处理才能，在工业上实现工业生产自动化也就十分简单了。
2可编程序控制器
2.1可编程序控制器概念
可编程序控制器（ProgrammableLogicController）是计算机技术与继电逻辑控制观念相结合的产品，它的低端是常规继电逻辑控制的替代装置，高端是高性能的工业控制计算机。
PLC是一种基于数字运算操作的电子系统，适应于工业环境，接纳可编程的存储器。
PLC及其有关外围设施都易与工业系统联系为一个整体，易于扩展其性能。
可编程序逻辑控制器一向在提高，所以直到此刻为止都没能对其下最后的定义。
PLC仍在不停地在提高改进，从而使PLC有更多的功能和开放性，由于它的使用面广泛，普及水平也较高，所以七天计算机控制设备都无法与之相比。
2.2可编程序控制器的特点
PLC在目前工业控制中的应用是最为普及的，它具有以下特点。
1）系统构成灵敏，容易扩充。
PLC是以开关量控制的，能够进行连续进程的PID回路的控制，还能与上机位联结成复杂的控制系统。
2）方便操作，编程也容易，能够采纳简略的梯形图、语言表或逻辑图等编程语言，无需具备复杂的计算机常识，所以它的系统开发周期比较短，现场调试也很容易，也可对程序进行在线修改。
3）适应性强，对恶劣的工作环境有很强的适应性，抗干扰能才也强，可靠性高，远优于其余控制机。
2.3PLC的发展现状与发展趋向
2.3.1PLC的发展现状
目前，跟着大规模以及超大规模集成电路等的微电子技术的成长，PLC已经由刚开始的一位机发展到此刻以16位和32位的微处理器组成的微机化PC，并且PLC还完成了多处理器的多通道处理。
PLC技术已经很是成熟，不光其控制功能的增强，而且功耗和体积也在减小，可靠性也大幅进步，。
随着远程输入输出和通迅网络、数据处理及图象显示技术的开展，使得PLC正向着用于连续工业生产过程控制的目标发展。
现在，世界上已经有200多家PLC的生产厂家，各厂家的PLC产品都各具特征。
其中，美国是PLC生产大国，驰名的有A-B公司、通用电气公司、莫迪康公司。
欧洲PLC产品的主要生产商包含德国的西门子（SIEMENS）、AEG、法国的TE。
日本也有很多的PLC生产商，如三菱、松下、欧姆龙等，韩国有三星（SAMSUNG）等。
经过这么多年的发展，我们国内PLC生产厂家也约有三十家，大陆的应用市场仍是以海外的产品为主。
大陆在开展PLC业务时也有较大的竞争优势，如：
需求上风、产物的定制特长、资本特长、服务特长。
2.3.2PLC的发展趋向
1）向高速度，大存储方向开展。
为了提高PLC的处理才能，要求其具备更好的响应速率以及更大的存储容量。
目前的大中型PLC.速度可达到0.2ms/k步左右。
而且各个大公司都已经把PLC的扫描速度作为竞争指标，而且这个指标是非常重要的。
2）向多种类方向发展。
目前的中小型PLC已经非常普遍。
为了适应市场的多种需要，从此PLC的发展要向着更多品种的方向发展，特别是向超大型以及超小型的方向发展。
为了适应大规模控制系统的需求，还需要增多的是输入输出点数。
3）编程语言多样化。
PLC系统布局的在不停地成长，不断发展的还有编程软件。
编程语言也朝着多种编程语言的方向发展。
虽然大多数的PLC都是采用继电器梯形图语言，可是新的编程语言还是在不断的出现，此刻已有部分的PLC采纳了高级语言，使得个人计算机技术可以贯穿到PLC中。
4）发展智能模块。
智能模块以微处理器为基础，它可以与可编程控制器的主CPU并行工作，占用时间很少，所以很利于提高PLC扫描速度。
发展智能模块可以进一步提高PLC的处理信息能力和控制功能。
3机械手
3.1机械手的概述
机械手是具有高度科技的工业制造设备。
现如今，随着电子技术尤其是电子计算机技术的普及运用，愈加促使了机械手快速发展，使机械手能够更好地完成与机械化以及自动化的完美联合。
机械手能够模拟人的手和手臂的某些举措，用来依照固定的程序抓取及搬运物件等操作工作。
最早呈现的现代工业机器人就是机械手，它可代替人手完成繁重以及有危险的工作，用以减轻人的工作强度和保护人身安全，因此机械、冶金、等领域得到了普及的运用。
机械手目前尽管还不像人手那样灵敏，但它能够重复工作不知疲倦，还具有不怕困难、抓举力大等人手所不具备的特点，因此，机械手已经越来越受青睐。
3.2机械手的组成
机械手通常是由以下四个系统组成。
1）执行机构。
机械手的执行机构，是由手、腕、臂、支柱构成。
手实现抓取功能，用来夹起或放开工件，与人的手指类似，可以实现人手的相似动作。
手腕把手指和手臂联结起来，能够实现多方位动作，如上升下降、向前向后以及拉伸回转等动作。
简单机械手是可以不需要手腕的参与的。
手臂是靠支柱来支撑的，也能够制造成移动的。
2）传动系统。
传动系统来完成执行机构的动作。
多用机械、液压、气压、电动传动等。
3）控制系统。
控制系统使得被控的机械手根据特定的的程序、目标、方位、速度执行工作，控制系统对于简单机械手不需要设置，只需要采纳SQ、继电器、控制阀及电路就能够完成对传动系统的各项控制，使得执行机构的工作是按照要求来的。
如果机械手需要完成复杂的工作，那么就要采用PLC或微型计算机来对其进行控制了。
4）辅助装置。
机械手的各个部位由辅助装置来联结起来的。
3.3机械手的应用
步入信息时代，今天的科技高速发展，近些年来，自动化机械手对产品质量的提高、工作效率的提高、能源的节约、生产成本的降低以及增加企业竞争力都起到了非常重要的作用。
利用机械装置代替人来完成工作是生产自动化的实质所在，使工人可以从复杂危险单调的工作状况中解放出来。
机械手能够实现各种功能，这样对于设计人员的设计是非常方便的。
3.4机械手的总体设计
3.4.1机械手的总体结构图和控制面板
机械手基本结构图如图3-1所示，控制面板如图3-2所示。
图3-1机械手的基本结构图
图3-2机械手控制面板示意图
3.
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