PLC课程设计机械手设计.docx

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PLC课程设计机械手设计

电气控制与PLC

课程设计说明书

目录

1系统概述-2-

1.1设计题目应用背景和意义-2-

1.2课题的设计任务及要求-2-

1.3机械手的具体参数和要求-3-

2方案论证-3-

2.1PLC的结构和配置-3-

2.2PLC的选择-4-

2.2传动机构的选择-6-

3硬件设计-6-

3.1系统的原理方框图-6-

3.2主电路-7-

3.3I/O分配-7-

3.3I/O接线图-7-

3.4元器件选型-7-

4软件设计-7-

4.1主流程-7-

4.2梯形图-7-

5系统调试-7-

6设计心得参考文献-7-

1系统概述

1.1设计题目应用背景和意义

本课程机械手设计主要采用了可编程逻辑控制器，简称PLC，来实现工业场合的的自动控制，PLC以微控制器为核心，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置，它具有功能强，可靠性高，配置灵活，使用方便以及体积小，重量轻等优点。

被广泛用于自动化控制的各个领域。

机械手，它能模仿人手和手臂的某些动作功能，用以按照特定的程序设计来抓取，搬运物体或操作某些工具的自动装置。

从而实现了工业场合的机械化和自动化。

因而广泛用于机械制造，冶金，电子，轻工和航空航天领域。

控制的方式基本相同，但复杂度基本不同。

机械臂主要有执行机构，传动机构，和辅助装置组成。

执行机构：

机械手的执行结构，由手，手腕，手臂，支柱４部分组成。

手使用来抓取的机构，用于抓紧和松开工件，能够完成人手的基本操作。

手腕是连接手指和手臂的元件，可以进行上下，左右，回转动作。

支柱用来支撑手臂同时可以用来移动。

＼

传动机构　：

机械机构的动作有传动系统来实现.常用的传动系统分为机械传动,液压传动,气压传动,电力传动.

1.2课题的设计任务及要求

1、完成设计说明书一份（包括原理的简要说明和软件的编程）（不少于5000字）；其中包括电气原理图一份。

（要求用计算机绘图，采用AUTOCAD或者其他绘图软件）、电气安装接线图一份。

（要求用计算机绘图，采用AUTOCAD或者其他绘图软件）

2、设计说明书和电气原理图必须按“电气图形符号”和“电气技术文字符号”的国家标准。

1.3机械手的具体参数和要求

机械手抓取物块的结构如图所示。

系统右3个气缸组成，每个气缸的动作分别由电磁阀控制DC24V5W，工作过程如下：

具体要求如下：

（1）如果人工放置物块到工作台上，汽缸B向下动作。

（2）汽缸B向下动作到位，汽缸C动作，抓紧物块。

（3）汽缸C动作，抓紧物块后，汽缸B向上动作。

（4）汽缸B向上动作到位后，汽缸A向左动作。

（5）汽缸A向左动作到位后，汽缸B向下动作。

（6）汽缸B向下动作到位后，汽缸C松开抓手，物块放置到传送带上。

（7）汽缸C松开抓手到位后，汽缸B向上动作。

（8）汽缸B向上到位后，传送带转动，送出物块。

同时汽缸A向右移动。

（9）物块送出后，汽缸A向右移动。

汽缸A向右移动到位后，进行下次循环。

2方案论证

2.1PLC的结构和配置

1,中央处理器单元

一般由控制器、运算器和寄存器组成。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。

CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。

2,储存器

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。

系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。

现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。

3,输入输出接口单元

PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。

PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。

4,输入接口电路

PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。

直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关，光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。

交流输入电路和直流输入电路类似，外接的输入电源改为220V交流电源。

5,输出接口电路

　输出接口电路通常有3种类型：

继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。

继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型的输出电路类似，只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。

5,扩展接口和通信接口

PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。

6,电源

PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。

2.2PLC的选择

机械手要求系统具有稳定性,可靠性,以及接线的简单性,应该选择PLC为核心的控制器,各控制对象都必须在PLC统一控制下协同工作.

三菱FXPLC是小形化，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，除输入出16～25

点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，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。

特点-系统配置即固定又灵活；-编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。

　FX系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点；

　　FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案；

　　FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。

　　除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，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。

在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。

可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。

可根据电源及输出形式，自由选择。

程序容量：

内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。

丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。

便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。

数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。

特殊用途、脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。

外部设备相互通信，串行数据传送，ASCIIcode印刷，HEXASCII变换，校验码等。

时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等.

综合考虑各种因素:

我决定采用三菱的FX2N-32MR型PLC（16点输入,16点输出）

2.2传动机构的选择

液压传动的特点:

抓重可达几百斤以上,传动平稳,结构紧凑,动过灵敏,但对密封装置要求严格,不宜在高温,低温的场合使用.

气压传动:

是压缩空气的的压力来驱动执行机构的机械手,特点是:

介质来源极为丰富,输出力小,气动动作迅速,结构简单,成本低.使用在高速,轻载,高温,和粉尘的环境中进行工作./

机械传动:

特点采用凸轮,连杆,齿轮和齿条等机构实现,其动力由工作机械传递.的特点:

动作精确度高,动作频率大,.但结构较大,动作程序不可变.

控制系统:

机械手的控制系统主要是机械手按照一定的程序,步骤,方向,速度进行动作,简单的机械手主要采用行程开关,继电器,控制阀以及电路就可以实现传动系统的控制,对于动作复杂的的机械手就要踩用可编程控制器来实现,本设计就是采用PLC.

综合以上因素:

我决定选用气压传动方式.

3硬件设计

3.1系统的原理方框图

3.2主电路

3.3I/O分配

3.3I/O接线图

3.4元器件选型

4软件设计

4.1主流程

4.2梯形图

5系统调试

6设计心得参考文献

注：

注意：

1.目次中的内容一般列出“章”、“条”二级标题即可；

2．X、Y表示具体的阿拉伯数字；

3.设计说明书的基本内容有：

（1）概述

这部分内容一般包括2个部分：

设计题目应用背景和意义，课题的设计任务及要求。

（2）课题方案论证

根据设计课题要求提出设计方案，简述方案设计的基本理论依据。

通常可以选择一个以上的方案进行比较，通过剖析各个方案的优缺点，达到论证自己的方案是较合理的目的。

（3）方案的实现（可以分硬件与软件部分来设计）

设计应写明实现方案的具体措施，硬件设计原理，元器件选型、I/O分配表，原理图（主电路和I/O接线图），软件设计思想、框图及典型程序，硬件软件调试的过程、结果，结果分析等。

（4）设计心得

在这部分，设计者要对自己的工作作出评价，优点和不足是什么。

也可以对设计中遇到的重要问题进行讨论，对今后进一步的研究发表展望。

（5）参考文献

1系统描述即设计要求（可作为正文第1章标题，用小3号黑体，加粗，并留出上下间距为：

段前0.5行，段后0.5行，下同）

×××××××××（小4号宋体，1.5倍行距）×××××××××××××××××××××………

1．1××××××（作为正文2级标题，用4号黑体，加粗）

×××××××××（小4号宋体）××××××…………

1.1.1××××（作为正文3级标题，用小4号黑体，不加粗）

×××××××××（小4号宋体）×××××××××××××××××××××××××××………

2×××××××

×××××××××（小4号宋体）×××××××××××××××××××××××××××××××××××………

注：

1．正文中表格与插图的字体一律用5号宋体；英文字母用TimesNewRoman字体；

2．正文各页的格式请以此页为标准复制，页脚中的页码用阿拉伯数字表示；

3．为保证打印效果，学生在打印前，请将全文字体的颜色统一设置成黑色。

（空2行）

设计心得（小3号黑体，居中）

×××××××××（小4号宋体，1.5倍行距）×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××…………

（空2行）

参考文献（小3号黑体，居中）

[1]×××××××（小4号宋体，行距18磅）×××××

[2]××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

[3]××××××××××××××××××××××

…………

期刊类例如：

[a]华罗庚，王元.论一致分布与近似分析[J].中国科学，1973（4）：

339~357

图书类例如：

[b]傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础[M].北京：

科学出版社，1985，447

外文类例如：

[c]BorkoH，BernierCL．Indexingconceptsandmethods.NewYork:

AcademicPr,1978

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