基于plc的机械手控制系统设计答辩已过学位论文.docx

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基于plc的机械手控制系统设计答辩已过学位论文

摘要…………………………………………………………………………………………..Ⅰ

Abstract…………………………………………………………………………...…………...Ⅱ

第1章绪论…………………………………………………………………………...………1

1.1课题研究目的及意义………………………………………………………...………….1

1.2国内外机械手研究概况……………………………………………………...………….2

1.3课题研究的内容……………………………………………………………...………….3

第2章方案设计与论证…………………………………………………………...…………..4

2.1方案设计………………………………………………………………............................4

2.2方案论证……………………………………………………………………...………….5

2.3方案确定………………………………………………………………...……………….7

第3章系统硬件设计…………………………………………………………...……………..8

3.1主电路设计…………………………………………………………………...….………8

3.1.1熔断器的选择……………………………………………………...……….…...…8

3.1.2热继电器的选择………………………………………………...……….……...…8

3.1.3接触器的选择…………………………………………………...……...……….…9

3.1.4系统主电路图………………………………………………………..………….…9

3.2传感器设计…………………………………………………………...…………………10

3.2.1传感器的选型…………………………………………………...…...……………10

3.2.2传感器的工作原理…………………………………………...……...……………11

3.3行程开关的设计………………………………………………...………………………11

3.3.1行程开关的选型…………………………………………...……….……………..11

3.3.2行程开关的工作原理………………………………………...…………………...12

3.4PLC控制电路设计………………………………………………………...…………….12

3.4.1PLC的基本结构……………………………………………...……………………12

3.4.2PLC的工作原理……………………………………………...……………………13

3.4.3PLC的扫描运行方式……………………………………...………………………13

3.4.4PLC的特点………………………………………………...………………………14

3.4.5PLC经济分析……………………………………………...………………………16

3.4.6PLC的发展趋势………………………………………………...…………………17

3.4.7PLC的控制系统的保护措施………………………………...……………………17

3.4.8PLC的选型........……………………………………………...……………………18

3.4.9PLC外部接线图…………………………………………...………………………20

第4章系统软件设计………………………………………………………………………….21

4.1PLC的软件部分…………………………………………………...…………………...21

4.2系统总体设计…………………………………………………...……………………..22

4.2.1机械手的动作实现过程……………………………………...…………………...22

4.2.2系统总体流程图………………………………………………...………………...23

4.2.3系统复位流程图……………………………………………...…………………...23

4.2.4机械手气夹夹紧流程图…………………………………...……………………...24

4.2.5机械手气夹放松流程图…………………………………...……………………...25

总结……………………………………………………………………...……………………26

参考文献………………………………………………………………...……………………27

致谢………………………………………………………………...…………………………28

附录A系统总电路图…………………………………………………………………………29

附录B系统梯形图…………………………………….………………………………………30

摘要

在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。

自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。

机械手能代替人类完成危险、重复、枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力，因此机械手得到了越来越广泛的应用。

本设计主要由硬件设计和软件设计两大部分组成，其中硬件设计包括主电路、控制电路以及电气控制线路的设计，软件设计包括流程图和梯形图的设计。

主电路由电机、热继电器、熔断器、接触器构成；控制电路由PLC控制器、传感器、行程开关等构成。

本设计中由行程开关将位置信号传给PLC主机，PLC分别控制各个交流电机的正反转，从而控制机械手在横轴与竖轴的运动；接近开关将位置信号反馈给PLC主机，通过控制交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。

本课题设计的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。

关键词：

机械手，PLC，传感器

Abstract

Intheindustrialproductionandotherfields,becauseoftheneedofjob,peopleoftenisaffectedbytheharmofhightemperature,corrosionandtoxicgases,thesefactorsincreaselaborintensityofworkers,andevenleadtolife-threatening.Sincethemanipulatorwasborn,thevariousdifficultproblemswereeasilysolved.Robotscanreplacehumanconsummatelydanger,repeattheboringwork,easehumanlaborintensityandimprovelaborproductivity,sorobotshavebeenappliedmoreandmore.

Thisdesignmainlyconsistofthehardwaredesignandsoftwaredesign.Amongthem,hardwaredesigncontainsthemaincircuit，controlcircuitandelectricalcontrolcircuitdesign,softwaredesigncontainsthedesignofflowchartandladder-diagram.Maincircuitconsistofmotor,thermalrelay,fuse,contactor；controlcircuitconsistofPLCcontroller,sensorsandtravelswitch,etc.Inthepaper，positionsignalissenttoPLChostbytravelswitch,PLCcontroltheacmotor'spositive&negativerespectively,soasitcancontrolthemovementofmanipulatoronthehorizontalaxisandvertivalaxis;positionsignalissenttoPLChostbyapproachswitch,PLChostcancontrolthepawsofmanipulatorandrealizetheopenandclosebythecontrolofacmotor'spositive&negative,soasitcanachievethefunctionofaccuratemotion.Thesubjectdesignmaterialshandlingmanipulatorcancatchandputobjectsinspace,maketheactionflexible,accordingtothechangesofworkpieceandthemovementprocessrequirements，itcanchangetherelatedparametersatanytime.

Keywords:

manipulator,PLC,sensors

第1章绪论

随着我国经济以及工业的不断发展，机械手在工厂的地位变得越来越重要，因为它能够在取代人工在高温、潮湿的环境下工作，更好的提高了工作效率，改善了工厂的收益。

本章主要从课题研究的背景、目的及其意义等方面对该设计作出简要概述。

1.1课题研究目的及意义

机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。

近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。

机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。

特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。

总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。

国内外都十分重视它的应用和发展。

可编程序控制器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。

随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一[1]。

由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。

机械手在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。

我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来控制的机械手还比较少。

本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现自动化控制的。

通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践[2]。

1.2国内外机械手研究概况

机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过40多年的发展，现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。

目前，正式投入使用的绝大部