机械手的PLC控制装置设计毕业设计.docx

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机械手的PLC控制装置设计毕业设计

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河南工业职业技术学院

毕业设计论文

题目：

机械手的PLC控制装置设计

班级：

数控0901班

姓名：

袁炯

专业：

数控技术专业

指导教师：

邰鑫

答辩日期：

2010年11月5日

前言

可编程控制器（ProgrammableLogicController）是一种以微处理器为核心的工业控制装置。

它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的设备或生产过程。

可编程控制器以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，在汽车、钢铁、航空航天、船舶、化工、纺织、食品、造纸、军工等工业领域获得了广泛的应用。

机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象，机械手可以完成许多工作，如搬运物品、装配工件、切割、喷染等等，应用非常广泛，应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高生产效率。

为了使动作操作更加准确，加入一些检测元件，更加完善的应用于各各领域，在此做些改进。

目录

前言………………………………………………………………………………1

目录………………………………………………………………………………2

摘要………………………………………………………………………………4

Pick………………………………………………………………………………5

第1章绪论……………………………………………….………………..6

第2章PLC的简介………………………………………………………....7

2.1PLC的产生7

2.2PLC的定义和特点7

2.2.1PLC的定义7

2.2.2PLC的特点7

2.3PLC的组成与分类8

2.3.1PLC的组成8

2.3.2PLC的分类8

2.4PLC的工作原理与应用9

2.4.1PLC的工作原理9

2.4.2PLC的应用9

第3章PLC控制程序的设计……………………………………………..10

3.1各电器设备的控制方式及控制要求10

3.1.1机械手的技能和特性10

3.1.2躯干和传动系统10

3.2电气元件、设备的选择11

3.2.1输入输出的点数11

3.2.2PLC机型的选择12

3.2.3电源模块的选择13

3.2.4电气元件的选择13

3.3控制系统的硬件设计15

3.3.1控制要求15

3.3.2系统的硬件程序设计16

3.4控制系统的软件设计。

18

致谢…………………………………………………………………………......30

参考文献………………………………………………………………………..31

摘要

自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。

机械手可在空间抓、放、搬运物体，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。

机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。

机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。

广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。

关键字：

可编程控制器；机械手；传感器；微器处理；继电器；自动控制。

Pick

Sincethesincethedevelopmentofmanipulator,correspondingwithvariousproblemssolved.Manipulatorinthespacegrasping,andtheproductionofvarieties,smallbatchautomation,widelyusedinflexibleautomaticproductionline.Manipulatoris-resistantmaterials,toadapttotheimportantpartofindustrialrobots,inmanycasesitcanbereferredtoasindustrialrobots.Industrialrobotisamechanical,electrical,control,artificialintelligence,computers,sensorsandothermultidisciplinaryadvancedtechnologyinoneoftheimportantmodernmanufacturingautomationequipment.Extensiveuseofindustrialrobots,notonlycanimprovetheproductqualityandproductivity,andtoprotectthepersonalsafety,improvetheworkingenvironment,reducelaborintensityandincreasetheproductivity,conservationofrawmaterialsconsumptionandlowerproductioncosts,aproduct,evolvedintoautomationbasedonthemicro-processingtechnology,computertechnology,communicationtechnologyintegratedintonewindustrialautomaticcontroldevice.

Keywords:

PLC;Manipulator;Sensor;Microprocessor;relay;automaticcontrol.

第1章绪论

随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。

电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。

从各国的行业统计资料来看，近30多年来，气动行业发展很快。

20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为9:

1，而30多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达到6:

4，甚至接近5:

5。

我国的气动行业起步较晚，但发展较快。

从20世纪80年代中期开始，气动元件产值的年递增率达20%以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。

随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。

由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作”’。

而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。

所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。

现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。

车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。

高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。

在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置。

对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN气缸。

第2章PLC的简介

2.1PLC的产生

1968年美国通用汽车公司（GM）招标要求:

软连接代替硬接线;维护方便;可靠性高于继电器控制柜;体积小于继电器控制柜;成本低于继电器控制柜;有数据通讯功能;输入115V;可在恶劣环境下工作;扩展时，原系统变更要少;用户程序存储容量可扩展到4K。

核心思想：

用程序代替硬接线，输入输出电平可与外部装置直接相联，结构易于扩展，这是PLC的雏形。

1969年美国DEC公司研制出世界上第一台PLC（PDP-14），并在GM公司汽车生产线上应用成功。

2.2PLC的定义和特点

2.2.1PLC的定义

美国电气协会制造商协会NEMA和国际电工委员会IEC对可编程控制器分别作了定义：

可编程控制器是一种专门用于工业环境的、以开关量逻辑控制为主的自动控制装置。

它具有存储控制程序的存储器，能够按照控制程序，将输入的开关量（或模拟量）进行逻辑运算、定时、计数和算术运算等处理后，以开关量（或模拟量）的形式输出，控制各种类型的机械或生产过程。

早期的可编程控制器，主要用于开关量逻辑控制，所以称为可编程逻辑控制器，简称PLC，后来随着计算机计术不断发展，其功能已不仅限于开关逻辑控制，所以被称之为可编程控制器PC，但这很容易和个人计算机PC相混淆，因此，一般仍把PLC作为可编程控制器的简称。

2.2.2PLC的特点

可编程控制器之所以能够得到迅速发展和广泛应用，主要是由于它具有以下特点：

（1）可靠性高，抗干扰能力强；

（2）编程简单，易于掌握；

（3）功能完善，灵活方便；

（4）体积小、质量轻、功耗低。

2.3PLC的组成与分类

2.3.1PLC的组成

PLC的构成：

PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。

PLC的硬件系统结构如图1所示：

图2.1PLC的硬件系统结构

2.3.2PLC的分类

通常PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。

（1）按结构形式分类按结构形式不同，可分为整体式和模块式两类。

（2）按控制规模分类按控制规模大小，可分为小型、中型和大型PLC三种类型。

2.4PLC的工作原理与应用

2.4.1PLC的工作原理

PLC的工作原理：

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。

然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

2.4.2