基于物料分拣机械手的自动化控制系统的设计开题报告.doc

1、南京工程学院 本科毕业设计（论文）开题报告题 目：基于PLC的物料分拣机械手自动化控制 系统的设计 专 业： 自动化（数控技术） 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2015年3月学生姓名 学 号专 业指导教师 职 称所在院系课题来源自拟课题课题性质课题名称基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计毕业设计的内容和意义（1）据控制要求完成PLC的选型（2）实现物料分拣机械手的自动化控制要求 （3）绘制功能要求的工艺流程图、工作梯形图（4）编写程序清单（5）完成设计说明书 （6）毕业设计论文符合学院规定的论文格式和有关要求本课题对虚拟制造技术的应用进行研究，其研究意义如下：（1）本课题

2、试图开发PLC对物料分拣机械手的控制，使其能够对不同的物料按预先设定的程序进行分拣，动作灵活多样，广泛应用于柔性生产线。（2）采用PLC控制，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业。（3）可以允许方便的改动或重新设计其新部件，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。文献综述1.PLC介绍 它是一种即时系统有别於个人电脑 。传统式以继电器为主的电机控制系统中, 每当变更设计时,整个系统几乎都要重新制作, 不但费时又费力；同时由於继电器还有接点接触不良、磨损、体积大之缺点, 因此造成成本升高、可靠性低、不易检修等问题。为了改善这些缺点,美国DEC在1969年首度发表：可程式控制器(

3、Programmable Controller)。程式控制器在发表初期被称为(Programmable Logic -Controller)简称PLC, 最先的目的是取代继电器，从而执行继电器逻辑及其他计时或计数等功能的顺序控制为主, 所以也称顺序控制器,其结构也像一部微电脑,所以也可称为微电脑可程式控制器(MCPC),直到1976年,美国电机制造协会正式给予命名为Programmable Controller, 即可程式控制器,简称PC,由于目前个人电脑(Personal Computer)极为普遍, 加上常与可程式控制器配合使用,为了区分两者, 所以一般都称可程式控制器为PLC 以加以分别

4、。目前市面上之PLC种类繁多，依照制造厂商及适用场所的不同而有所差异, 但是每种厂牌可依机组复杂度分为大、中、小型；而一般工厂及学校通常使用小型PLC, 其中以日系F系列及我国A系列PLC较受国人爱用。 而本CAI将以三菱FX2 PLC 为主加以介绍,望使用者能对PLC有更深的瞭解, 在使用PLC时能更得心应手。 可程式控制器内部基本结构可用下图来表示, 其内部处单元包括CPU、输入模组、输出模组三大部门, PLC的CPU 会经由输入模组取得输入元件所产生的讯号, 再从记忆体中逐一取出原先以程式书写器中输入的控制指令, 经由运算部门逻辑演算後,再将结果通过输出模组加以驱动外在的输出元件。2.应

5、用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1）开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2） 模拟量控 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液文献综述位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及

6、D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。3）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。4）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块

7、，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6）通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

8、随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3. 功能特点1）使用方便，编程简单采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，文献综述因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。2）功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

9、PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。4）可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障

10、大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。5）系统的设计、安装、调试工作量少 PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二

11、极管可观察输出信号的状态。完成系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可解决，系统的调试时间比继电器系统少。文献综述6）维修工作量小，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故。4.PLC的发展趋势：（1）产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化；小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本；（2）PLC在闭

12、环过程控制中应用日益广泛；（3）不断加强通讯功能；（4）新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还带有处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计时模块、远程I/O模块等专用化模块；（5）编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的；编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语言表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统；（6）发展容错技术采用设备并行工作、多数表决的工作方式；（7）追求软硬件的标准化。5.PLC控制的机械手 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

13、命。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

14、意义。文献综述可编程控制器（PLC）是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微处理器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。本课题充分利用了PLC控制功能，实现机械手搬运控制。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。参考文献（1）钟肇新.可编程序控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社,2002 （2）陈宇,段鑫.可编程控制器基础及编程技巧.广州：华南理工大学出版社,2002 （3）常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社,2004 （4）张建民,机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社,2001 （5）蒋少茵.PLC控制的机械

15、手.2004 （6）张兵,施永辉.基于PLC的机械手混合驱动控制,液压与气动.2005 （7）张建民等.机电一体化系统设计M.北京：北京理工大学出版社，2007 （8）袁子荣.液气压传动与控制M.重庆：重庆大学出版社，2007（9）陈奎生.液压与气压传动M.武汉：武汉理工大学出版社，2001（10）张铁，谢存禧.机器人学M.广州：华南理工大学出版社，2001（11）He yong yi. A Control System of Material Handling in FMS. Journal of Shanghai university. Vol.1.No.1.1997. （12） 费仁元，张慧慧.机器人设计和分析M.北京：北京工业大学出版社，