plc機械手課程設(shè)計

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1、目錄 一、PLC概況及在機械手中的應(yīng)用 2 1 可編程序控制器的應(yīng)用和發(fā)展概況 2 2 PLC的應(yīng)用概況 2 3 PLC在機械手中的應(yīng)用 3 二、 機械手概況 4 1搬運機械手的應(yīng)用簡況 4 2機械手的應(yīng)用意義 5 3機械手的發(fā)展趨勢 5 4機械手的分類 6 三、 搬運機械手總體設(shè)計方案 7 1機械手的工作過程 7 2機械手的控制過程 7 3機械手的控制要求 8 4 機械手模型 8 5I/O分配 9 6狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 10 7 梯形圖程序 11 四、結(jié)論

2、 18 五、參考文獻 19 一PLC概況及在機械手中的應(yīng)用 1 可編程序控制器的應(yīng)用和發(fā)展概況 可編程序控制器（programmable controller），現(xiàn)在一般簡稱為PLC（programmable logic controller），它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。以其顯著的優(yōu)點在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。 在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價格

3、便宜等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對象改變時，原有的接線刻控制盤（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。 2 PLC的應(yīng)用概況 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴大，對于而今的PLC幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來PLC的性價比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。 按PLC的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個方面。 1）. 用于邏輯控制 這是PLC最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控

4、制器控制。例如機床的電氣控制、包裝機械的控制、自動電梯控制等。 2）. 用于模擬量控制 PLC通過模擬量I/O模塊，可實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對模擬量控制。 3）. 用于機械加工中的數(shù)字控制 現(xiàn)代PLC具有很強的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機械加工中的數(shù)字控制（NC）及計算機控制（CNC）緊密結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)字控制。 4）. 用于工業(yè)機器人控制 5）. 用于多層分布式控制系統(tǒng) 高功能的PLC具有較強的通信聯(lián)通能力，可實現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠程I/O之間、PLC與上位機之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。 3 PLC在機械手中的應(yīng)用 機械手通常應(yīng)用于動

5、作復(fù)雜的場合來代替人的反復(fù)的操作，從而節(jié)省人的勞動，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經(jīng)常被應(yīng)用于動作簡單的電氣及流水線控制，而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強;控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單。編程簡單、使用、維護方便；組合方便、功能強、應(yīng)用范圍廣；體積小、重量輕、功耗低等有點被廣泛應(yīng)用于類似機械手的控制動作復(fù)雜的場合，本設(shè)計正是以PLC控制為基礎(chǔ)從而實現(xiàn)機械手的各種動。 二 機械手概況 1搬運機械手的應(yīng)用簡況 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法，程控機床、數(shù)

6、控機床、加工中心等自動化機械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。 但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5％。從這里可看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動線。 國內(nèi)外機械工業(yè)、鐵路部門中機搬運械手主要應(yīng)用于以下幾方面： 1.熱加工方面的應(yīng)用 熱加工是

7、高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機械手操作。 2.冷加工方面的應(yīng)用 冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。進而在程序控制、數(shù)字控制等機床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應(yīng)用，成為機床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。 3.拆修裝方面 拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進了機械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機務(wù)段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪

8、對、清除石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機械手，可用以對客車內(nèi)部進行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。 近些年，隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機械手中越來越多的應(yīng)用，工業(yè)機械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動生產(chǎn)率的重要因素。 2機械手的應(yīng)用意義 在機械工業(yè)中，機械手的應(yīng)用意義可以概括如下：1.可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度2.可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。3.可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)應(yīng)用機

9、械手代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。 3機械手的發(fā)展趨勢 目前國內(nèi)工業(yè)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。 將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。既便于設(shè)計制造，又便于改換工作，擴大了應(yīng)用的范圍。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能

10、地機械手，并考慮于計算機聯(lián)用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計算機。工作時，電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。觸覺功能即在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感

11、作用，然后伸向前方，抓住工件。 手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展，機械手的裝配作業(yè)的能力將進一步提高。到1995年，全世界約有50%的汽車由機械手裝配。 現(xiàn)今機械手的發(fā)展更主要的是將機械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 4機械手分類 機械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機械手，它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項規(guī)定工作。它的特點是除具備普通機械的物理性能外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工

12、操作的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號操作機械手來進行探測月球、火星等。第三類是專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用于解決機床上下料和工件傳送。這種機械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機服務(wù)的，由主機驅(qū)動，除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 本項目要求設(shè)計的機械手模型可歸為第一類，即通用機械手。在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，自動化程度較高，大量應(yīng)用機械手。通過本次設(shè)計，可以增強對工業(yè)機械手的認識，同時并熟悉掌握PLC技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)等工業(yè)控制常用的技術(shù)。 三 機械手總體設(shè)計方

13、案 1機械手工作過程 本機械手用于生產(chǎn)線上工件的自動搬運，根據(jù)對機械手的工藝過程及控制要求分析，機械手的工作過程如圖1所示： 初始位置 左轉(zhuǎn) 上升 夾緊 伸長 下降 右轉(zhuǎn) 上升 縮短 張開 下降 圖1機械手的工作過程 2機械手的控制過程 機械手模型如圖2所示。初始時，機械手旋轉(zhuǎn)在右極限位置，升降在上極限位置，伸縮處于縮極限位置，機械手張開。按下開始按鈕SB1，機械手下降碰到行程開關(guān)SQ3。機械手開始前伸，直至碰觸到SQ4。此時，機械手開始收縮夾緊工件。3S后，機械手開始上升，上升至上極限位置，碰觸到SQ2。機械手開始左轉(zhuǎn)，直至左極限位置，碰到SQ

14、1。機械手開始下降，直至下極限位置，碰到SQ3。機械手開始張開，放下貨物，完成了貨物的一次搬運。然后，機械手碰到行程開關(guān)SQ6開始縮短，碰到SQ5上升，碰到SQ2右轉(zhuǎn)，機械手回到了初始位置。按下SB2，機械手完成了一次貨物的搬運。若無任何動作，機械手開始循環(huán)往復(fù)的搬運貨物。 3機械手的控制要求 為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為自動操作、復(fù)位操作和手動放松操作 自動操作：正常使用，當(dāng)機械手在原點并按下啟動按鈕時，機械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動作。 復(fù)位操作：當(dāng)開始使用機械手搬運貨物時，由于機械手處于其他位置不利于搬運貨物，可按下復(fù)位按鈕，機械手即

15、可按原路徑返回到原點位置。 手動放松操作：當(dāng)機械手由于斷電或其它原因?qū)е聶C械手運行中途停止時，再次通電，按下復(fù)位按鈕，機械手即可按最短路徑的原則返回到原點位置。 4機械手的模型 圖2 機械手的結(jié)構(gòu)示意圖 5 I/O分配 I/O端子的分配結(jié)果如下表所示： 輸入信號 輸入端子 功能 輸出端子 控制對象 功能 SB1 X0 開始 Y0 YA1 左轉(zhuǎn) SB2 X1 停止 Y1 YA2 上升 SQ1 X2 左極限 Y2 YA3 伸長 SQ2 X3 上極限

16、 Y3 YA4 夾緊 SQ3 X4 下極限 Y4 YA1 右轉(zhuǎn) SQ4 X5 長極限 Y5 YA2 下降 SQ5 X6 短極限 Y6 YA3 縮短 SQ6 X7 張極限 Y7 YA4 張開 SQ7 X10 右極限 SB3 X11 復(fù)位 SB4 X12 手動放松 6狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 S0 Y005 S10 Y002 S11

17、 Y003 S12 T0 k30 Y001 S13 Y000 S14 Y005 S15 Y007 S16 Y006 S17 Y001 S18 Y004 S19 s0 7 梯形圖程序

18、 四 心得體會 這次為期三天的課程設(shè)計比我以往一個學(xué)期的學(xué)習(xí)的知識還來得扎實，豐富。在以往的學(xué)習(xí)中只注重成績而沒有把PLC運用于生產(chǎn)實踐，在這三天的時間里我們通過在圖書館和在網(wǎng)絡(luò)查閱資料，豐富了自己的知識，也通過和同學(xué)的合作學(xué)會了如何和其他同學(xué)配合。 本課題所設(shè)計的機械手的操作過程是系統(tǒng)采用可編程控制器控制，運用步進順序控制編程，程序簡單且便于調(diào)試。 通過PLC 本身通信接口與計算機聯(lián)網(wǎng)，對現(xiàn)場操作的各項參數(shù)進行監(jiān)測、修改、調(diào)整，使系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。利用 PLC 控制機械手相對于其它控制方式，具有很高的可靠性，較好的性價比，較強的可操作性和實用性。就本課題設(shè)計的目的，實際應(yīng)用運行良好，大大方便了工作和生活。 通過這次的課程設(shè)計，我學(xué)到了很多東西，在做設(shè)計的過程中對工作的細心得到了提高，認識到自己在這方面的不足。并且，對本設(shè)計的內(nèi)容有了更好的了解，比如加深了解有關(guān)可編程控制器的功能，還有機械手的工作原理等等。通過做這個設(shè)計，對以前不足的知識進行彌補，在老師那里學(xué)到了很多寶貴的東西，這些都是對我很有幫助的。 五 文獻