通用上下料机器人控制系统设计

河南工程学院论文版权使用授权书本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交论文的印刷本和电子版本；学校有权保存论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。论文作者签名： 年 月 日日 2河南工程学院毕毕业设计原创创性声明本人郑重声明：所呈交的论论文，是本人在指指导教师指导导下，进行研究工工作所取得的的成果。除文中已经经注明引用的的内容外，本论文的研研究成果不包包含任何他人人创作的、已公开发表表或者没有公公开发表的作作品的内容。对本论文所所涉及的研究究工作做出贡贡献的其他个个人和集体，均已在文中中以明确方式式标明。本学位论文文原创性声明明的法律责任任由本人承担担。 论文文作者签名： 年 月 日河南工程学院毕业设计（论文文）任务书题目 通用上下料料机器人控制制系统设计 专业 机械设计计及其自动化化 学号 姓名 主要内容、基本本要求、主要参考资资料等：通用机械手能很很快的改变工工作程序，适应性较强强，所以它在不不断变换生产产品种的中小小批量生产中中获得广泛的的引用。确定通用上上下料机器人人的控制方案案，比较选取最最合适的控制制方案，实现对机械械手和机械臂臂同时控制。要求该系统统实时快速、操作方便，比较符合上上下料控制系系统的需要。基本要求完成通用上下料料机器人控制制系统设计。主要内容包括：1查阅国内外外相关文献不不少于15篇篇（其中外文文文献不少于于2篇，列入参考文文献中），根据查阅的的文献资料情情况，写出文献综综述（不少于于3000字字）；翻译外外文文献一篇篇（译文字数数不少于30000字）。文献综述与与翻译单独装装订成册。2确定控制方方案。3写出程序，流程图。4按要求撰写写毕业论文。参考资料：1推荐参考书书：1 朱春波波PLC控制制的气动上下下料机械手J液压气动与与密封,19999,211-242 张波多功能上下下料用机械手手液压系统J液压与气动动,20022,8(2):31-3323 李允文文工业机械手手设计M北京:机械械工业出版社社,199664 程宪平平可编程控制制原理及应用用化学工业出出版社，200985 史国生生PLC在机机械手步进控控制中的应用用J中国工控信信息网,2000516 王永华华现代电气控控制及PLCC应用技术M北京:北京京航空航天大大学出版社,20092学术期刊、学术会议等等其它参考文文献自备。完 成 期期 限：指导教师签名： 专业负责人签名名： 年 月月 日通用上下料机器人控制系统设计目 录摘 要IABSTRACCTII1 绪论1111本课题题研究背景的的意义112国内外外研究动态及及发展趋势113本文的的主要工作22 机械手简简介321 机械械手的分类322 常见见机械手分类类43 控制方案案931 系统统控制器的选选择932 PLLC的基本知知识1033 PLLC、电机选型124 控制系统统设计1741 硬件件系统设计1742 软件件系统设计20421 梯形形图编语 (LD-Laadder Diagrram)20422 控制流程程图21423 梯形图设设计22结束语34致 谢355参考文献366通用上下料机器器人控制系统统设计摘 要机械手是工业机机器人系统中中传统的任务务执行机构，是机器人的的关键部件之之一。机械手的机机械结构采用用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件件组成；电气气方面有交流流电机、变频器、传感器、等电子器件件组成。该装置涵盖了了可编程控制制技术，位置控制技技术、检测技术等等。本文介绍的的机械手是由由PLC输出出控制机械手手横轴和竖轴轴的精确定位位，微动开关将将位置信号传传给可编程控控制器PLCC主机；位置置信号由接近近开关反馈给给PLC主机机，通过控制机械械手手爪的张张合，从而实现机机械手精确运运动的功能。本课题拟开开发的通用上上下料机械手手可在空间内内抓放物体，动作灵活多多样，可代替人工工在高温和危危险的作业区区进行作业，并可根据工工件的变化及及运动流程的的要求随时更更改相关参数数。关键词： PLLC；可编程控制制器；机械手GENERALL FEEDDING RROBOT CONTRROL SYYSTEM DESIGGNABSTRACCTManipullator is a tradiitionaal inddustriial roobot ssystemm taskk execcutingg agenncy, iis onee of tthe keey commponennts off the robott The mechaanicall struucturee of tthe maanipullator with ball screww, sliider, such as meechaniical pparts; Has ac mootor, frequuency conveerter, senssors, electtricall and otherr elecctroniic devvices Thiss unitt coveers thhe proogrammmable contrrol teechnollogy, posittion ccontrool tecchnoloogy, ttestinng tecchnoloogy, eetc Maniipulattor iss intrroduceed in this paperr by PPLC ouutput contrrol maanipullator transsversee and vertiical sshaft preciision posittioninng, miicro sswitchh posiition signaal to host progrrammabble coontrolller PPLC; PPositiion feeedbacck siggnals from the pproximmity sswitchh to tthe PLLC hosst commputerr, thrrough the ccontrool of manippulatoor griipper zhangg, so as too reallize tthe fuunctioon of manippulatoor movvementt accuuratelly Thiss topiic prooposedd the devellopmennt of generral looadingg maniipulattor caan cattch puut objjects into spacee and flexiible, can rreplacce arttificiial too operrate aat higgh temmperattures and ddangerrous aareas, and can aaccordding tto thee requuiremeent off the changge andd moveement of thhe worrkpiecce proocess at anny timme chaange tthe reelatedd paraameterrs KEY WORRDS：PLC；The pprograammablle conntrolller；manippulatoor461 绪论1.1 本课题研究究背景的意义义我国国家标准(GB/T 126433-90)对对机械手的定定义:“具有有和人手臂相相似的动作功功能，可在空间抓抓放物体，或进行其它它操作的机械械装置。”机械手是近近代自动控制制领域中出现现的一项新技技术，并已成为现现代科技的一一个重要组成成部分。机械手的积极效效应越来越被被认可,首先先,它能部分分地代替人的的劳动并能达达到生产工艺艺的要求,遵遵循一定的程程序、时间和位置置来完成工件件传输。因此,它可可以极大地改改善工作条件件的员工,加加快工业生产产机械化和自自动化。因此,带的的注意先进单单位和投入了了大量的人力力物力来研究究和应用。尤其在高温温、高压、粉尘、噪声、应用更广泛泛。在我国,现现代也有近年年发展迅速,取得了一定定的成果,将将各种工业部部门的注意，本课题的工工作为此提供供了实际依据据。1.2 国内外研究究动态及发展展趋势机械手用于机械械制造业,发发展迅速。目前主要用用于机床、卧式模锻压压力机上下,点焊,喷漆漆,如作业,它可以按照照预先确定的的操作程序来来完成指定的的操作。机械手的发发展趋势是大大力发展海外外具有一定的的智能机械手手。可以使它具具有一定的传传感能力,反反馈的外部情情况的变化,自作相应的的修改。如位置略有有偏差时,可可迅速纠正和和测试他们自自己,中期实实施侧重于研研究机械功能能的视觉和触触觉。目前已经取取得了一定的的成就。世界高端工工业机械手有有高精化、高速度、多轴,轻量量级开发的趋趋势。定位精度可可以满足要求求的微米和亚亚微米级,运运行速度可达达3米/秒,新产品的数数量的六轴、负载2公斤斤的产品系统统现在的总重重量100公公斤。更重要的是是机械手,柔柔性制造系统统,结合柔性性制造单元,从根本上改改变当前状态态的人工操作作机械制造系系统。同时,随着着小型化和微微型化的机械械手,其应用用领域将突破破传统领域的的机械、电子信息、生物技术、生命科学和和向和航空航航天等高端产产业的发展。目前国内机械主主要用于机械械加工，铸造造，热处理等等的数量，类类型，功能不不能满足我国国工业生产发发展的需求。所所以，在国内内主要是逐步步扩大的应用用范围，机械械手，机械铸铸造，热处理理的发展，从从而大大降低低劳动强度，改改善工作条件件，专用机械械手的同时，相相应的开发中中的应用一般般机械手，具具有相应的条条件和教学操操纵，同时在在计算机控制制的机械手和和组合机械手手等，提高了了机械的速度度，减少操作作，精确定位位正确，为了了更好地发挥挥机器人的作作用工业生产产。与世界同同步，也应大大力研究伺服服，内存中的的表示，触觉觉，视觉等的的操纵性能，并并考虑腹腔镜镜手术，通常常是连接到一一台计算机，并并逐渐成为整整个机械的基基本单位制造造系统1。 1.3 本文的主要要工作1问题提出 ：PLC控制的机机械手最主要要是应用于自自动化生产中，如何综合地地运用前面学学过知识点，根据实际工工程要求合理理组合成控制制系统， 在此介绍绍组成可编程程控制器控制制系统的一般般方法。 2系统设计的的主要内容 (1)拟定控制制系统设计的的技术条件。技术条件一一般以设计任任务书的形式式来确定，它是整个设设计的依据；(2)选择电气气传动的形式和电动动机、电磁阀等执执行机构；(3)选定 PPLC 的型型号；(4)编制 PPLC 的输输入 / 输输出分配表或或绘制输入 / 输出端端子接线图； (5)根据系统统设计的要求求编写软件规规格说明书，然后再用相相应的编程语语言（常用梯梯形图）进行行程序设计；(6)了解并遵遵循用户认知知心理学，重视人机界界面的设计，增强人与机机器之间的友友善关系；2 机械手简简介2.1 机械械手的分类工业机械手的种种类很多，关于分类的的问题，目前在国内内尚无统一的的分类标准，在此暂按使使用范围、驱动方式和和控制系统等等进行分类。一、按用途分机械手可分为专专用机械手和和通用机械手手两种:1、专用机械手手它是附属于主机机的、具有固定程程序而无独立立控制系统的的机械装置。专用机械手具具有动作少、工作对象单单一、结构简单、使用可靠和和造价低等特特点，适用于大批量量的自动化生生产，如自动机床床、自动线的上上、下料机械手手和“加口工工中心”附属属的自动换刀刀机械手。2、通用机械手手它是一种具有独独立控制系统统的、程序可变的的、动作灵活多多样的机械手手。在规格性能能范围内，其动作程序序是可变的，通过调整可可在不同场合合使用，驱动系统和和控制系统是是独立的。通用机械手手的工作范围围大、定位精度高高、通用性强，适用于不断断变换生产品品种的中小批批量自动化的的生产。通用机械手按其其控制定位的的方式不同可可分为简易型型和伺服型两两种:简易型型以 “开一一关”式控制制定位，只能是点位位控制: 伺伺服型具有伺伺服系统定位位控制系统，可以是点位位的，也可以实现现连续轨迹控控制，一般的伺服服型通用机械械手属于数控控类型。二、按驱动方式式分1、 液压传动动机械手此类是以液压的的压力来驱动动执行机构运运动的机械手手。其主要特点点是:抓重可可达几百公斤斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装装置要求严格格，不然油的泄泄漏对机械手手的工作性能能有很大的影影响，且不宜在高高温、低温下工作作。若机械手采采用电液伺服服驱动系统，可实现连续续轨迹控制，使机械手的的通用性扩大大，但是电液伺伺服阀的制造造精度高，油液过滤要要求严格，成本高。2、 气压传动动机械手此类是以压缩空空气的压力来来驱动执行机机构运动的机机械手。其主要特点点是:介质李李源极为方便便，输出力小，气动动作迅迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具具有可压缩的的特性，工作速度的的稳定性较差差，冲击大，而且气源压压力较低，抓重一般在在30公斤以以下，在同样抓重重条件下它比比液压机械手手的结构大，所以适用于于高速、轻载、高温和粉尘尘大的环境中中进行工作。3、机械传动机机械手此类机械手即由由机械传动机机构(如凸轮轮、连杆、齿轮和齿条条、间歇机构等等)驱动的机机械手。它是一种附附属于工作主主机的专用机机械手，其动力是由由工作机械传传递的。它的主要特特点是运动准准确可靠，动作频率大大，但结构较大大，动作程序不不可变。它常被用于于工作主机的的上、下料。4、电力传动机机械手即有特殊结构的的感应电动机机、直线电机或或功率步进电电机直接驱动动执行机构运运动的机械手手，因为不需要要中间的转换换机构，故机械结构构简单。其中直线电电机机械手的的运动速度快快和行程长，维护和使用用方便。此类机械手手目前还不多多，但有发展前前途。三、按控制方式式分1、点位控制它的运动为空间间点到点之间间的移动，只能控制运运动过程中几几个点的位置置，不能控制其其运动轨迹。若欲控制的的点数多，则必然增加加电气控制系系统的复杂性性。目前使用的的专用和通用用工业机械手手均属于此类类。2、连续轨迹控控制它的运动轨迹为为空间的任意意连续曲线，其特点是设设定点为无限限的，整个移动过过程处于控制制之下，可以实现平平稳和准确的的运动，并且使用范范围广，但电气控制制系统复杂。这类工业机机械手一般采采用小型计算算机进行控制制。2.2 常见见机械手分类类按机械手的不同同运动形式及及组合情况，其坐标型式式可分为以下下几类：(1)直角坐标标式如图2-1所示示机械手，其手臂的运运动系由三个个直线运动所所组成，即沿直角坐坐标系的X轴轴的伸缩、沿Z轴的升升降、沿Y轴的横横移。这种坐标型型式的机械手手称为直角坐坐标式机械手手。它的特点是是结构简单，定位精度高高，适用于主机机位置成行排排列的场合。但是由于占占地面积大而而工作范围小小以及灵活性性差，限制了它的的使用范围。图2-1 直角角坐标式机械械手(2)圆柱坐标标式如图2-2所示示的机械手，其手臂的运运动系由两个个直线运动和和一个回转所所组成，即沿X轴的的伸缩、沿Z轴的升升降和绕Z轴轴的回转。这种坐标型型式的机械手手称为圆柱坐坐标式机械手手。它与直角坐坐标式相比较较，占地面积小小而活动范围围大，结构简单，并能达到较较高的定位精精度，因此应用较较广泛。但由于机械手手的结构关系系，沿Z轴方向向移动的最低低位置受到限限制，故不能抓取取地面上的物物件。图2-2 圆柱柱坐标式机械械手(3)球坐标式式如图2-3所示示的机械手，其手臂的运运动系由一个个直线运动和和两个转动所所组成，即沿X轴的的伸缩、绕Y轴的俯俯仰和绕Z轴轴的回转。这种坐标型型式的机械手手称为球坐标标式机械手。这种机械手手臂臂的俯仰运动动能抓取地面面上的物件，为了使手部部能适应被抓抓取物件方位位的要求，常常设有手手腕上下摆动动，使其手部保保持水平位置置或其它状态态。这种型式的的机械手具有有动作灵活，占地面积小小而工作范围围大等特点，它适用于沿沿伸缩方向向向外作业的传传动形式。但结构较复复杂，此外，手臂摆角的的误差通过手手臂会引起手手部中心处的的误差较大。图2-3 球坐坐标式机械手手(5)关节式如图2-4所示示机械手，其手臂的运运动类似人的的手臂可作几几个方向的转转动。它由大小两两臂和立柱等等所组成，大小两臂之之间的联接为为肘关节，大臂与立柱柱之间的联接接为肩关节，各关节均有有铰链构成以以实现转动，手臂的运动动系由三个回回转运动所组组成，即大臂的俯俯仰（）、小臂的俯仰仰（2）和大臂的的回转（）。这种坐标型型式的机械手手称为关节式式机械手。它的特点是是工作范围大大，动作灵活，通用性强，能抓取靠近近机座的物件件，并能绕过机机体和工作主主机之间的障障碍物去抓取取物件，此为其它型型式机械手不不可比拟的优优点。但是关节式式机械手的手手指定位是由由各个关节相相互转角来决决定的，所以定位精精度较差，另外，控制装置和和机械结构比比其它型式的的机械手均复复杂。图2-4 关节节式机械手上述四种坐标型型式主要根据据手臂的运动动来确定的，也可以由某某二种坐标型型式组合起来来应用。机械手坐标型式式的正确选择择，要通过坐标标型式方案的的比较来确定定。在拟定坐标标型式方案时时，又须根据现现场具体生产产情况和工艺艺、精度、安装空间间的要求，结合各种坐坐标型式的特特点来分析比比较，确定比较合合理的坐标型型式。本方案考虑虑通用性，精度，搬运物等综综合考虑选用用圆柱坐标式式机械手。3 控制方案案3.1 系统统控制器的选选择工业机器人的运运动控制器是是控制技术与与运动系统相相结合的产物物。在现代电子子技术的支持持下，它通常以微微处理器为核核心，综合编程软软件、运动轨迹控控制、控制算法分分析、各运动部件件的实时驱动动等功能，达到总体运运动控制效果果。在运动过程程中，运动控制器器还需要对具具体的运动速速度、加速度、位置误差等等进行实时监监控，并对相关情情况做出及时时反应。目前先进的的运动控制器器主要是以微微机(PC)为基础的数数字化控制系系统、以高速的数数字信号处理理器(DSPP)为核心的的全数字化控控制系统和以以PLC为核核心的全数字字化控制系统统。(1)基于PCC技术的运动动控制器计算机技术的发发展在工业控控制领域也同同样导致技术术面貌的迅速速改变。工业控制机机，特别是采用用PC技术的的工业PC的的涌现，大大推动和和促进了开放放式运动控制制的发展。基于工业PPC的运动控控制器可以利利用PC强大大的软件环境境和技术支持持，摆脱专用封封闭式控制系系统的束缚和和不便。从软件上看看，其主要作用用是利用其高高效运算功能能、管理与监控控能力以及丰丰富的软件资资源，实现更高的的控制算法、轨迹插补算算法和补偿算算法，从而丰富运运动控制软件件，并大大提高高伺服扫描速速度，提高系统的的分辨率，以实现最小小的移动单位位和最大的进进给速度，便于用微小小程序段以高高速度、高精度实现现轨迹形状复复杂的曲线或或曲面。(2)基于DSSP运动控制制器20世纪90年年代以来，数字信号处处理（简称DDSP)在运运动控制器中中得到越来越越广泛的应用用，这主要是因因为它的高速速运算使得很很多复杂的控控制算法和功功能得以实现现，而且集成度度高，它利用控制制器本身独特特的硬件结构构可以实现快快速的硬件位位置捕捉功能能。DSP系统统具有接口方方便、稳定性好、精度高、可重复性好好、集成方便等等优点，目前市场上上已出现了多多种DSP型型的高级运动动器，这些芯片能能同时控制多多轴，有的己包含含了运动轨迹迹插补运算及及包含有前馈馈补偿功能的的算法，这为多轴伺伺服电机的控控制带来了极极大的方便。但由于DSSP技术更新新的速度快、数学知识要要求多，开发和调试试工具还不完完善，轨迹控制，多轴联动参参数匹配等需需通过编制程程序来实现，掌握对机械械手的控制比比较困难。(3)基于PLLC的运动控控制PLC具有通用用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力力强、编程简单等等特点。随着PLCC的发展，出现了更多多的功能强大大的指令，这些指令本本身在单操作作的意义上提提供了更强的的计算能力，特别是运动动控制指令和和在网络通讯讯方面功能更更加强大，命令支持各各种运动功能能，实现多轴协协调控制、高度的集成成操作及位置置环和速度环环的闭环控制制，能够满足高高性能工业机机器人位置和和运动精度要要求。虽然采用基于PPC的运动控控制器和基于于DSP运动动控制器也能能够实现机械械手的运动控控制，但是采用PLLC的控制接接线简单，只需通过运运动控制指令令便可实现对对机械手的运运动控制，由PLC构成成机械手控制制器，硬件配置的工工作量较小，无需作复杂杂的电路板，只需在端子子之间接线。因此本设计计选用PLCC为机械手运动动控制器2。3.2 PLLC的基本知知识PLC是从早期期的继电器逻逻辑控制系统统发展而来的的。自18366年继电器问问世，人们就开始始用导线将它它同开关器件件巧妙地连接接，构成用途各各异的逻辑控控制或顺序控控制。上世纪600年代末，它不断吸收收微计算机技技术使之功能能不断增强，逐渐适合复复杂的控制任任务。随着微电子子技术、计算机技术术和数据通信信技术的飞速速发展、微处理器的的出现，以及流程加加工行业（如如汽车制造业业）对生产流流程迅速、频繁变更的的需求，PLC技术术应时出现并快快速发展。 目前，PLC在小小型化、大型化、大容量、强功能等方方面有了质的的飞跃，使早期的PPLC从最初初的逻辑控制制、顺序控制，发展成为具具有逻辑判断断、定时、计数、记忆和算术术运算、数据处理、联网通信及及PID回路路调节等功能能的现代PLLC。但是，仍然沿用着着顺序扫描、程序控制等等基本模式及及CPU+通通信+I/OO的基本结构构。 PLC可以以不断更新发发展在产业发发展，是因为它更更适合于工业业领域和市场场的需求：可靠性高，能力强，抵御各种干干扰，编程简单安安装使用，使用寿命长长，价格低。它更接近现现场设备的输输入/输出端端，中间，或不需要加加多少部分需需要更多的接接口，这样可以节节省用户的安安装时间，更多的用户户，以降低成本本。PLC的下下端(输入端端)为继电器器、晶体管和晶晶闸管等控制制部件，而上端一般般是面向用户户的微型计算算机。用户在应用用它时，不需要进行行专门的计算算机培训，就能对PLLC进行基本操作及编编程。总之，可编程控控制器像是计计算机，一台为了专专门应对工业业生产环境而而设计的计算算机。它有丰富的输输入/输出接接口，并且具有较较强的驱动能能力。但可编程控控制器产品并并不是针对某某一具体工业业应用，在实际应用用时，某硬件需根根据实际需要要进行选用配配置，其软件需根根据控制要求求进行设计编编制。PLC的优点(1)实时性，可靠性实时性是电气控控制设备的前前提性能。PLC产品品的设计的开开发是基于控控制前提的，所以它的信信号处理时间间短，速度快。它的实时性性使它经常用用于处理联锁锁保护工业控控制装置，能满足各种种工业领域的的大、中、小型工业控控制项目。可靠性是电气控控制设备的关关键性能。PLC所有的的I/O输入入输出信号均均采用光电隔隔离，使工业现场场的外电路与与控制器内部部电路之间电电气上隔离，具有很高的的可靠性。从PLC的的机外电路来来说，使用PLCC构成控制系系统，和同等规模模的继电接触触器系统相比比，电气接线及及开关接点已已减少到数百百甚至数千分分之一，故障也就大大大降低。此外良好的自自诊断功能，一旦电源或或其他软，硬件发生异异常情况，CPU立即即采取有效措措施，以防止故障障扩大。在应用软件件中，应用者还可可以编入外围围器件的故障障自诊断程序序，使系统中除除PLC以外外的电路及设设备也获得故故障自诊断保保护。这样，整个系统就就具有极高的的可靠性。(2)配套齐全全，功能完善，适用性强PLC发展展到今天，产品种类繁繁多，规模分成了大大、中、小各种规模模的系列化产产品。I/O卡种种类丰富，可以根据工工控的不同要要求进行不同同的配置，适用于各种规规模的工业控控制场合。现代PLCC除了逻辑处处理功能以外外，还大多具有比较较完善的数据据运算能力，能够适用于于各种数字控控制领域。近年来PLLC的功能单单元大量涌现现，能够让PLLC轻松实现现位置控制、温都控制、CNC机床床控制使。加上PLCC通信能力的的增强及人机机界面技术的的发展，使用PLCC组成各种控控制系统变得得非常容易。(3)安装简单单，易学易用PLC作为为通用工业控控制计算机，是面向工矿矿企业的工控控设备。它可以在各种种工业环境下下直接运行，编程语言易易于为工程技技术人员接受受。梯形图语言言的图形符号号与表达方式式和继电器电电路图相当接接近，直观性强，只需用PLC的少少量开关量逻逻辑控制指令令就可以方便便地实现继电电器电路的功功能。使不熟悉电子子电路、不懂计算机机原理和汇编编语言的人使使用计算机从从事工业控制制变得非常便便捷。(4)安装简单单，维修方便PLC用存储逻逻辑代替接线线逻辑，大大减少了了控制设备外外部的接线，使用时只需需将现场的各各种设备与PPLC相应的的I/O端相相连接，即可投入运运行。各种模块上上均有运行和和故障指示装装置，便于用户了了解运行情况况和查找故障障。由于采用模模块化结构，因此一旦某某模块发生故故障，用户可以通通过更换模块块的方法，使系统迅速速恢复运行。(5)体积小，重量轻，能耗低以超小型PLCC为例，新近出产的的品种底部尺尺寸小于1000mm，重量小于1150g，功耗仅为数瓦。由于体积很小很容易装装入工业机械械内部，是实现机电电一体化的理理想控制设备备。3.3 PLLC、电机选型1 PLC机机型的选择根据被控对象对对PLC控制制系统的功能能要求，可进行PLLC型号的选选定。 进行PPLC选型时时，基本原则是是满足控制系系统的功能需需要，同时要兼顾顾维修、备件的通用用性。对开关量控控制的系统，当控制速度度要求不高时时，一般的PLLC都可以满满足要求，如对小型泵泵的顺序控制制、单台机械的的自动控制等等。当控制速度度要求较高、输出有高速速脉冲信号等等情况时，要考虑输入入/输出点的的形式，最好采用晶晶体管形式输输出。对带有部分分模拟量控制制的装置等等。2 输入/输输出的点数：I/O点数可以以衡量PLCC规模的大小小。准确统计被被控对象的输输入信号和输输出信号的总总点数并考虑虑今后系统的的调整和扩充充，在实际统计计I/O点数数基础上，一般应加上上10%-220%的备用用点数。多数小型PPLC为整体体式，具有体积小小、价格便宜等等优点，适于工艺过过程比较稳定定，控制要求比比较简单的系系统。模块式结构构的PLC采采用主机模块块与输入模块块、功能模式块块组合使用的的方法，比整体式方方便灵活，维修更换模模块、判断与处理理故障快速方方便，适用于工艺艺变化较多、控制要求复复杂的系统。此外，还应考虑虑用户储存器器的容量、PLC的处处理速度是否否能满足实时时控制的要求求、编程器与外外围设备的选选择等。本论文首先应明明确控制的任任务和范围，确定所需的的动作流程，然后根据控控制要求，估算输入输输出点数、所需存储器器容量、确定PLCC的功能、外部设备特特性等，再通过PLLC的类型、输入输出模模块的选择 、电源的选择择、存储器的选选择、冗余功能的的选择和高性性能价格比，本设备控制制的对象是一一个开关量控控制的系统，同时利用脉脉冲控制步进进店动机的运运转，故应采用晶晶体管形式的的输出。可编程序控控制器采用FF系列的F1160MRR。3电动机的选选择：Y2系列三相异异步电动机具具有结构新颖颖、造型美观、噪音低、振动小、绝缘等级高高等特点，是Y系列电机机的更新产品品。外壳防护等等级IP544，它具有良好好的起动性能能和运行性能能，结构简单，工作可靠，维修方便等等特点，电机采用EE级或B级绝绝缘，外壳防护等等级为IP444，冷却方式为为ICO1441，额定频率为为50Hz，额定电压为为380V。竖轴驱动电机承承载整个机械械手的所有负负载，需要功率较较大，而机械手主主要用于生产产线夹持较轻轻便物体，综合考虑，竖轴选用Y22-63M22-2，功率2500W，可满足生产产需要。横轴主要驱动横横臂的左右运运动，承载重量较较小，选用Y2-663M1-22，功率1800W，即可满足生生产需要。电动机3主要用用来控制机械械手抓的加紧紧和放松，所承载负载载最小，因此可选用用Y2-633M1-4，功率1200W。由于交流电机需需要无极调速速选用变频器器，其主电路给异异步电动机提提供调速调压压调频电源的的电力变换，本方案选择择FR-A5504变频器器。变频器的各回路路接线端子如如图3-1所示，其中 表表示主回路接接线端子， 表示控制制回路输入接接线端子，表示控制输输出接线端子子。主回路接线及注注意事项：图3-1 端子子接线图1主回路接线线主回路电源和电电动机的连接接如图3-22所示。电源必须接接R、S、T，绝对不能接接U、V、W，否则会损坏坏变频器。在接线时不不必考虑电源源相序。使用单相电电源时必须接接R、S端。电机接到UU、V、W端子上。当加入正转转开关（信号号）时，电动机旋转转方向从轴向向看时为逆时时针方向。图3-2 电源源和电机的连连接2主电路接线线端子介绍及及注意事项(1)主回路接接线端子简介介1)交流电源输输入端子R、S、T：连接工频电电源，当使用高功功率因数转换换器件，确保这些端端子不连接（FFR-HC）。2)变频器输出出端子U、V、W：接三相笼型型异步电动机机。3)控制回路电电源输入端子子R1、S1：与交流电源源端子R、S连接。在保持异常常显示和异常常输出时或当当使用高功率率因数转换器器（FR-HHC）时，必须拆下端端子R-R11和S-S11之间的短路路片，并提供外部部电源到此端端子。4)连接制动电电阻器端子PP/+、PR：拆开端子PPR-PX之之间的短路片片，在P/+、PR之间连连接选件制动动电阻器（FFR-ABRR）。5)连接制动单单元端子P/+、N/-：连接选件PPR-BU型型制动单元或或电源再生单单元（FR-RC）或高高功率因数转转换器（FRR-HC）。6)连接改善功功率因数DCC电抗端子PP/+、P1：拆开端子PP/+与P11间的短路片片，连接选件改改善功率因数数用电抗器（FFR-BELL）。7)连接内部制制动回路端子子PR、PX：用短路片将将PR-PXX短路时（出出厂时设定）内内部制动贿赂赂变生效。8)接地端子变变频器外壳接接地用，必须接大地地。3接线注意事事项1)电源一定不不能接到变频频器输出端上上（U、V、W），否则将会损损坏变频器。2)接线后，零零碎线头必须须清除干净，零碎线头可可能造成设备备运行时异常常、失灵和故障，必须始终保保持变频器清清洁。在控制台上上打孔时，请注意不要要使碎片粉末末等进入变频频器中。3)为使电压下下降在2%以以内，请用适当型型号的电线接接线。4)布线距离最最长为5000m。尤其长距离离布线，由于布线寄寄生电容所产产生的冲击电电流，可能引起过过电流保护误误动作，输出侧连接接的设备可能能运行异常或或发生故障。5)在P/+和和PR端子之之间建议制动动电阻选件，端子间原来来的短路片必必须拆下。6)电磁波干扰扰，变频器输入入/输出包含含有谐波成分分，可能干扰变变频器附近的的通讯设备。因此，安装选件无无线电噪声滤滤波器或线路路噪声滤波器器，使干扰降至至最小。7)不要安装电电力电容器，浪涌抑制器器和无线电噪噪声滤波器在在变频器输出出侧。这将导致变变频器故障或或电容和浪涌涌抑制器的损损坏。如上述任何何一种设备已已安装，请立即拆掉掉。8)运行后，改改变接线的操操作，必须在电源源切断10mmin以上，用万用表检检查电压后进进行。断电一段时时间内，电容上仍然然有危险的高高电压。 4传感器采用接近开关作作为手爪旋转转和底盘旋转转限位检测用用;采用微动动开关作为横横轴、纵轴限位检检测用。接近开关：接近近开关有三根根连接线（红红、蓝、黑）红色接接电源的正极极、黑色接电源源的负极、蓝色为输出出信号，当与挡块接接近时输出电电平为低电平平，否则为高电电平。微动开关：当挡挡块碰到微动动开关动作（常常开点闭合）。 5旋转码盘机械手每旋转33度发出一个个脉冲7。4 控制系统统设计4.1 硬件件系统设计PLC硬件设计计是指PLCC外部设备的的设计。在硬件设计计重要进行输输入设备的选选择（如控制制按钮、开关及计量量保护装置的的输入信号等等），还有执行元元件的选择以以及控制台、柜的设计等等。硬件设计还还包括PLCC输入/输出出通道的分配配，为便于程序序设计和阅读读，常作出I/O通道分配配表，表中包括有有I/O编号号、设备代号、名称及功能能等。机械手控制制系统电器原原理图。操作面板及动作作说明根据控制和生产产工艺的要求求，控制操作包包括手动和自自动，手动又包括括手动步进、回原位操作作，自动控制包包括单步、单周期、连续的操作作。故操作方式式选择开关设设置有五个档档位。手动工作方方式下，手动动作包包括上升、下降、放松、快进、慢进、快退、慢退和复位位，故设置六个个动作看官按按钮。各个动作进进行的同时均均设有动作指指示灯。另外设有启启动停止按钮钮。其操作面板如图图4-1所示：右行夹紧左行图4-1 机械械手操作面板板示意图可编程序控制器器采用F系列列的F160MRR。 I/O地址分配配如表所示I/O地址分配配一览表输入：输出：X0横轴正限位Y0横轴脉冲X1竖轴正限位Y1竖轴脉冲X2横轴反限位Y2横轴方向X3竖轴反限位Y3竖轴方向X4旋转脉冲Y20手正转X20手正转限位Y21手反转X21手反转限位Y22底座正转X22底座正限位Y23底座反转X23底座反限位Y24电磁阀动作表4-1 I/O地址分配配表(1)确定输入入输出接点的的总数输入接点：启动动按钮SB、行程开关SSQ1SQ4、光电开关SSQ5，一共6个。输出接点：YVV1YV2总总共5个。(2)估算PCC内存总数 选取PC类型，PC内存总总数取决于程程序指令总条条数。PC内存总总数又是选取取PC类型的的重要依据，为此依据下下面的经验公公式对指令总总条数进行估估算。指令总条数=（11020）*（输入点数数+输出点数数）本例中指令总条条数为（10020）*（6+5）=110220条。(3)输入输出出点分配 如下图是机械手手输入和输出出信号与PCC输入输出端端子的分配图图，其中根据需需要增加了机机械手回到原原位时的指示示灯，为了防止误误按启动按钮钮引起机械手手的误动作，增加了复位位按钮，启动时需要要先按复位按按钮在按启动动按钮，否则机械手手不会动作。图4-1 机械械手PC输入入/输出端子子的分配(4)控制电路路设计主要是是PLC输入入、输出接线线的设计，其其I/O分配配如图图4-2 PLC II/O分配图图(4)方案选择择 考虑到机械手在在工作时间时时可能发生误误动作行程开开关而引起的的不安全动作作，各个输入开开关信号只能能在规定的状状态发生作用用，例如，SQ1的闭闭合信号只能能当机械手位位于原位而且且按下SB22后或从原位位右移到右位位后才能起作作用，其他状态时时SQ1不起起作用。为了达到这这一目的，选择使用移移位寄存器来来完成顺序控控制6。4.2 软件件系统设计4.2.1 梯形图编编语 (LD-LLadderr Diaggram)梯形图来源于继继电器逻辑控控制系统的描描述，是使用最广广泛的PLCC编程一个简简单的语言，由于继电器器控制的电气气接线图和梯梯形图是相似似的，容易理解的的，所以这许多多应用编程编编程人员和维维修人员。其图形结构构非常相像，爬上梯子，所以命名为为梯形图。两个垂直电电轨线左侧和和右侧的梯形形图程序中，在左侧的电电源轨线，它是由左到到右的功率流流通过阶梯沿沿水平级所有有接触点，功能，功能块，线圈等为了了提供能量，电源轨线的的右侧上的功功率流的末尾尾。梯形图上的的每一个触点点代表了一个个布尔变量的的状态，每一个线圈圈代表了一个个实际设备的的状态，一个简单的的梯形图程序序如图4-22所示:图4-3 梯形形图程序示例例 梯形图图的每个梯级级表示一个因因果关系,事事件发生的条条件表示在梯梯形的左面,事件发生的的结果表示在在梯级的右面面。梯形图编编程语言具有有如下特点: (11) 与电气气操作原理图图相对应，具有直观性性和对应性; (22) 与原有有继电器逻辑辑控制技术相相一致，易于掌握和和学习; (3) 对于复杂杂控制系统描描述,仍不够够清晰; (4) 可读性仍仍不够好。 几几乎所有PLLC厂商提供供的PLC都都支持梯形图图编程语言,而且都比较较容易理解，只是在梯形形图结构上可可能稍有变化化。比如西门子子的S7系列列梯形图就没没有右边的电电力轨线。4.2.2 控制流程程图机械手工作流程程图如下图所所示。把可编程序序控制器主机机上的RUNN-PROGG的开关拨在在RUN上，如果机械手手不在初始位位置上，步进电动机机开始运转（横横轴向手爪那那边移动，竖轴向上移移动）。归位后首先先横轴步进电电动机工作，横轴前伸；前伸到位后后，手抓电动机机得电带动手手爪旋转；当当传感器检测测到限位磁头头时，电动机停止止，PLC控制制电磁阀动作作，手张开；延延时一段时间间，竖轴步进电电动机工作，竖轴下降；下降到位后后，电磁阀复位位，手爪加紧；延时过后，竖轴上升，同时横轴缩缩回、底盘都到位位后，横轴前伸；到位后手爪爪旋转，然后竖轴下下降，电磁阀动作作，手张开；延延时后竖轴上上升复位；然然后开始下一一周期动作12。图4-4 机械械手搬运流程程图4.2.3 梯形图设设计机械手的控制属属顺序控制，采用步进指指令，根据说明机机器工作状态态转换的图形形，很容易进行行程序设计。（1） 根据机机械手的工作作方式情况，选择“梯形图的总总体设计单步操作”方式式时，应执行“单步操作”程序；在选选择“返回原位”方式时，应执行“返回原位”程序; “自动”方式时，应执行“自动”程序，故梯形图的的总体构成如如下图所示。其中，自动程序要要在启动按钮钮按下时才执执行。图4-5 机械械手PLC控控制梯形图总总体构成（2） 各部分分梯形图的设设计通用部分梯形图图设计A状态器的初始始化：初始状态器器S600在在手动方式下下被置位、复位。当方式选择择开关处于“返回复位”（X5011接通）时，按下返回复复位按钮（XX505）时时被置位;在在“单步操作”（X5000接通）时，S600复复位。处于中间工工步的状态器器用手动作复复位操作，即在方式选选择开关位于于“单步操作”或 “返回复位”时，中间状态器器同步复位，故初始状态态梯形图如下下图示（如果果状态器要在在供电时从断断电前条件开开始继续工作作，则不需要MM71）状态态器初始化梯梯形图。图4-6 状态态器初始化B状态器转换启启动：若机械手工工作在自动工工作方式下，当初始状态态器S6000被置位后，按下启动按按钮，辅助继电器器M575工工作，状态器的状状态可以一步步步向下传递递，即可以进行行转换。在执行“连续操作”程序时，转换启动继继电器M5775一直保持持到停机按钮钮按下为止。另一方面，采用M1000检查机器器是否处于原原位。当M5755和M1000都接通时，从初始状态态开始进行转转换，其梯形图如如下图。图4-7 状态态器转换启动动梯形图C状态器转换禁禁止梯形图：激活特殊辅辅助继电器MM574，并用步进指指令控制状态态器转换时，状态器的自自动转换就被被禁止。 在“单周期”工作期间，按下停止按按钮时，M574应应被激励并保保持，操作停止在在现行工步。当按下启动动按钮时，从现行工序序重新开始工工作，M574应应复位，即重新允许许转换。 在“步进”工作方式时时，M574应应始终工作，此时，禁止任何状状态转换。但每按下一一次启动按钮钮时，M574断断开一次，允许状态器器转换一步。 在“手动”工作方式（单单一操作，返回原位）情情况下，禁止进行状状态转换。在手动方式式解除之后，按下启动按按钮，则状态转换换禁止解除，M574复复位。 PLLC在启动时时，用初始化脉脉冲M71使使M574自自保持，以次禁止状状态转换，直到按下启启动按钮。状态器转换换禁止梯形图图如下。 图4-88 状态器转换换禁止梯形图图通过对上图的分分析可得出：在执行“单步操作”和“返回原位”程序时，M575一一直不能被接接通，而M5744长期被接通通（按下启动动按钮时除外外）；执行“步进”程序时，每按一次启启动按钮，M574断断开一次，M575接接通一次，状态器转换换一次；在执执行“单周期操作作”程序时，按下启动按按钮，M574断断开，M575接接通，状态器的状状态可一步一一步向下转换换，直至按下停停止按钮时，M574自自锁，状态器的状状态转换被禁禁止，操作停止现现行工序（再再次按下启动动按钮时从现现行工序开始始工作）；在在执行“连续操作”程序时，M575一一直接通到按按下停止按钮钮，此时M5774一直不能能接通。D单步操作梯形形图 手动操作方方式由于不需需要任何复杂杂的顺序控制制，可以用常规规继电器顺序序方法来设计计梯形图。“单步操作”时，按下夹持按按钮时，夹持输出YY431自保保持，只有按下松松开按钮时，Y431才才会复位；按按下上升按钮钮，上升输出YY432保持持接通；按下下下降按钮，Y430保保持接通；在在上限位按下下左行按钮，左行输出YY434保持持接通；在上上限位按下右右行按钮，右行输出YY433保持持接通。单步操作是是梯形图如下下图。图4-9 机械械手单步操作作梯形图E返回原位梯形形图 在“返回原位”状态下，“夹持”与“下降”动作应被停停止，上限位未动动作时应进行行“上升”；上限位动动作时，“右行”动作应停止止，并左行至左左限位位置。返回原位梯梯形图如下图图。图4-10 机机械手返回原原位梯形图F “自动”状状态梯形图 如下图图表示了机械械手自动工作作时执行各工工步的情况。表明了各工工步的实现以以及各工步的的转换条件。在第一次下下降工步中，下降电磁阀阀Y430接接通。自下限位置置时，X401接接通，转化为“夹持”过程。在夹持工步步中，夹持电磁阀阀Y431置置位，同时驱动TT450。T450接接通后，转化为第一一次上升。此后执行类类似的操作，完成由初始始条件到下一一个初始条件件的一系列操操作。在夹持输出出Y431置置位后，保持夹持，直到夹持输输出复位松开开。如上述一步步步按顺序驱驱动各个负载载动作，称为顺序控控制或过程步步进型控制。这种控制过过程用继电器器符号程序很很难实现程序序设计。图4-11 机机械手自动工工作流程图用状态器替代自自动工作流程程图中的各个个工步，可得到如下下图所示的功功能表图。初始状态在在图中用双线线框表示。图4-12 机机械手自动工工作功能表图图根据上图所示的的功能表图，可设计出自自动操作时的的梯形图，如下图所示示。 图4-13 机机械手自动工工作梯形图将从初始化开始始的一系列梯梯形图，按照总体构构成图的形式式作何在一起起，得到机械手手PLC控制制的梯形图，如下图所示示。 图4-14 机机械手PLCC控制梯形图图该机械手在自动动工作状态时时，应先将其工工作方式选择择开关放在“返回原位”，并按下返回回原位按钮，对状态器进进行置位，然后再将工工作方式选择择开关放至自自动工作方式式下。若自动工作作状态解除，则应将工作作方式选择开开关放至“单步操作”位置3 10。结束语毕业设计是我们们毕业前最重重要的一份工工作，它是对我们们这几年来知知识的检验核核查，是对我们四四年求学路程程的总结，同时也是提提升自我工作作和团队协作作能力的一种种方式。同时也是对对我们学业的的考核使我们们学业可以完满结束束。通过这次毕业设设计使我明白白了所学的知知识还有些欠欠缺，不够完善。没着手之前前总是眼高手手低，老是以为自自己都会、都懂。通过毕业设设计我知道了了我所谓的都都会、都懂原来是是都会一点、都懂一点，知识是一个个长期积累的的过程，在以后的工工作