plc机械手课程设计

目录一、PLC概况及在机械手中的应用21 可编程序控制器的应用和发展概况22 PLC的应用概况23 PLC在机械手中的应用3二、 机械手概况 41搬运机械手的应用简况42机械手的应用意义53机械手的发展趋势54机械手的分类 6 三、 搬运机械手总体设计方案71机械手的工作过程72机械手的控制过程73机械手的控制要求84 机械手模型 85I/O分配 96状态转移图 107 梯形图程序 11四、结论 18五、参考文献 19一PLC概况及在机械手中的应用1 可编程序控制器的应用和发展概况可编程序控制器（programmable controller），现在一般简称为PLC（programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通 信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线刻控制盘（柜）就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差。2 PLC的应用概况PLC的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。 按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。1）. 用于逻辑控制这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。2）. 用于模拟量控制PLC通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。3）. 用于机械加工中的数字控制现代PLC具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。4）. 用于工业机器人控制5）. 用于多层分布式控制系统高功能的PLC具有较强的通信联通能力，可实现PLC与PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。3 PLC在机械手中的应用机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作，从而节省人的劳动，普通继电器由于其体积和接口等各方面限制，经常被应用于动作简单的电气及流水线控制，而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单。编程简单、使用、维护方便；组合方便、功能强、应用范围广；体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合，本设计正是以PLC控制为基础从而实现机械手的各种动。二 机械手概况1搬运机械手的应用简况在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，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。国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面：1.热加工方面的应用热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。 2.冷加工方面的应用冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。3.拆修装方面拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。2机械手的应用意义在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：1.可以提高生产过程的自动化程度2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。3.可以减少人力，便于有节奏地生产应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。3机械手的发展趋势目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。到1995年，全世界约有50%的汽车由机械手装配。现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。4机械手分类机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手，它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定工作。它的特点是除具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球、火星等。第三类是专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用于解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。本项目要求设计的机械手模型可归为第一类，即通用机械手。在现代生产企业中，自动化程度较高，大量应用机械手。通过本次设计，可以增强对工业机械手的认识，同时并熟悉掌握PLC技术、位置控制技术、气动技术等工业控制常用的技术。三 机械手总体设计方案1机械手工作过程本机械手用于生产线上工件的自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的工作过程如图1所示：初始位置左转上升夹紧伸长下降右转上升缩短张开下降图1机械手的工作过程2机械手的控制过程机械手模型如图2所示。初始时，机械手旋转在右极限位置，升降在上极限位置，伸缩处于缩极限位置，机械手张开。按下开始按钮SB1，机械手下降碰到行程开关SQ3。机械手开始前伸，直至碰触到SQ4。此时，机械手开始收缩夹紧工件。3S后，机械手开始上升，上升至上极限位置，碰触到SQ2。机械手开始左转，直至左极限位置，碰到SQ1。机械手开始下降，直至下极限位置，碰到SQ3。机械手开始张开，放下货物，完成了货物的一次搬运。然后，机械手碰到行程开关SQ6开始缩短，碰到SQ5上升，碰到SQ2右转，机械手回到了初始位置。按下SB2，机械手完成了一次货物的搬运。若无任何动作，机械手开始循环往复的搬运货物。3机械手的控制要求为了便于生产加工、维修、调整设置的工作方式选择开关。分为自动操作、复位操作和手动放松操作自动操作：正常使用，当机械手在原点并按下启动按钮时，机械手周而复始的执行各工步动作。复位操作：当开始使用机械手搬运货物时，由于机械手处于其他位置不利于搬运货物，可按下复位按钮，机械手即可按原路径返回到原点位置。手动放松操作：当机械手由于断电或其它原因导致机械手运行中途停止时，再次通电，按下复位按钮，机械手即可按最短路径的原则返回到原点位置。4机械手的模型 图2 机械手的结构示意图5 I/O分配 I/O端子的分配结果如下表所示：输入信号输入端子功能输出端子控制对象功能SB1X0开始Y0YA1左转SB2X1停止Y1YA2上升SQ1X2左极限Y2YA3伸长SQ2X3上极限Y3YA4夹紧SQ3X4下极限Y4YA1右转SQ4X5长极限Y5YA2下降SQ5X6短极限Y6YA3缩短SQ6X7张极限Y7YA4张开SQ7X10右极限SB3X11复位SB4X12手动放松6状态转移图 S0Y005S10Y002S11 Y003S12T0 k30Y001S13Y000S14Y005S15Y007S16Y006S17Y001S18Y004S19 s07 梯形图程序 四 心得体会 这次为期三天的课程设计比我以往一个学期的学习的知识还来得扎实，丰富。在以往的学习中只注重成绩而没有把PLC运用于生产实践，在这三天的时间里我们通过在图书馆和在网络查阅资料，丰富了自己的知识，也通过和同学的合作学会了如何和其他同学配合。 本课题所设计的机械手的操作过程是系统采用可编程控制器控制，运用步进顺序控制编程，程序简单且便于调试。 通过PLC 本身通信接口与计算机联网，对现场操作的各项参数进行监测、修改、调整，使系统处于最佳工作状态。利用 PLC 控制机械手相对于其它控制方式，具有很高的可靠性，较好的性价比，较强的可操作性和实用性。就本课题设计的目的，实际应用运行良好，大大方便了工作和生活。 通过这次的课程设计，我学到了很多东西，在做设计的过程中对工作的细心得到了提高，认识到自己在这方面的不足。并且，对本设计的内容有了更好的了解，比如加深了解有关可编程控制器的功能，还有机械手的工作原理等等。通过做这个设计，对以前不足的知识进行弥补，在老师那里学到了很多宝贵的东西，这些都是对我很有帮助的。五 文献