毕业论文定稿-机械手自动上下料的plc控制设计

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763宁XX 大学毕 业 设 计 (论 文 )机 械 手 自 动 上 下 料 的 plc 控 制 设 计分 院： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 年 月原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763摘 要机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。本文介绍的机械手是由 PLC 输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给 PLC 主机；位置信号由接近开关反馈给 PLC 主机，通过气缸控制机械手吸盘，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的机械手可在空间吸取放开物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用驱动和 PLC 控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用驱动，控制系统中选择 PLC 的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型机械手的设计方案，对其他经济型 PLC 控制系统的设计也有一定的借鉴价值。关键词: 机械手，交流电机,可编程控制器（PLC） ，自动化控制， 。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763Abstract Manipulator industrial robot systems traditional mandate, The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by three PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision, micro-switches position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through the exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters. In this paper, by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, combining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider the characteristics of the software and hardware and complementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used pneumatic-driven in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of the system, manipulators moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance. Through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design. Key words: manipulator ；AC motor ； programmable logic controller (PLC)； automatic control；sorting material原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763目 录摘 要 IIAbstract III目 录 IV第一章 绪论 11.1 研究的目的及意义 11.2 机械手在国内外现状和发展趋势 11.3 主要研究的内容 21.4 解决的关键问题 3第二章 可编程控制 PLC 42.1 PLC 简介 42.2 PLC 的基本组成及各部分作用 .52.2.1 中央处理单元(CPU) .52.2.2 存储器 62.2.3 I/0 单元 62.2.4 电源部分 62.2.5 扩展接口 62.2.6 通信接口 62.2.7 编程器 72.3 PLC 的应用领域 .72.4 PLC 的工作原理 82.5 PLC 机型的选择方法 9第三章 驱动系统的分析与选择 .133.1 驱动系统的分析与选择 .133.2 机械手驱动系统的控制设计 .143.3 元件选取及工作原理 .153.3.1 气源装置 .153.3.2 执行元件 .163.3.3 控制元件 .17原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397633.3.4 辅助元件 .183.3.5 真空发生器 .183.3.6 吸盘 .193.4 回路的工作原理 .19第四章 PLC 控制系统的分析设计 234.1 控制系统的组成结构 .234.2 控制系统的性能要求 .234.3 传感器的选择 .244.3.1 位置检测装置 .244.3.2 吸盘传感器 .244.4 控制系统 PLC 的选型及控制原理 254.4.1 PLC 控制系统设计的基本原则 254.4.2 PLC 种类及型号选择 264.4.3 I/O 点数分配 274.4.4 PLC 外部接线图 284.4.5 机械手控制原理 .284.5 PLC 程序设计 .31总结与展望 .34参考文献 .35致 谢 .36附录 梯形图 .37原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763第一章 绪论1.1 研究的目的及意义机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以实现生产的机械化和自动化可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。本课题试图开发PLC 对机械手的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，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，广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行的自动化装置，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，并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计。本设计主要完成机械手的硬件部分与软件部分设计。1.2 机械手在国内外现状和发展趋势目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、oTC 、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的 C0毗U及奥地利的工GM公司。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763保证产品质量。机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS) 和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。1.3 主要研究的内容随着机械手技术的飞速发展和机械手应用领域的不断深化，不仅要求其控制可靠性强、使用灵活性高和操作灵活性好，还要其成本低、可开发经济性强。本论文主要研究机械手以下几个方面的内容：夹紧装置固定在数控工作台上，夹紧装置是用橡胶软盘做的模型，如上图下面是气缸推动倒 U 型夹子上松下紧椭圆球面镜。当加工完后，数控工作台退到固定位置 A，不接触型行程开关动作，夹紧装置向上松开，碰到开关后气动吸盘机械手从 D 伸长到 A 处位镜子上方，再下降，然后吸取镜片；然后转到放成品的 B 处，下降松开镜片；再上升然后缩短到毛胚 C 处，下降吸取毛胚镜，上升后转到 D 处，再伸长到夹紧 A 处，再下降后松开，再上升后退到 D 处，最后夹紧装置夹紧毛胚镜片。要求独立完成工业机械手 PLC 控制系统设计。连续运行，在原点位置按起动按钮时，机械手按图连续工作一个周期，一个周期的工作过程如下：原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763D伸长到 A工位处，下降吸取成品上升-转动到成品B工位，下降放松上升，缩短到原料C工位，下降吸取原料上升，转到D工位D伸长到A,下降再退回放松上升，回到D位，再重复此循环。位置可用不接触式或接触式行程开关，机械手与夹紧都用气缸传力，气阀可以选中间位停止的，虽然较贵，PLC选用三菱）这样改后旋转气缸就只有一个角度 A,B处装有挡板使定位精确。位置可用不接触式或接触式行程开关，机械手与夹紧都用气缸传力，气阀可以选中间位停止的，虽然较贵，PLC选用三菱）这样改后旋转气缸就只有一个角度 A,B处装有挡板使定位精确。任务要求：PLC外部接线图，以及其它相关设备的电气图；PLC编程元件明细表，应包含定时器、计数器等元件的设定值；完整的程序资料，应包括PLC工序图、梯形图程序及注解。1.4 解决的关键问题1 机械手的控制系统，包括控制系统的电路和控制程序，并解决工件和控制系统的协调问题。2 元件的匹配规则和知识的获取及其表达形式。3 传感器的类型选择。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763第二章 可编程控制 PLC2.1 PLC 简介PLC（Programmable Logic Controller） ，是可编程逻辑控制器。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。世界上公认的第一台 PLC 时 1969 年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数等功能。20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。因而人们称可编程控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得了广泛的应用。例如，在世界第一台可编程控制器的诞生地美国，1982 年的统计数字显示，大量应用可编程控制器的工业厂家占美国重点工业行业厂家总数的 82%，可编程控制器的应用数量已位于众多的工业自控设备之首。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。许多可编程控制器的生产厂家已闻名于全世界。20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业控制的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元，通讯单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763汽车、轻工业等领域的应用都的到了长足的发展。.2.2 PLC 的基本组成及各部分作用PLC 是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC 可分为整体式和组合式两类。整体式 PLC 是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的 1/0 扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU 是 PLC 的核心， 1/0 单元是连接 CPU 与现场设备之间的接口电路，通信接口用于 PLC 与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式 PLC 将 CPU 单元、输入单元、输出单元、智能 1/0 单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有 CPU 单元的底板称为 CPU 底板，其它称为扩展底板。CPU 底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过 10m.无论哪种结构类型的 PLC，都可以根据需要进行配置与组合。2.2.1 中央处理单元(CPU)CPU 在 PLC 中的作用类似于人体的神经中枢，它是 PLC 的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务:(1) 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；(2) 诊断电源、PLC 内部电路的工作状态和编程的语法错误;(3) 用扫描的方式接收输入信号，送入 PLC 的数据寄存器保存起来;(4) PLC 进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解 释和执行，完成用户程序中规定的各种操作;原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763(5) 将用户程序的执行结果送至输出端。2.2.2 存储器根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下 3 种:系统程序存储器:和各种计算机一样，PLC 也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了 PLC 的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器 ROM 或 EPROM.用户程序存储器:用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的 RAM。2.2.3 I/0 单元I/0 单元也称为 I/0 模块。PLC 通过 I/0 单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时 CPU 从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件.2.2.4 电源部分PLC 一般使用 220V 的交流电源，内部的开关电源为 PLC 的中央处理器、存储器等电路提供 5V, +12V, +24V 的直流电源，使 PLC 能正常工作。电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的 CPU，通常电源封装到机壳内部;对于模块式 PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与 CPU 封装到一个模块中。2.2.5 扩展接口扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使 PLC 的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。2.2.6 通信接口为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话，PLC 配有多种通信接口。PLC 通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的 PLC 或计算机相连。当 PLC 与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印;当与监视器相连时 .可将过程图像显示出原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763来;当与其他 PLC 相连时，可以组成多机系统或连成网路，实现更大规模的控制; 当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合性控制。2.2.7 编程器编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后，才能输入。它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有 LCD 或 CRL图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。还可以利用 PC 作为编程器，PLC 生产厂家配有相应的编程软件，使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的互相转换。程序被下载到 PLC，也可以将 PLC 中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。现在很多 PLC 已不再提供编程器，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。2.3 PLC 的应用领域PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。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，使用情况主要分为如下几类:(1)开关量逻辑控制取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，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)工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量)，PLC 采用相应的 A/D 和 D/A 转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。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。(3)运动控制原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，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，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(4)数据处理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。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。(5)通信及联网PLC 通信包括 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。2.4 PLC 的工作原理可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP） 状态。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制 功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户 程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或 切换到 STOP 工作状态。（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次读入所有的数据和状态它们存入 I/O 映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序行和输出刷新 阶段。在这两个阶段中，即使输入数据和状态发生变化 I/O 映象区的相应单元的 数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号，它的宽度必须大于一个扫描 周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC 的 CPU 总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系 统 RAM 存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能 指令。例如：算术运算、数据处理、数据传达等。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763（3）输出刷新阶段在输出刷新阶段，CPU 按照 I/O 映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据 锁存电路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是 PLC 真正的输出。(4)输入/输出滞后时间 输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指可编程序控制器的外部输入信号,发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间 三部分组成。输入模块的 CPU 滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输 入触点动作是产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波 时间的长短，其典型值为 10ms 左右。输出模块的滞后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般 在 10ms 左右；双向可空硅型输出电路在负载接通时的滞后时间约为 1ms，负载 由导通到断开时的最大滞后时间为 10ms；晶体管型输出电路的滞后时间约为 1ms。由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达到两个多扫描周期。可编程序控 制器总的响应延迟时间一般只有几十 ms，对于一般的系统是无关紧要的。要求 输入输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的可编程序 控制器或采取其他措施。2.5 PLC 机型的选择方法2.5.1 PLC的类型PLC按结构分为整体型和模块型两类， 按应用环境分为现场安装和控制室安装两 类 ；按 CPU 字 长 分 为 1 位 、 4 位 、 8 位 、 16 位 、 32 位 、 64 位 等 。 从 应 用 角 度 出 发， 通常可按控制功能或输入输出点数选型 。 整体型PLC的I/O点数固定 ， 因此 用户选择的余地较小，用于小型控制系统； 模块型 PLC提供多种 I/O卡件或插卡 ， 因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数， 功能扩展方便灵活， 一般 用于大中型控制系统。2输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。 例如对输入模块， 应考虑信 号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块， 应 考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广 、 寿命短、 响应时间较长等特点 ； 可控硅输出模块适用于开关频繁， 电感性低功率 因数负荷场合， 但价格较贵 ， 过载能力较差 。 输出模块还有直流输出、 交流输出 和模拟量输出等， 与应原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763用要求应一致。 可根据应用要求， 合理选用智能型输入输 出模块， 以便提高控制水平和降低应用成本。 考虑是否需要扩展机架或远程I/O 机架等。3.电源的选择PLC的供电电源， 除了引进设备时同时引进 PLC应根据产品说明书要求设计 和选用外， 一般 PLC的供电电源应设计选用 220VAC电源， 与国内电网电压一致 。 重要的应用场合， 应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果 PLC本身带有可使用 电源时， 应核对提供的电流是否满足应用要求 ， 否则应设计外接供电电源 。 为防 止外部高压电源因误操作而引入 PLC， 对输入和输出信号的隔离是必要的， 有时 也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。4.存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展， 存储器的价格已下降 ， 因此， 为保证应用项目 的 正常投运，一般要求 PLC的 存储器容量，按 256 个 I/O 点 至少选 8K 存 储器选 择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。5.冗余功能的选择a控制单元的冗余（1）重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应1B1冗余。（ 2） 在 需 要 时 也 可 选 用 PLC 硬 件 与 热 备 软 件 构 成 的 热 备 冗 余 系 统 、 2 重 化 或 3 重化冗余容错系统等。b I/O接口单元的冗余（1）控制回路的多点I/O卡应冗余配置。（2）重要检测点的多点 I/O卡可冗余配置。3）根据需要对重要的 I/O信号， 可 选用 2重化或3重化的I/O接口单元。6.经济性的考虑选择 PLC 时， 应考虑性能价格比 。 考虑经济性时， 应同时考虑应用的可扩展 性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品 。输 入 输 出 点 数 对 价 格 有 直 接 影 响 。 每 增 加 一 块 输 入 输 出 卡 件 就 需 增 加 一 定 的 费 用。当点数增加到某一数值后 ， 相应的存储器容量 、 机架、 母板等也要相应增加 ， 估因此，点数的增加对 CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响 ， 在算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397632.6 机械手 PLC选择及参数综合上述原则机械手控制系统主机为三菱的FX2N-48MR。1.主要技术数据如下： 2.工作电源：24VDC输入点数：24输出点数：24 输入信号类型：直流或开关量 输入电流：24VDC 5mA模拟输入：-10V10V（-20mA+20mA） 输出晶体管允许电流0.3A/点（1.2A/COM） 输出电压规格：30VDC最大负载：9W输出反应时间：OffOn 20s OnOff 30s 基本指令执行时间：数个s 程序语言：指令+梯形图+SFC程序容量：3792STEPS基本顺序指令：32 个（含步进梯形指令） 应用指令：100种初始步进点：S0S9 一般步进点：118点，S10S127辅助继电器：一般用512+232点（M000M511+M768M999）停电保持用 256点（M512M767） 特殊用280点（M1000M1279）定时器：100ms时基64点（T0T63）10ms时基63点（T64T126，M1028为ON时）1ms时基1点（T127）计数器：一般用 112点（C000C111，16 位计数器） 停电保持用16点（C112C127，16位计数器）高速用13点1相5kHz， 2相2kHz （C235C254， 全部为停电保 持32位计数器）原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763数据寄存器：一般用 408点（D000D407） 停电保持用 192 点（D408D599） 特殊用144点（D1000D1143）指针/中断：P64 点；I4 点（P0P63/I001、I101、I201、I301） 串联通信口：程序写入/读出通讯口：RS232一般功能通讯口：RS485 主机电源220V AC2.PLC主机的组成1、输入单元输 入 单 元 由 8 个 按 扭 、 8 个 开 关 和 16 个 接 插 件 组 成 ， 它 们 分 别 与 PLC 的 16 个输入点相接。 改变这些开关或按扭的通断状态， 即可对主机输入所需要的开关 量。16 个接插件可外接其它直流或开关量输入信号。2、输出单元输出单元由 24个二极管和 24个接插件组成， 它们分别与 PLC的 24个输出点 相连。 发光二极管是否发光 ， 即可表示输出点的状态， 使用者可得到主机的输出 信 息 。 24 个输 出 接 插 件 可 外 接 其 它 需 要 控 制 的 设 备 。 输 出 单 元 的 4 个 地 端 ， 分 别引出到面板，其中只有C4与3V电源共地。3、电源单元PLC主机左边有外接 220V/AV的电源插座， 作为 PLC的工作电源。 内装变压 器 ，输出 3V电 源，供二极管使用。另外 PLC的 24VDC 和 24GND 已 引出到面板，供外接输入器件（如传感器）的工作电源用原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763第三章 驱动系统的分析与选择机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。机械手的驱动系统根据动力源的不同，分为液压、气压、电气、机械、气液联合和电液联合等多种方式。目前采用的主要有液压、气压、电气这三种驱动方式。3.1 驱动系统的分析与选择液压驱动，功率重量比大，可实现频繁平稳的变速和换向，容易实现过载保护，可自行润滑，使用寿命长。但也存在其油液容易泄露污染环境，需要配备油源，成本较高，工作噪声较大。电气驱动，控制精度高，驱动力较大，响应快，信号检测、传递、处理方便。但是由于这种驱动方式价格昂贵，限制了在一些场合的应用。因此，人们寻求其他一些经济 10气压驱动具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强、在工业机械手中应用较多。另一方面，技术作为“廉价的自动化技术” ，由于其元器件性能的不断提高，生产成本的不断降低，被广泛应用于现代化工业生产领域。在现代化的成套设备与自动化生产线上，几乎都配有系统。据统计：在工业发达国家中，全部自动化流程中约有 30装有系统，有 90的包装机械，70的铸造、焊接设备，50的自动操机、40的锻造设备和洗衣设备、30的采煤机械，20的纺织机械、制鞋业、木材加工、食品机械，43的工业机器人装有气压系统。日、美、德等国的元件销售平均每年增长超过 10-15。许多工业发达国家的元件产值已接近液压元件的产值，且仍以较大速度发展，机械手技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要使用工具。表 3.1 给出了各种控制方式的比较：表 3.1 各种控制方式的比较原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763通过以上三种驱动方式的比较选用驱动的方式，不仅能够满足了本设计的要求，而且节约了成本。3.2 机械手驱动系统的控制设计根据机械手的要求，在驱动系统中气缸的运动方式主要有两种：（1）直线运动（缸体固定，活塞杆运动） ；（2）摆动（缸体固定） 。其驱动系统原理图如图 3.1 所示。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763图 3.1 驱动系统原理图系统包括三个三位四通电磁换向阀、两个二位二通电磁阀、三个气缸、一个吸盘、四个调速阀、六个单向调速阀、消声器（若干）等。图中的调速阀控制气缸上升和下降、伸长和缩短、摆动过程中的速度，防止速度过大对物料及机械手臂的冲击；三位四通电磁换向阀是改变气缸的运动方向；真空发生器的工作原理利用气体的喷射产生真空吸附物料，其主要功能是实现对物料的吸取和释放，真空发生器的动作是由二位二通电磁阀控制的。3.3 元件选取及工作原理气压驱动是利用压缩气体的压力能来实现能量传递的一种方式，其介质主要是空气，也包括燃气和蒸汽。典型的气压传动系统由以下四部分组成：3.3.1 气源装置气源装置是获得具有一定能量的压缩空气的装置，其主体部分是空气压缩机，有的还配有气源净化处理装置、气罐等附属设备。它将原动机提供的机械能转变为气体的压力能。气压传动对气源的要求：(1)要求压缩空气具有一定的压力和足够的流量。(2)要求压缩空气有一定的清洁度和干燥度。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763下面对于主要的气源装置元件进行如下介绍：1、空气压缩机空气压缩机是产生压缩空气的气压发生装置，是气源主要的设备。按结构和工作原理可分为速度型和容积型两大类。容积型压缩机是利用特殊形状的转子或活塞压缩吸入封闭容积室空气的体积来增加空气的压力。容积型结构简单、使用方便。本设计选用容积型压缩机。2、储气罐储气罐可以调节气流，减少输出气流的脉动，使输出气流连续和气压稳定，也可以作为应急气源使用，还可以进一步分离油水杂质。储气罐上装有安全阀，使其极限压力比正常工作压力高 10%，并装有指示罐内压力的压力表和排污阀等。罐的型式可分为立式和卧式两种。本设计选用立式储气罐，因为它的进气口在下，出气口在上，以利用进一步分离空气中的油、水。3.3.2 执行元件执行元件是以压缩空气为工作介质产生机械运动，并将气体的压力能转变为机械能的能量转换装置，如气缸输出直线往复式机械能，摆动气缸输出回转摆动式机械能。1、气缸输出直线往复式气缸是执行元件之一。目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化、标准化、通用化。水平伸缩气缸选用单活塞杆双作用气缸。单活塞杆双作用气缸一般由缸筒、前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等组成。其工作原理：对于前伸/回缩气缸，当左侧无杆腔进气，右侧有杆腔排气时活塞杆前伸，反之，活塞杆回缩；对于上升/下降气缸，当上侧无杆腔进气，下侧有杆腔排气时，活塞杆下降，反之活塞杆上升。2、摆动气缸输出回转摆动式摆动气缸分为单叶片式和双叶片式。单叶片式摆动气缸：压缩空气由进气口输入，作用在叶片上，带动轴回转产生转矩，另一腔的空气从排气口排出。双叶片式摆动气缸：从进气口进入的压缩空气作用在一个叶片上，同时通过轴上的气路也作用在另一叶片上带动轴回转。这样双叶片式产生的转矩将是单叶片式的 2原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763倍。本设计采用双叶片式摆动气缸，这样就能产生更大的转矩，以利于机械手的转动。3.3.3 控制元件控制元件是用来调节压缩空气的压力、流量和控制其流动方向，使执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。控制元件按功能分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。1、压力控制阀调节和控制压力大小的元件称为压力控制阀。它包括调压阀、溢流阀、顺序阀及多功能组合阀。调压阀是出口侧压力可调，并能保持出口侧压力稳定的压力控制阀。溢流阀是在回路中的压力达到阀的规定值时，使部分气体从排气侧排出，以保持回路内的压力在规定值的阀。调速阀是根据“流量负反馈”原理设计而成的单路流量阀。调速阀一般用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。调速阀根据“串联减压式”和“并联溢流式” ，又分为调速阀和溢流节流阀两种主要类型。本设计选用串联减压式调速阀。2、方向控制阀方向控制阀是改变压缩空气流动方向和气流通断状态，使执行元件的动作或状态发生变换的控制阀，其通常可分为单向型控制阀和换向型控制阀两类。(1) 单向型控制阀单向阀是指气流只能向一个方向流动而不能反向流动通过的阀，是最简单的单向型方向阀。在系统中，单向阀除单独使用之外，经常与流量阀、换向阀和压力阀组合成只能单向控制的阀。单向调速阀就是单向阀与节流阀并联而成。单向调速阀是把节流阀芯分成了上阀芯和下阀芯两部分。当流体正向流动时，其节流过程与调速阀是一样的，节流缝隙的大小可通过手柄进行调节；当流体反向流动时，靠流体的压力把阀芯压下，下阀芯起单向阀作用，单向阀打开，可实现流体反向自由流动。当正向流动时，经过节流阀节流。当反向流动时，单向阀打开，不节流。(2) 换向型控制阀换向型方向控制阀按控制方式分类，分为气压控制、电磁控制、人力控制。换向原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763阀是利用阀芯和阀体间相对位置的不同来变换不同管路间的通断关系，实现接通、切断，或改变流体方向的阀。它的用途很广，种类也很多。换向阀的性能的主要要求是：（1）油液流经换向阀时的压力损失小；（2）互不相通的油口间的泄漏小；（3）换向可靠、迅速且平稳无冲击。按换向阀的操纵方式有：手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式、式。按工作位置数和控制的通道数有：二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀、二位五通阀、三位四通阀、三位五通阀等。本设计选用三位四通电磁换向阀理由如下：(1) 电磁换向阀是利用电磁铁吸力推动阀芯来改变阀的工作位置。由于它操作轻便，易于实现自动化，因此应用广泛。(2)当三位四通电磁换向阀两端电磁铁都断电时，阀芯处于中位，各口互不相通。(3)使用三位四通电磁换向阀能够快速实现气缸的正反向运动。3.3.4 辅助元件辅助元件是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必须的。可分为气源净化装置和其他辅助元件两大类。1、气源净化装置过滤器、调压阀和油雾器等组合在一起称为空气处理单元，又称为三联件。压缩的空气中含有各种杂质，这些杂质的存在会降低元件的耐用度和性能，造成误动作和事故，必须清除。空气处理单元就是用来清除压缩空气的杂质，提高空气质量的元件。2、消声器消声器是降低排气噪声的装置。压缩空气完成驱动工作后，由换向阀的排气口排入大气。此时的压缩空气是以接近音速的状态进入大气，由于压力的骤然变化，使空气急速膨胀从而发出噪音，其音量一般为 80dB100dB，为了改善劳动条件，应使用消声器。常用的消声器有三种类型吸收型、膨胀型和吸收膨胀型。吸收型消声器是依靠吸声材料来消声的。膨胀型消声器的结构比较简单，相当于一段比排气口径大的管件，当气流通过时，让气流在其内部扩散、膨胀、碰壁撞击、反射、相互干涉而消声。吸收膨胀型消声器是上述两种的结合。气流由斜孔引入，气流束相互撞击、干涉、进一步减速，再通过设在消声器内表面的吸声材料消声，最后排向大气。本设计选用膨原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763胀型消声器。3.3.5 真空发生器真空发生器的作用主要是使吸盘的橡胶皮碗形成真空而将工件吸附。真空发生器的工作原理是利用喷管高速喷射压缩空气，在喷管出口形成射流，产生卷吸流动。在卷吸流动作用下，使得喷管出口周围的空气不断地被抽吸走，使吸附腔内的压力降至大气压以下，形成一定真空度。3.3.6 吸盘吸盘是直接吸吊物体的元件，一般用橡胶做成。真空吸盘之所以能吸附在工件上的原因是由于环境压力（大气压力）大于吸盘与工件之间的压力。将吸盘与真空发生装置连接，吸盘内部空间的空气被抽去，当吸盘接触到工件时，大气和吸盘之间形成了密封，就会吸住物料，吸气大小与大气压和吸盘内部空间的压力差成正比。3.4 回路的工作原理机械手的工作循环是：摆动气缸的右旋水平手臂的伸出垂直手臂的下降吸物垂直手臂的上升水平手臂的缩回摆动气缸的左旋垂直手臂的下降放物垂直手臂的上升回到初始位置。系统中选用电磁换向阀，限位开关，实现气缸的往复运动。二位二通电磁阀实现吸盘的吸物和放物。实现工作循环的工作原理如下：(1) 摆动气缸的右旋按下启动按钮，右旋按钮接通，使三位四通电磁换向阀 12 的 5YA 得电，阀 12 的阀芯右移，摆动气缸会执行右旋的命令。这时的气路是：进气路线：2 空气处理单元储气罐 3三位四通电磁换向阀 12 左端单向调速阀 19摆动气缸 C 的 D 口。排气路线：摆动气缸 C 的 E 口单向调速阀 20三位四通电磁换向阀 12 排气口调速阀 8消声器 9排出。(2) 水平气缸的伸出当摆动气缸 C 右旋到指定位置时（90 度） ，就会碰到右旋限位开关，使二位五通电磁换向阀 12 的 5YA 断电，摆动气缸旋转运动会停止，经时间继电器延时，使三位四通电磁换向阀 10 的 1YA 得电，阀 10 的阀芯右移，执行手臂前伸动作。这时的气路是:进气路线：2 空气处理单元储气罐 3三位四通电磁换向阀 10 左端单向调速原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763阀 15气缸 A 的无杆腔。排气路线：气缸 A 的有杆腔单向调速阀 16三位四通电磁换向阀 10 的排气口调速阀 4消声器 5排出。(3) 垂直手臂的下降当水平伸缩气缸 A 伸出到指定位置时，就会碰到前限开关，使三位四通电磁换向阀 10 的 1YA 断电，手臂伸出动作会停止。经时间继电器延时，小臂下降按钮接通，使三位四通电磁换向阀 11 的 3YA 得电，阀 11 的阀芯右移，执行小臂的下降动作。这时的气路是：进气路线：2 空气处理单元储气罐 3三位四通电磁换向阀 11 左端单向调速阀 17气缸 B 的无杆腔。排气路线：气缸 B 的有杆腔单向调速阀 18三位四通电磁换向阀 11 的排气口调速阀 6消声器 7排出。(4)吸物小臂气缸下降到指定位置时，撞到下限位开关，使三位四通电磁换向阀 11 的 3YA断电，小臂下降动作停止。经时间继电器延时，二位二通电磁阀 13 的 7YA 得电，真空发生器 22 开始动作，经真空开关 24 检测真空度，并发出讯号给控制器，真空吸盘26 将物料吸起。这时的气路是：进气路线：2 空气处理单元储气罐 3二位二通电磁阀 13真空发生器 22过滤器 25吸盘 26。排气路线：2 空气处理单元储气罐 3二位二通电磁阀 13 真空发生器 22消声器 21。(5)垂直手臂的上升经传感器检测到物料已经被吸起时，发出讯号，使三位四通电磁阀 11 的电磁铁4YA 得电，阀 11 的阀芯左移，执行小臂的上升动作。这时的气路是：进气路线：2 空气处理单元储气罐 3三位四通电磁换向阀 11 右端单向调速阀 18气缸 B 的有杆腔。排气路线：气缸 B 的无杆腔单向调速阀 17三位四通电磁换向阀 11 的排气口调速阀 6消声器 7排出。(6)水平手臂的回缩原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763小臂气缸上升到指定位置时，撞到上限位开关，使三位四通电磁阀 11 的电磁铁4YA 断电，小臂上升动作停止。经时间继电器延时，使三位四通电磁阀 10 的电磁铁2YA 得电，阀 10 的阀芯左移，执行水平手臂的回缩动作。这时的气路是：进气路线：2 空气处理单元储气罐 3三位四通电磁换向阀 10 右端单向调速阀 16气缸 A 的有杆腔。排气路线：气缸 A 的无杆腔单向调速阀 15三位四通电磁换向阀 10 的排气口调速阀 4消声器 5排出。(7)摆动气缸的左旋水平手臂气缸回缩到指定位置时，撞到后限位开关，使三位四通电磁阀 10 的电磁铁 4YA 断电，水平手臂的回缩动作停止。经时间继电器延时，使三位四通电磁阀 12的电磁铁 6YA 得电，阀 12 的阀芯左移，执行摆动气缸的向左旋转动作。这时的气路是：进气路线：2 空气处理单元储气罐 3三位四通电磁换向阀 12 右端单向调速阀 20摆动气缸 C 的 E 口。排气路线：摆动气缸 C 的 D 口单向调速阀 19 三位四通电磁换向阀 12 排气口调速阀 8消声器 9排出。(8)垂直手臂的下降摆动气缸左旋到指定位置（90 度） ，撞到左转限位开关，使三位四通电磁阀 12 的电磁铁 6YA 断电，摆动气缸的左旋运动停止。经时间继电器延时，使三位四通电磁阀11 的电磁铁 3YA 得电，阀 11 的阀芯右移，执行小臂的下降运动。这时的气路是：进气路线：2 空气处理单元储气罐 3三位四通电磁换向阀 11 左端单向调速阀 17气缸 B 的无杆腔。排气路线：气缸 B 的有杆腔单向调速阀 18三位四通电磁换向阀 11 的排气口调