機電一體化plc機械手設計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　機械手是工業(yè)控制和加工中經常用到的執(zhí)行部件，具有能適應惡劣工作環(huán)境、效率高、安全穩(wěn)定和可進行高強度工作的優(yōu)點，在自動化生產線上有廣泛的應用。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產過程的機械化，自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產過程的自動化已基本得到解決。專用機床是大批量生產自動化的有效的辦法；控制

2、機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產自動化的重要辦法。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,工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而生產的。機械手是能夠模仿人體上肢的部分功能，可以對其進行自動控制使其按照預定要求輸送制品或操持工具進行生產操作的自動化生產設備。自上世紀六十年代，PLC設計的機械手被實現(xiàn)為一種產品后，對它的開發(fā)應用也在不斷發(fā)展，它可以在減輕繁重的體力勞動、改

3、善勞動條件和安全生產；提高生產效率、穩(wěn)定產品質量、降低廢品率、降低生產成本、增強企業(yè)的競爭力等方面起到及其重要的作用。</p><p>　　關鍵字：機械手 PLC 現(xiàn)代工業(yè)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄1</b></p><p>

4、;<b>　　第一章 概述2</b></p><p>　　1.1機械手 PLC的應用和發(fā)展2</p><p>　　1.2 PLC選取3</p><p>　　1.3系統(tǒng)的整體設計分析4</p><p>　　第二章 硬件設計5</p><p>　　2.1機械結構和控制要求5</p&g

5、t;<p>　　2.2輸入/輸出點地址分配5</p><p>　　2.3 主電路圖6</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設計7</p><p>　　3.1機械手的運行流程7</p><p>　　3.2機械手運行梯形圖8</p><p>　　3.3機械手運行指令表13</p>

6、<p>　　第四章 系統(tǒng)調試16</p><p>　　4.1使用設備16</p><p>　　4.2.調試過程16</p><p><b>　　設計總結17</b></p><p><b>　　參考文獻18</b></p><p><b>　　第

7、一章 概述</b></p><p>　　1.1機械手 PLC的應用和發(fā)展</p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，電氣控制領域取得了很大的發(fā)展，也得了越來越多的應用?？删幊炭刂破鳎≒LC）的應用使電氣控制技術發(fā)生了根本的變化。術的發(fā)展，電氣控制技術在各個領域，特別是在機電自動控制技術、數(shù)字技術和網(wǎng)絡通信技術發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。</p><p&

8、gt;　　PLC作為先進的、應用勢頭最強的工業(yè)控制器風靡全球，與CAD/CAM和工業(yè)機器人一起成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱。其功能從初期的主要替代繼電器、接觸器的簡單功能，發(fā)展到接近目前通用的計算機所具有的強大軟硬件功能。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產過程的機械化，自動化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產自動化的有

9、效的辦法；控制機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產自動化的重要辦法。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。，美國生產的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產，金屬加工生產批量中有四分之三有50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時間的5%。從這里看出，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生產的。</p><p

10、>　　自上世紀六十年代，機械手被實現(xiàn)為一種產品后，對它的開發(fā)應用也在不斷發(fā)展，最典型的發(fā)展是生產者將此產品大量應用于衛(wèi)生行業(yè)（全自動生化分析儀），從而實現(xiàn)了衛(wèi)生檢驗中急需短時間、大量樣品數(shù)據(jù)的要求，但在衛(wèi)生領域的機械手因采用樣品品單一酶試劑顯色法，且采用濾光片結構設計，造成試劑價格昂貴，限制了產品市場的發(fā)展。 隨著技術的進步，機械手的設計已經實破了單一試劑、加熱及濾光片的束縛。比如美國 OI 公司的產品，可針對單一項目，次序加 4

11、 種試劑，加熱溫度也提高到 50 ℃ ，檢測器則采用二極管陳列技術，這些進步為新領域的應用提供了強大支持。有專家估計未來10 年，全自動流動分析儀的市場份額中，將有 50 ％被全自動化學分析機械手取代。 通過了解上述兩類產品的技術特點我們不難看出，機械手具有微升級試劑消耗，不受模板束縛，分析中不同檢測項目可穿插完成，可完成研發(fā)性波長掃描優(yōu)化檢測條件，用戶可自行設計新的檢測項目，體積小，甚至可做現(xiàn)場快速分析等特點。 由此也不難看出，以前流

12、動分析中不適合的用戶群，如樣品檢測單一種類少而樣品量多的情況，為機械手的應用提供了可能性。對衛(wèi)生行業(yè)的快速分析中，也因新型機械手的設</p><p>　　PLC也被廣泛地在流程工業(yè)自動化系統(tǒng)中使用，一直到現(xiàn)在的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，PLC更是其中的主角，起應用面越來越廣.目前，世界上有200多廠家生產300多品種PLC產品，應用在汽車、糧食加工、化學/制藥、金屬/礦山、紙漿/造紙等行業(yè)。PLC的主要應用范圍通?？煞殖?/p>

13、以下幾種： </p><p>　　中小型電氣控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　制造業(yè)自動化。</b></p><p><b>　　運動控制。 </b></p><p><b>　　流程工業(yè)自動化。</b></p><p><b>　　1.

14、2 PLC選取</b></p><p>　　由于市場的需求和西門子PLC的廣泛應用所以我選取的是S7-200.我們對其進行簡要說明：</p><p>　　S7-200系列是一類可編程邏輯控制器（Micro PLC）。這一系列產品可以滿足多種多樣的自動化控制需要，下圖展示一臺S7-200 Micro PLC的 CPU22*系列PLC的CPU外型圖如圖2，具有緊湊的設計、良好的擴展

15、性、低廉的價格以及強大的指令，使得S7-200可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級使其在解決用戶的工業(yè)自動化問題時，具有很強的適應性。</p><p>　　S7-200 CPU模塊包括一個中央處理器單元（CPU）、電源以及數(shù)字量I/O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。</p><p>　　PLC模塊的選擇：采用CPU224的主機和輸出擴展模塊EM22

16、2簡要介紹對擴展模塊的選?。?lt;/p><p>　　S7-200PLC的I/O擴展模塊有：</p><p>　　1.輸入擴展模塊EM221: 共有3種產品，即8點和16點DC、8點AC。</p><p>　　2.輸出擴展模塊EM222：共有5種產品，即8點DC和4點DC、8點AC、8點繼電器和4點繼電器。</p><p>　　3.輸入/輸出混合

17、模塊EM223：共有6種產品。其中DC輸入/DC輸出的有3種，DC輸入/繼電器輸出的有三種，它們對應的輸入/輸出點數(shù)分別為4點、8點和16點。</p><p>　　4.模擬量輸入擴展模塊EM231。</p><p>　　5.模擬量輸出擴展模塊EM232。</p><p>　　6. 模擬量輸入/輸出擴展模塊EM235。</p><p>　　1.

18、3系統(tǒng)的整體設計分析</p><p>　　整個系統(tǒng)由操控面板來完成整個機械手的的操作，工件通過光電開光進行檢測。機械手的各個動作由汽缸驅動，而汽缸由相應的電磁閥控制。機械手的全部動作由PLC控制完成。</p><p><b>　　第二章 硬件設計</b></p><p>　　2.1機械結構和控制要求</p><p>　　

19、圖中為一個將工件由一處傳送到另一處的機械手，上升/下降和左移/右移的執(zhí)行用雙線圈二位電磁閥推動氣缸完成。當某個電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機械動作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。另外，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動作，線圈斷電時執(zhí)行放松動作。設備裝有上、下限位和左、右限位開關，它的工作過程如圖所示，有八個動作且運行方式分為

20、單步，單周期，連續(xù)三種模式。</p><p>　　2.2輸入/輸出點地址分配</p><p>　　輸入點： 輸出點：</p><p>　　啟動按鈕 SB1 I0.0 原始位開關 HL Q0.5</p><p>　　停止按鈕

21、SB2 I0.5 抓球電磁鐵 YV2 Q0.1</p><p>　　下限為開關 SQ1 I0.1 下行接觸器 YV1 Q0.0</p><p>　　上限位開關 SQ2 I0.2 上行接觸器 YV3 Q0.2</p><p>

22、　　右限位開關 SQ3 I0.3 右行接觸器 YV4 Q0.3</p><p>　　左限位開關 SQ4 I0.4 左行接觸器 YV5 Q0.4</p><p>　　2.PLC外圍接線圖如圖2-1:</p><p>　　圖2-1 PLC外圍接線圖</p>&l

23、t;p>　　YV1、YV2、YV3、YV4、YV5、HL分別接主機的輸出點Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5；SB1、SB2分別接主機的輸入點I0.0、I0.5；SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分別接主機的輸入點I0.1、I0.2、I0.3、I0.4。</p><p><b>　　2.3 主電路圖</b></p><p>　　圖2-2

24、三相異步電動機正反轉電路</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　3.1機械手的運行流程 </p><p><b>　　工作流程圖書3-1</b></p><p>　　3.2機械手運行梯形圖</p><p>　　3.3機械手運行指令表 </p><p&g

25、t;　　TITLE=程序注釋 </p><p>　　Network 1 </p><p>　　單周期循環(huán)控制 </p><p>　　LD I1.1 </p><p>　　O M0.0</p><p>　　AN

26、 I0.5</p><p>　　= M0.0</p><p>　　Network 2 </p><p>　　置位初始狀態(tài)S0.0</p><p>　　LD SM0.1</p><p>　　S S0.0, 1</p><p><b>　　Network 3

27、</b></p><p><b>　　初始狀態(tài)S0.0 </b></p><p>　　LSCR S0.0</p><p>　　Network 4 </p><p><b>　　原始位置指示燈</b></p><p>　　LD I0.2</p>

28、;<p>　　A I0.4</p><p>　　AN Q0.1</p><p>　　= Q0.5</p><p>　　Network 5 </p><p>　　按啟動按鈕，狀態(tài)轉移</p><p>　　LD I1.1</p><p>　　SCRT

29、 S0.1</p><p>　　Network 6 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 7 </p><p>　　LSCR S0.1</p><p><b>　　Network 8</b></p><

30、p><b>　　機械手下行 </b></p><p>　　LDN I0.1</p><p>　　= Q0.0</p><p>　　Network 9 </p><p><b>　　下行時狀態(tài)轉移</b></p><p>　　LD I0.1<

31、/p><p>　　SCRT S0.2</p><p>　　Network 10 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 11 </p><p>　　LSCR S0.2</p><p>　　Network 12 </p&g

32、t;<p><b>　　機械手抓球</b></p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　S Q0.1, 1</p><p>　　TON T37, 20</p><p>　　Network 13</p><p>　　抓球時間到狀態(tài)轉移時間</

33、p><p>　　LD T37</p><p>　　SCRT S0.3</p><p>　　Network 14 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 15 </p><p>　　LSCR S0.3</p>

34、<p>　　Network 16</p><p><b>　　機械手上行 </b></p><p>　　LDN I0.2</p><p>　　= Q0.2</p><p>　　Network 17 </p><p><b>　　上行狀態(tài)轉移</b>

35、;</p><p>　　LD I0.2</p><p>　　SCRT S0.4</p><p>　　Network 18 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 19 </p><p>　　LSCR S0.4<

36、;/p><p>　　Network 20 </p><p><b>　　機械手右行</b></p><p>　　LDN I0.3</p><p>　　= Q0.3</p><p>　　Network 21 </p><p><b>　　右行狀態(tài)轉移&l

37、t;/b></p><p>　　LD I0.3</p><p>　　SCRT S0.5</p><p>　　Network 22 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 23 </p><p><b>

38、　　機械手下行</b></p><p>　　LSCR S0.5</p><p>　　Network 24 </p><p><b>　　機械手下行轉移</b></p><p>　　LDN I0.1</p><p>　　= Q0.7</p><p&

39、gt;　　Network 25 </p><p>　　LD I0.1</p><p>　　SCRT S0.6</p><p>　　Network 26 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 27 </p><p>　

40、　LSCR S0.6</p><p>　　Network 28機械手放球 </p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　R Q0.1, 1</p><p>　　TON T38, 30</p><p>　　Network 29 </p><p><b

41、>　　放球時間到狀態(tài)轉移</b></p><p>　　LD T38</p><p>　　SCRT S0.7</p><p>　　Network 30 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 31 </p>&l

42、t;p>　　LSCR S0.7</p><p>　　Network 32 </p><p><b>　　放球后上行</b></p><p>　　LDN I0.2</p><p>　　= Q0.6</p><p>　　Network 33 </p><p

43、><b>　　上行后狀態(tài)轉移的</b></p><p>　　LD I0.2</p><p>　　SCRT S1.0</p><p>　　Network 34 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 35 </

44、p><p>　　LSCR S1.0</p><p>　　Network 36 </p><p><b>　　機械手左移</b></p><p>　　LDN I0.4</p><p>　　= Q0.4</p><p>　　Network 37</p>

45、;<p>　　左移后，單周期移到S0.0</p><p><b>　　循環(huán)轉移到S0.1</b></p><p>　　LD I0.4</p><p><b>　　LPS</b></p><p>　　A M0.0</p><p>　　SCRT

46、 S0.1</p><p><b>　　LPP</b></p><p>　　AN M0.0</p><p>　　SCRT S0.0</p><p>　　Network 38 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>&

47、lt;b>　　第四章 系統(tǒng)調試</b></p><p><b>　　4.1使用設備</b></p><p>　　在調試中使用的是中國.啟動新科教電子儀器公司所生產的XK-TPLC C型可編程PLC控制儀。主機用的CPU226，還用了EM223和EM235兩個擴展模塊。</p><p><b>　　4.2.調試過程&

48、lt;/b></p><p>　　首先用電腦在STEP-7-Micro/WIN編程軟件中將編輯的梯形圖寫入軟件中，然后點擊運行并對其指出的錯誤進行修改，修改完最終運行無誤后將其下載到可編程控制儀器中；其次按照設計的要求接好線，確定無誤后按下啟動按鈕。啟動后發(fā)現(xiàn)上行、下行、左行、右行燈均同時亮且一直亮著，這樣就不符合設計中八個動作依次有序進行操作的要求，務必對其進行修正。在這種情況下我采取了以下方案：<

49、/p><p>　　方案一：在沒有確定設備是否曾在問題的情況下，首先我們對設備進行了檢測，發(fā)現(xiàn)不曾在任何問題，在這種情況下我選擇了再一次用先前的步驟來完成整個過程以確定初次的接線過程是否有誤，結果發(fā)現(xiàn)運行的結果和先前一樣出現(xiàn)燈均亮。這樣方案一就以失敗告終。 </p><p>　　

50、方案二：通過對程序的再三檢查后，發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)語法上的錯誤。會不會是運行的速度太快而出現(xiàn)一個周期接一個周期的快速運行呢？在帶著這個問題的情況下把程序的每個動作網(wǎng)絡多家了一個stop指令加以驗證，然后將程序寫入STEP-7-Micro/WIN編程軟件中運行，運行結果顯示沒有錯誤；再下載到可編程控制儀后接好線按下啟動按鈕，發(fā)現(xiàn)指示燈會按照設計動作的要求依次亮起而且程序也能按照設計的要求完成指定的單周期和多周期操作。這樣利用方案二就完成了整個實

51、驗的調試。</p><p><b>　　設計總結</b></p><p>　　通過這次機械手設計讓我知道了現(xiàn)代企業(yè)在完成自動化控制中離不開PLC的控制，它可以使企業(yè)在生產的同時減少勞動力和生產成本。目前我國很多地區(qū)的企業(yè)整個生產設備還比較落后且大部分工序都是通過人工來完成的，而機械手成本比較低且操作簡單很適合中小企業(yè)的發(fā)展要求。但隨著科技不斷進步我相信多功能復雜的機械

52、手將會在不久的將來出現(xiàn)，所以在今后的學習和生活中我們還要不段的學習和創(chuàng)新，只有這樣才能設計出更符合現(xiàn)代社會所需求的產品。以下是我對其在未來發(fā)展方向及展望：</p><p>　　首先，我要鄭重地感謝XX老師。自我因個人興趣而選擇本論文主題開始，老師便給予充分的理解和支持，就論文的立意選材、謀篇布局做了必不可少的指導?？傊诶蠋熀屯瑢W的幫助下，使我能夠成功的完成這次設計并對電氣控制與PLC應用這門課有了更深入的了解