基于三菱plc的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于三菱PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要 機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)工藝中采用繼電器控制時(shí)，需要的繼電器多，接線復(fù)雜，因 此故障多，維修困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，不僅加大了成本，而且影響設(shè)備的工效。本文介紹了用日本三菱公司生產(chǎn)的F1／F2 系列可編程控制器，根據(jù)機(jī)械手的運(yùn)動規(guī)律：左／右、上／下、夾／松等進(jìn)行軟件編程。實(shí)現(xiàn)了手動操作，即：用按鈕操 作，對機(jī)械手的每一

2、種運(yùn)動單獨(dú)進(jìn)行控制；自動操作包括單步、單周期和連續(xù)操作。另外，對右工作臺有工件的特殊情況進(jìn)行了處理。采用梯形控制直觀易懂，為電氣人員所熟悉；采用PLC控制使接線簡化，安裝方便，而且保證 運(yùn)行的可靠性，減少維修量，提高了工效</p><p>　　關(guān)鍵詞 機(jī)械手 軟件編程 PLC 自動操作 梯形控制</p><p><b>　　目 錄</b></p>

3、<p>　　引 言…………………………………………………………………………….….1</p><p>　　第一章 PLC的技術(shù)簡述…………………………………………………… .........2</p><p>　　1.1 PLC的定義…………………………………………………………. .…....2</p><p>　　1.2 PLC的特點(diǎn) ………

4、…………………………………………………...3</p><p>　　1.3 PLC的一般結(jié)構(gòu)…………………………………………………………...3</p><p>　　1.4 PLC的基本工作原理…………………………………………….………..4</p><p>　　第二章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制要求 ………………………………… ……...….6</p>

5、<p>　　2.1 工作對象的介紹……………………………………………………… …..6</p><p>　　2.2 工作原理… ………………………………………………… …………….6</p><p>　　2.3 設(shè)備控制要求 …………………………………………………………….7</p><p>　　第三章 機(jī)械手的I/O分配表及控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)……………

6、………………9</p><p>　　3.1 機(jī)械手的I/O分配表………………………………………………………9</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)………………………………………… ………….10</p><p>　　結(jié)論……………………………………………………………………………….….16</p><p>　　致謝………………………

7、……………………………………………………….….17</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………….….18</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　在生產(chǎn)中廣泛存在著很多不能直接由人手完成的工作，尤其是搬運(yùn)笨重物體或在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣和放射性等惡劣的環(huán)

8、境下工作。人工在這樣環(huán)境下生產(chǎn)，不僅效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競爭能力差，而且還會危及人的生命安全。針對上述問題，本課題利用PLC技術(shù)，結(jié)合氣動技術(shù)、位置控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一種安全高效的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)，來代替人進(jìn)行正常工作，大大提高生產(chǎn)的機(jī)械化水平和勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。</p><p>　　本系統(tǒng)利用各種檢測裝置進(jìn)行位置檢測，再通過PLC做出相應(yīng)的控制，來模擬人手的部分動作，按給定的順序、軌跡

9、和要求實(shí)現(xiàn)自動搬運(yùn)、抓舉等操作?？梢詮V泛應(yīng)用于汽車、交通、運(yùn)輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)。本系統(tǒng)由于采用的是PLC作為主控制器，比起其他控制器更易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，也更適合在工業(yè)等惡劣環(huán)境下工作。本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性和廣泛的應(yīng)用范圍。它操作簡單，具有良好的擴(kuò)展性和可靠性。PLC軟件編程簡單，易于修改，只要通過修改相應(yīng)軟件程序，就實(shí)現(xiàn)更多更強(qiáng)的功能。因此在生產(chǎn)實(shí)際中具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上

10、裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。</p><p><b>　　PLC技術(shù)簡述</b></p><p>　　可編程控制器(Programmable Controller),簡稱PLC或PC。它是20世紀(jì)70年代以來，在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來

11、的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于它具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，國外已廣泛應(yīng)用于自動化控制的各個領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)生自動化的支柱產(chǎn)品。近年來，國內(nèi)在PLC技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面的發(fā)展很快，除許多從國外引進(jìn)的設(shè)備、自動化生產(chǎn)線，國產(chǎn)的機(jī)床設(shè)備已越來越快地采用PLC控制系統(tǒng)取代的繼電接觸控制系統(tǒng)。國產(chǎn)化的小型PLC性能也基本達(dá)到國外同類產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　1.1

12、 PLC的定義</p><p>　　PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)學(xué)式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。可編程序控制及其有關(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。其強(qiáng)調(diào)了可編程序控制器直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力

13、，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍，是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個重要特征。并應(yīng)該強(qiáng)調(diào)指出可編程序控制器與以往所講的鼓式、機(jī)械式的順序控制器以及繼電器式的程序控制器在“可編程”方面有著質(zhì)的區(qū)別，后者式通過硬件或硬接線的變更來改變程序，而PLC引入了微處理半導(dǎo)體存儲器等新一代的微電子器件，并用規(guī)定的指令進(jìn)行編程，能靈活地修改，即用軟件方式實(shí)現(xiàn)“可編程”的目的。</p><p>　　1.2 PLC的特點(diǎn)</p>

14、<p>　　PLC出現(xiàn)后就受到普遍重視，其應(yīng)用發(fā)展也十分迅速，原因在于與現(xiàn)有的各種控制方式相比，它有一系列受用戶歡迎的特點(diǎn)：</p><p>　　1．可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 在惡劣的工業(yè)環(huán)境下工業(yè)產(chǎn)生對控制設(shè)備的可靠性提出很高的要求。</p><p>　　2．編程簡單，易于掌握。</p><p>　　3．組合靈活使用方便。</p><

15、;p>　　4．功能強(qiáng)，通用性好。</p><p>　　5．開發(fā)周期短，成功率高。</p><p>　　1.3 PLC的一般結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)PLC實(shí)施控制的基本點(diǎn)分析，PLC采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要由CPU、RAM、ROM和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路組成。</p><p>　　1．中央處理器（CPU）一般由控制電路、運(yùn)

16、算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一芯片上。CPU的主要功能是：從存儲器中讀取指令、執(zhí)行指令、準(zhǔn)備取下一條指令、處理中斷。</p><p><b>　　2．存儲器</b></p><p>　　存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。在PLC中使用的兩種類型存儲器為RAM和ROM。</p><p>

17、;<b>　　3．電源部件</b></p><p>　　電源部件將交流電源轉(zhuǎn)換成供PLC的中央處理器、存儲器等電子電路工作所需要的直流電源，使PLC能正常工作，PLC內(nèi)部電源是整體的能源供給中心，它的好壞直接影響PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。</p><p><b>　　4．輸入、輸出部分</b></p&

18、gt;<p>　　這是PLC與被控設(shè)備相連的接口電路。通過輸入接口電路將信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、電動機(jī)等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。</p><p>　　現(xiàn)場輸入接口電路一般由光電耦合電路和微電腦輸入接口電路組成。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成。</p>&l

19、t;p>　　1.4 PLC的基本工作原理</p><p>　　PLC雖具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，而PLC則采用循環(huán)掃描方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放。其整個剛才分為五個階段：</p><p>　　1．每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。</p><p>　　2．PLC檢查是否與編程

20、器和計(jì)算機(jī)的通信請求，若有則進(jìn)行相應(yīng)的處理。</p><p>　　3．PLC的中央處理器對各個輸入進(jìn)行掃描。</p><p>　　4．中央處理器CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行。</p><p>　　5．當(dāng)所有的指令執(zhí)行完畢時(shí)，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所您接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備，這就是輸出刷新階段。</p><

21、p>　　第二章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制要求</p><p>　　2.1工作對象的介紹</p><p>　　目前氣動控制技術(shù)在工業(yè)控制中用得越來越普遍。氣動機(jī)械手的任務(wù)大多數(shù)是搬運(yùn)物品或器件時(shí)快速、準(zhǔn)確。例如將傳送帶A上的物品搬至傳送帶B上，工作示意圖如圖12.11所示。</p><p><b>　　2.2工作原理</b></p>

22、;<p>　　氣動機(jī)械手搬運(yùn)物品工作示意圖12.10所示。傳送帶A為步進(jìn)式傳送，每當(dāng)機(jī)械手從傳送帶A上取走一個物品時(shí)，該傳送帶向前步進(jìn)一段距離，將使機(jī)械手在下一個工作循環(huán)取走物品。</p><p>　　圖12.11中傳送帶A、B分別由電動機(jī)M1、M2驅(qū)動，機(jī)械手的回轉(zhuǎn)運(yùn)動由氣動閥Y1、Y2控制，機(jī)械手的上、下運(yùn)動由氣動閥Y3、Y4控制，機(jī)械手的夾緊與放松由氣動閥Y5控制。有關(guān)到位信號分別是：右旋到位

23、行程開關(guān)（狀態(tài)開關(guān)）為SQ1，左旋到位行程開關(guān)為SQ2，手臂上升到位行程開關(guān)為SQ3，下降到位行程開關(guān)為SQ4。 </p><p><b>　　2.3設(shè)備控制要求</b></p><p>　　用PLC控制后，氣動機(jī)械手的動作要求如下：</p><p>　　機(jī)械手在原始位置時(shí)（右旋到位）SQ1動作，按下啟動按鈕，機(jī)械手爪松開，傳送帶B開始運(yùn)動，機(jī)

24、械手手臂開始上升。</p><p>　　機(jī)械手上升到上限位置，狀態(tài)開關(guān)SQ3動作，上升動作結(jié)束，機(jī)械手開始左旋。</p><p>　　機(jī)械手左旋到左限位置，狀態(tài)開關(guān)SQ2動作，左旋動作結(jié)束，機(jī)械手開始下降。</p><p>　　機(jī)械手下降到下限位置，狀態(tài)開關(guān)SQ4動作，下降動作結(jié)束，傳送帶A啟動。</p><p>　　傳送帶A向機(jī)械手向前進(jìn)一

25、個物品的距離后停止，機(jī)械手開始抓物。</p><p>　　機(jī)械手抓物，延時(shí)1S左右時(shí)間，機(jī)械手開始上升。</p><p>　　機(jī)械手上升到上限位置，狀態(tài)開關(guān)SQ3動作，上升動作結(jié)束，機(jī)械手開始右旋。</p><p>　　機(jī)械手右旋到右限位置，狀態(tài)開關(guān)SQ1動作，右旋動作結(jié)束，機(jī)械手開始下降。</p><p>　　機(jī)械手下降到下限位置，狀態(tài)開關(guān)

26、SQ4動作，機(jī)械手松開，放下物品。</p><p>　　機(jī)械手放下物品經(jīng)過適當(dāng)延時(shí)，一個工作循環(huán)過程完畢。</p><p>　　機(jī)械手的工作方式為：單步/循環(huán)。</p><p>　　第三章 機(jī)械手的I/O分配表及控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1機(jī)械手的I/O分配表</p><p>　　1）輸入/輸出地址

27、表</p><p>　　根據(jù)氣動機(jī)械手的控制要求，PLC的輸入、輸出地址表如表12.1所示。</p><p><b>　　表12.1</b></p><p>　　2）I/O電氣接口圖</p><p>　　氣動機(jī)械手的PLC I/O電氣接口圖如圖12.12所示。SQ1～SQ4 4個磁性開關(guān)、開關(guān)0～5分別接PLC的X0～X

28、7、X10、X11 10個輸入，輸出Y1～Y5分別接電磁閥的YV1～YV5。</p><p>　　PLC選用FX系列任一型號PLC均可以。氣動控制回路使用時(shí)注意如下幾點(diǎn)：</p><p>　　先將氣泵啟動，待壓力到整定值后，可以分別在氣閥的兩頭加上24V電壓，觀察上、下氣缸、機(jī)械手爪氣缸及回旋氣缸動作正確與否，如不正確，說明氣閥或氣缸有問題。</p><p>　　各

29、部分沒有問題，按接口電路圖連線，并檢查接線正確與否。</p><p>　　輸入程序，檢查無誤后，開啟24V電源運(yùn)行。</p><p>　　3.2控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　氣動機(jī)械手的參考程序如圖12.13所示。由于機(jī)械手的動作過程是順序動作，每一步工藝均是在前一步動作完成的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行下一步的操作，所以控制程序采用了步進(jìn)順控指令方法編程。此外，氣動機(jī)

30、械手的啟動必須在原位狀態(tài)下才能啟動，故必須使Y3、Y1、Y4先斷電，使氣缸均回到原點(diǎn)狀態(tài)。程序中使用了RST Y1、RST Y3、RST Y4等指令使Y1、Y3、Y4復(fù)位。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　實(shí)踐證明，利用十分成熟的PLC技術(shù)和變頻器調(diào)速技術(shù)以及十分成熟先進(jìn)的機(jī)械傳動構(gòu)件，采用積木式架構(gòu)，應(yīng)用工程師就可以迅速地為企業(yè)設(shè)計(jì)

31、制造出生產(chǎn)急需的機(jī)電一體化設(shè)備。成為在設(shè)備改造、升級，提高產(chǎn)品質(zhì)量，參與市場競爭的有力武器?；赑LC控制的物料搬運(yùn)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)物料的自動循環(huán)搬運(yùn)。此系統(tǒng)既可以使用夾手夾持物料，又可以使用真空吸盤吸附物料，具有多種用途功能；氣動系統(tǒng)的電磁換向閥采用匯流板集裝，減少了占用空間，完成物料的搬運(yùn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1. 鐘肇

32、新.《可編程序控制器原理及應(yīng)用》.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002年.</p><p>　　2. 章文浩.《可編程控制器原理及實(shí)驗(yàn)》.北京：國防工業(yè)出版社，2003年.</p><p>　　3. 陳宇.段鑫.《可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧》.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002年</p><p>　　4. 常曉玲.《電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，

33、2004年</p><p>　　5. 李乃夫.《可編程控制器原理、應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)》.北京：中國輕工業(yè)出版社，2003年</p><p>　　6. 鐘肇新.彭侃.《可編程控制器原理與應(yīng)用》.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2004年</p><p>　　7. 張建民.《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.北京：高等教育出版社，2001年</p><p>　　8. 張兵