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安徽工程科技学院毕业设计（论文）-1-基于PLC的传送带机械手控制系统设计摘要工业机械手传送带系统是流水线自动化生产的重要组成部分，它完成了物件的运送、抓取、转移等功能是大规模集成控制系统的基础工作单元。在以前的控制系统中，大多数是用继电器做为开关量控制，自动化程度低，效率损耗较大，已经不能适应目前的生产需要。该控制系统采用可编程控制器为核心，通过对信号的采集、处理、输出一系列的集中控制，使生产更安全稳定高效。设计中完成了硬件和软件的设计。实现了传感器、变频器、机械手等硬件的调配控制，实现传送带自动减速，机械手抓放等功能。PLC作为控制核心的使用比原有的系统控制性更强，应变更灵活，操作更简单，使系统拥有可靠性高，稳定性好、抗干扰能力强，维护方便等众多优点，为安全高效的工业生产提供了更好的硬件环境。关键词：机械手传送带；PLC；继电器；自动控制；袁学超：基于PLC的传送带机械手控制系统的设计-2-THEDESIGNOFPLC-basedCONTROLCONVEYORMANIPULATORSYSTEMAbstractIndustrialmanipulatorconveyorbeltassemblylineautomationsystemisanimportantproductioncomponent,whichcompletedthedeliveryoftheitems,crawls,transferfunctionisalarge-scaleintegratedcontrolsystembasedontheworkunit.Inpreviouscontrolsystem,themajorityisusedasarelayswitchcontrol,alowerdegreeofautomation,greaterefficiencyloss,cannotmeetcurrentproductionneeds.Thecontrolsystemusesaprogrammablecontrollerasthecore,thesignalacquisition,processing,theoutputofaseriesofcentralizedcontrol,maketheproductionmoreefficientsecurityandstability.Completedthedesignofthehardwareandsoftwaredesign.Implementationofsensors,converters,andotherhardwaremanipulatorcontrolofthedeploymentandachieveconveyorbrakeautomatically.Mechanicalupgraspingfunctions.PLCasthecontrolovertheuseofthecoreoftheoriginalcontrolsystemstronger,thechangeshouldbeflexible,operatemoresimple,thesystemhashighreliability,stability,anti-jammingcapabilityandconvenientmaintenanceandmanyotheradvantages,safeandefficientindustrialproductionprovidedabetterhardwareenvironment.Keywords:ManipulatorconveyorbeltPLCRelayAutomaticControl安徽工程科技学院毕业设计（论文）-3-引言自改革开放以来，我国的工业化以非常快的速度在发展着，工业自动化的趋势也是越来越明显，并逐渐取代着原来的大量人工劳动力的生产方式。而在高自动化的流水线上，机械手传送带工作单元可以说是用的最广泛的一种控制技术。现在，随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，工业机械手传送带工作单元的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、板手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视，同时也要求供料机构更加灵活、柔性化。对机械手的控制系统提出了更高的要求，原来的继电器控制方式已经逐渐不能满足生产的需要。可编程控制器（PLC）控制性更强，应变更灵活，操作更简单，已经逐渐取代继电器控制系统成为新的控制方式。可编程控制器（简称PLC）由于其将系统的继电器技术，计算机技术和通信技术融为一体，以其可靠性高，稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯灵活等众多优点，广泛应用于工业生产过程和装置的自动控制中。PLC不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成定时、计算和各种闭环控制功能。设置性能完善、质量可靠、技术先进的可编程控制器PLC控制皮带运输系统，可以实现高自动化的传送带机的集中控制（包括遥控）及保护。而对于基于PLC的机械手传送带的研究和设计正是目前工业生产中所需要的。袁学超：基于PLC的传送带机械手控制系统的设计-4-绪论工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。随着工业自动化的发展,出现了数控加工中心,它在减轻工人的劳动强度的同时,大大提高了劳动生产率。但数控加工中常见的上下料工序,通常仍采用人工操作或传统继电器控制的半自动化装置。前者费时费工、效率低;后者因设计复杂,需较多继电器,接线繁杂,易受车体振动干扰,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。可编程序控制器PLC控制的上下料机械手控制系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力,保证了系统运行的可靠性,降低了维修率,提高了工作效率。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。安徽工程科技学院毕业设计（论文）-5-机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。在现今的中国，塑料制品行业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本土塑料加工厂也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交带来的挑战。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、板手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视，同时也要求供料机构更加灵活、柔性化。对机械手的控制系统提出了更高的要求，原来的继电器控制方式已经逐渐不能满足生产的需要。可编程控制器（PLC）控制性更强，应变更灵活，操作更简单，已经逐渐取代继电器控制系统成为新的控制方式。本次设计正是基于PLC控制系统，控制一个机械手传送带工作单元的设计。对于生产流水线的组成及自动化的基础建设有着重要的意义。第1章总体方案设计1.1课题介绍本次设计是基于PLC的传送带机械手控制系统。在这个系统中，有两条传送带。当物件F放置在甲传送带上，传送到快要接近机械手的时候时，在实现自动减速并前停止在机械手的正下方。机械手自动降下,对准物体，抓起物件移至乙传动带上方放下物件，物件F由乙传送带运走，并在需要的时候自动减速、停止。在机械手抓起物件后，甲传送带继续运行并且将下一个物件运至机械手的正下方。机械手放下物件在乙传送带后自动返回原位抓起下一个物件。如图1－1：袁学超：基于PLC的传送带机械手控制系统的设计-6-图1－11.2方案设计及工艺参数1.2.1方案设计为了实现既定目标主要是要解决3个问题：传送带物件自动减速停止的实现；机械手自动抓取放置返回的实现；传送带、机械手再启动的条件。其整体结构入如下（图1-2）：传送带物件自动停止的实现主要是采取光传感器的使用，在传感器检测到物件后，发送信息给PLC，由PLC通过变频器控制电机实现传送带的减速、停止功能。机械手移动抓取是通过PLC控制电磁阀对汽缸进行充气来控制机械手的上下左右移动，并使用PLC的定时功能实现抓放功能。传送带、机械手的自动启动停止是PLC直接控制。传送带甲传送带乙抓放F安徽工程科技学院毕业设计（论文）-7-图1-2整体结构框图这里采用的是FX2N系列的PLC，因为整个系统的工作流程是一环环相套的。都是由前一个状态触发后一个状态，所以这里采用的是步进控制系统，传感器、机械手的限位作为输入信号，控制信号作为输出信号。在整体的设计构思中，全部以工业实际应用的效果为出发点，所以要低成本，高效率、高安全性和稳定性。同时考虑到这种传送带机械手工作单元是流水线上使用较多的基础单元，所以在传感器的选取、机械手的控制方式上采用了较常见和简单的设计。这样可以让使用范围更宽阔。如果有更为精确的需要，只要将其中的一些部件按照精度要求更换即可。1.2.2工艺参数电动机：功率为1KW最大转速为900转/分钟传送带宽度：1M传感器有效范围1.5M变频器PLC传感器电磁阀汽缸机械手传送带变频器袁学超：基于PLC的传送带机械手控制系统的设计-8-1.3系统架构及工作流程图根据此次设计所要实现的目标，可以将整个工作单元分成三个运行系统：1、传送带传动调速系统；2、物件搬运系统；3、各部分硬件的自动控制系统。其中，自动控制系统又可以称为中央控制系统，由一个中央处理器（这里使用可编程控制器即PLC）为主控单元，接受从信号采集器件即传感器处采集来的信号，经过处理发送给各部分硬件执行相应的操作。从而实现传动系统的调速功能和机械手的搬运动作等。具体系统工作流程图如下：（图1-3）安徽工程科技学院毕业设计（论文）-9-图1-3工作流程图第二章传送带传动及调速系统的设计传送带传动及调速系统是实现将物件传送至相应位置并在需要的时候能实现自动减速、停止功能的系统。由电动机，信号采集器，调速控制器、传送带4个部件构成。电动机提供传送带传送的源动力，信号采集器采用光传感器进行信号采集，调速控制器物品F被放置甲带减速甲带停止机械手完成对物件的对准、前身、夹紧步骤抓取物件通过翻转移动物体至乙带上方放下物件启动乙带乙带减速乙带停止传感器A1传感器A2传感器B1传感器B2机械手返回原位启动A带检测乙带是否停止袁学超：基于PLC的传送带机械手控制系统的设计-10-采用变频器调速方式。在指定的位置安装光传感器后，物件传送到相应位置被传感器检测到后，由传感器将此信息传送给中央处理器件----PLC，再由PLC发出指令给变频器，由变频器控制电机的转速达到实现传送带减速、停止的功能。下面详细介绍各个部件的工作方式及选取。2.1电动机的介绍及选用交流电动机诞生于19世纪末,由于它具有控制方便、适应性强、维护便利等一系列优点，所以很快成为工业社会的重要核心，是传动系统中的主力。同时根据不同生产过程的需要，孕育了各种各样的电动机调速装置和技术，并逐步得到打发展。2.1.1电动机选用及运行参数本次设计的设定，电动机采用的是三相异步电动机，需求功率为1KW，转速为900转/分钟。所以选择YP2-100L-6型电动机其主要参数如下：型号YP2-100L-6额定功率（KW）1.1额定电流（A）3.0额定转矩（N.M）11.2额定转速（r/min）910最大转矩/额定转矩2.2转动惯量（kg/m2）0.0069重量（kg）272.1.2电力拖动系统及变频调速电动机是电力拖动系统中的原动机,它将电能转化为机械能,去拖动各种类型生产机械的工作机构运动,以实现各种生产工艺的要求,如驱动轧钢机的轧锟,起重机的提升机包括本次设计所