机械手PLC控制系统设计

毕业设计题目：机械手PLC控制系统设计河南工业职业技术学院2摘要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，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。PLC机械手设计主要是依靠限位开关和电磁阀的控制及推动来实现的。机械手的所有动作均采用电控制、气压驱动。它的上升/下降、左移/右移和左旋转/右旋转均采用双线圈双位电磁阀推动气压缸完成。机械手的动作转换依靠限位开关来控制并且按照一定的顺序动作。在机械手运动的过程中会安装检测灯来检测其运动的启停。本设计所用机械部件有模拟机械手爪，电气方面有可编程控制器（PLC）、开关电源、电磁阀、等部件。按钮发出两路脉冲到机械手驱动，控制它的前后移动由气动阀Y4控制，左右移动由气动阀Y5控制，左右旋转由气动阀Y6控制，夹紧和放松由气动阀Y7控制，另外还有启动和停止两个按钮。机械手自动完成全部动作。【关键词】:电磁阀限位开关继电器机械手河南工业职业技术学院3Abstractintheindustrialproductionandotherfields,becausethejobneeds,peopleareoftenunderthethreatofhightemperature,corrosiveandtoxicgasesandotherfactors,theincreaseinlaborintensity,andevenlife-threatening.Sincetheadventofmechanicalhand,besmoothlydoneoreasilysolvedthecorrespondingproblems.Inspacemanipulatorcanbecaught,putandcarryobjects,flexible,applicabletosmallbatchproduction,productionvarietiescanbeswitched,widelyusedinflexibleautomaticline.PLCdesignmanipulatormainlyrelyonthelimitswitchandthesolenoidvalvecontrolandpromotethem.Therobotmovesareallusedelectricalcontrol,pneumaticdrive.It'sup/down,left/rightshiftandrotateleft/rightrotationusingadoubledoublecoilsolenoidvalvetopromotethecompletionofthecylinderpressure.Themechanicalhandmovementsdependontheconversionlimitswitchestocontroltheorderandinaccordancewithacertainaction.Intherobot'smovementintheprocessofdetectionlightswillbeinstalledtodetectmovementofitsstartandstop.Thedesignofthemechanicalcomponentsareusedinsimulationofmechanicalhand,thereareelectricprogrammablelogiccontroller(PLC),switchingpowersupply,electromagneticvalve,etc..Atwobuttondriveimpulsetotherobot,itscontrolbeforeandaftermovingfromY4pneumaticvalvecontrol,movearoundbytheY5pneumaticvalvecontrol,leftandrightrotationbytheY6pneumaticvalvecontrol,clampingandrelaxbytheY7pneumaticvalvecontrol,inadditiontostartandstopthetwobutton.Automaticcompletionofalltheactionofmanipulator.[keyword]:solenoidvalve,limitswitchrelaymanipulator河南工业职业技术学院4第1章绪论1.1PLC的发展及其应用PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数核和算术运算等操作的指令，并能通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。相对一般意义上的计算机，可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。它实质上是经过一次开发的工业控制用计算机。它在很大程度上使得工业自动化设计从专业设计院走进了工厂和矿山，变成了普通工程技术人员力所能及的工作。再加上它体积小、可靠性高、抗干扰能力强等优点，PLC已在工业控制中获得了广泛的应用。比较以前的继电接触器或普通计算机，PLC具有它的很多优点，如：可靠性高，抗干扰能力强，体积小，重量轻，能耗低，功能完善，易学易用，系统设计、施工、调试周期短等。目前PLC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。PLC诞生不久即显示了其在工业控制中的重要地位，如日本、德国、法国等国家相继研制成各自的PLC。PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的1位机迅速发展为8位机。随着微处理器CPU和微型计算机技术在PLC中的应用，形成了现代意义上的PLC。现在的PLC产品已使用了16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通信技术PLC的应用得到进一步发展。权威人士预计，21世纪，可编程控制器会有更大的发展，从技术上来看，计算机技术的新成果会更多的应用于可编程控制器的设计及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现。从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展。从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐备。完美的人机界面、完备通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而河南工业职业技术学院5打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言。这是有利于可编程技术的发展及可编程产品普及的。1.2机械手的发展史机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1毫米。联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半是进口。目前，工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠工人进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。河南工业职业技术学院6第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，是机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。1.3机械手前景展望机械手目前多数应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按事先制订的程序完成操作，但普通不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，将引起零件甚至机械手本身的损坏。为此，机械手发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手，设它拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化作相应的变更，如位置发生稍些偏差时即能更正，并自行检测。重点是研究视觉功能，将机械手和柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前的机械制造系统的人工操作状态。1.4机械手的分类及组成机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。1执行机构：包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。2驱动系统：机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。3控制系统：有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们河南工业职业技术学院7给与机械手的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。4位置检测装置：控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的进度达到设定位置。1.5课题的选题背景和意义伴随着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。因此机械手就在这样诞生了,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。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。当今社会，科学技术飞速发展，人类活动给世界带来了巨大的改变。在科技进步的同时，以各种控制器控制的不同类型的机械手以其突出的性能越来越多的被人们所应用。机械手在不同的作业场合，尤其是在特殊的环境背景下，为人类活动的顺利快速进行带来了极大的方便和益处，尤为明显的是在工业及军事领域内。工业中大量的生产活动，存在着很多不便于人类操纵的环节，特别是在工作环境较危险的情况下，如果使用具有远程控制功能的机械手，则可以增加系统的安全性，大大的节约损耗，提高效率。可见，在自动化、工业化进程中，在特殊背景环境中使用机械手已成为一种必然的趋势。现代工业控制