毕业设计(论文)基于PLC控制的机械手设计.doc
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1、毕业设计课题名称: PLC 控制的机械手设计 学生姓名: 指导教师: 专 业: 摘 要可编程控制器是一种以微处理器为核心的工业控制装置。它采用了可编程序的存储器,可以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时器、计数器和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入输出,控制各种类型的设备或生产过程。可编程控制器结构简单、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长,在汽车、钢铁、航空航天、船舶、化工、纺织、食品、造纸、军工等工业领域获得了广泛的应用。机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象,机械手可以完成很多工作,如搬运物品、装配工件、切割、喷染等,应用PLC控制机械手实现各种规
2、定的工序动作,可以简化控制线路,节省成本,提高生产效率。为了使动作操作更加准确,加入一些检测元件,更加完善的应用于各各领域。关键词: PLC,机械手,CPABSTRACTProgrammable controller is a microprocessor as the core of the industrial control device. It USES the programmable memory, can be in its internal storage to perform the logic operation, sequence control, timer, coun
3、ter and arithmetic operation instruction, and through the digital and analog input and output, the control various types of equipment or the production process. Programmable controller simple structure, convenient operation, high reliability, general flexible, small volume, long service life, in car
4、, steel, aerospace, ship, chemical, textile, food, paper making, war industry and so on field has been widely used. Manipulator is in the field of industrial automatic control often met in a control object, robots can do many work, such as carrying things, assembly workpiece, cut, and dyed jet, PLC
5、control realization of different provisions of the manipulator process can be simplified control circuit, action, to save costs, improve the production efficiency. In order to make more accurate, join operation action some test components, more perfect used in each field. Keywords: PLC manipulator C
6、PUKEY WORDS目 录摘 要IABSTRACTII前 言1第一章 PLC概述21.1 PLC简介21.1.1PLC的由来与发展21.1.2 PLC的特点及用途31.1.3 PLC的主要技术指5第二章 机械手制作与分析72.1机械结构72.2工艺过程82.3控制要求10第三章 PLC部分设计133.1分配输入输出设备133.1.1 PLC选型及I/O接线图133.1.2 继电器分配153.2确定PLC的输入输出设备153.3 设计PLC程序画出梯形图163.3.1整体设计163.3.2 手动控制程序与自动控制程序17结 论21参考文献22致 谢23摘要可编程控制器简称PLC,它具备了模拟量
7、控制、过程控制以及远程通信等强大功能,有近30年的历史,发展极为迅速。PLC是一种专门为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,在其内部执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,它以接入式CPU为核心,通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备,是很容易与工业控制系统形成一个整体的。 机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象,机械手可以完成很多工作,如搬运物品、装配工件、切割、喷染等,应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作,可以简化控制线路,节省成本,提高生产效率。为了使动作操作更加准确
8、,加入一些检测元件,更加完善的应用于各各领域。第一章 PLC概述1.1 PLC简介可编程控制器简称PLC,它具备了模拟量控制、过程控制以及远程通信等强大功能,有近30年的历史,发展极为迅速。PLC是一种专门为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,在其内部执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,它以接入式CPU为核心,通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备,是很容易与工业控制系统形成一个整体的。 可编程控制器是一种工业现场用计算机。它是为工业环境下应用而设计的,工业环境一般办公环境有较大的区别
9、。由于PLC的特殊构造,使它能在高粉尘、高噪音、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。可编程控制器是一种通用的工业控制计算机。它的程序是可以控制不同的对象。具有更大的灵活性, 再加上体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善,适应性强,安装接线简单等众多优点,它可以方便地应用在各种场合。可编程控制器在短短的30年中获得了突飞猛进的发展,在工业控制领域获得了非常广泛的应用。1.1.1 PLC的由来与发展世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司研制的。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。
10、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。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
11、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。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、汽车、轻工业等领域的应
12、用都的到了长足的发展。1.1.2 PLC的特点及用途(1)PLC的主要特点a、可靠性高、抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备非常关键的性能。PLC由于采用大规模集成电路技术、严格的生产工艺,内部电路采取了输入输出信号的光电隔离、滤波、电源的屏蔽、稳压和保护、故障诊断等先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性,它能在高粉尘、高噪音、强电磁干扰和温暖变化剧烈的环境下正常工作。PLC的平均无故障时间可高达510万小时以上。从PLC的机外电路来说,PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障率也就大大降低。b、功能完善、应用领域广 到现在为止PLC已经
13、形成各种规模、系列化的产品。可以用于各种规模的工业控制场合,并能完成决大多数的工业控制任务。PLC所具有的完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现,PLC通讯能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变的非常容易。c、编程简单,易学易用PLC采用和继电器电路图接近的梯形图语言,只用少量的开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。在工业现场,可以使用笔记本对PLC进行编程。当PLC联网后,可以在网络的任一位置对PLC编程。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制提供了方便。d、系统安装简单、体积小、价格低PL
14、C在存储逻辑代替接线逻辑、采用模块化的结构,大大地减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建设的周期大大缩短了。现代集成电路技术的广泛应用,功耗仅数瓦。由于PLC体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。使得PLC的重量越来越轻、功耗也越来越少。在集成电路技术和生产厂家越来越多的情况下,PLC的价格也越来越低。(2)可编程控制器的应用领域PLC在钢铁、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的应用也越来越广泛。a、开关量的逻辑控制可编程控制器可实现逻辑控制、顺序控制,也可用于单台设备的控制,又可用于多机群控制及自动化流水线。b、模拟量控
15、制在工业生产过程中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量和数字量之间的A/D转换及D/A转换。c、运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。d、过程控制过程控制是指对连续变化的量进行控制。如对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合。e、数据处理现代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
16、据转换、排序、查表、位操作等功能。可以完成数据的采集、监测、分析和处理。这些数据可以与参考值比较,完成一定的控制操作。也可以利用通讯功能传送到其他的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型过程控制系统,如冶金、造纸、食品工业中的一些大型控制系统。f、通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着现代社会计算机技术的提高,网络通讯技术的不断发展,它也将和其他的工业控制计算机组网构成大型的控制系统,在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。1.1.3 PLC的主要技术指 (1)编程语言及指令功能 梯形图语言、助记符语言在PLC中较为常见,梯形图语言一般在计算机
17、屏幕上编辑,使用起来简单方便。助记符语言与计算机编程序相似,只要理解各个指令的含义,就可以像做计算机程序一样写PLC的控制程序。如果两种语言都会使用更好,因为它们之间可以相互转换。PLC实际上只认识助记符语言,梯形图语言是需要转换成助记符语言后,存入PLC的存储器中。现在功能图语言的使用有上升趋势。编程语言中还有一个内容是指令功能。衡量指令功能强弱可看两个方面:一是指令条数多少;二是指令中有多少综合性指令。一条综合性指令一般就能完成一项专门操作。用户编制的程序完成的控制任务,取决于PLC指令的多少,指令功能越多,编程越简单和方便,完成一定的控制任务越容易。(2)输入输出点数输入输出点数是PLC
18、可以接受的输入开关信号和输出开关信号的最大数量,值得注意的是输入点数往往的大于输出点数的,且二者不能相互替代。(3)扫描速度数是指PLC扫描1k(1k=1024)字用户程序所需的时间,通常以ms/k字为单位,扫描速度越快越好。(4)存储容量存储容量是存放用户程序的存储器的容量。通常用k来表示。也有的PLC直接用所能存放的程序量表示。在编制PLC程序时,需要用到大量的寄存器来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些寄存器的多少,直接关系到程序的编制,该存储器的容量越大,就可以编制出更复杂的程序。(5)可扩展性在现代工业生产中PLC的可扩展性也显的非常重要。主要包括
19、:a、输入输出点数的扩展b、存储容量的扩展c、联网功能的扩展d、可扩展的模块数另外,可编程序控制器的可靠性、易操作性及经济性等功能指示也受用户的关注。第二章 机械手制作与分析2.1机械结构下图2-1是某机械手的工作示意图,该机械手的任务是将工件从传送带A搬往传送带B。图2-1 机械手的工作示意图在图2-1中,机械手的所有动作均采用电液控制、液压驱动,它的上升/下降和左移/右移均采用双线圈三位电磁阀推动液压缸完成。当某个电磁阀线圈通电,就一直保持当前的机械动作,直到相反动作的线圈通电为止。例如,当上升电磁阀线圈通电后,机械手上升,即使线圈再断电,仍保持当前的上升动作状态,直到下降电磁阀线圈通电为
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