机械手分拣大小球的PLC程序设计

毕业设计（论文）课题机械手分拣大小球的PLC程序设计院系机械工程学院专业机电一体化班级机电082姓名陈东080101208完成日期2011.4指导教师王叶萍南通职业大学毕业设计（论文）-2-摘要机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因为，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开发物料搬运机械手，采用的德国西门子S7-200系列PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。用于分捡大小球的机械装置。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。关键词：机械手、PLC、大小球南通职业大学毕业设计（论文）-3-ABSTRACTThepositiveroleofthemanipulatorincreasinglyknownbypeople,first,itcanpartlyreplacehumanlaborandcanachievetheproductionrequirements,followacertainprocedure,timeandlocationtocompletetheworkpiecetransfer.Because,itcangreatlyimprovetheworkingconditions,andworkersacceleratetherealizationofindustrialproductionmechanizationandautomationpace.Therefore,byvariousadvancedunitspentagreatdealofattentionandmanpowertoresearchandapplication.Especiallyinhightemperatureandhighpressureanddust,noiseoccasions,applicationismorewidely.InChina,themodernyearsalsohavedevelopedquickly,andobtainedacertainresult,byvariousdepartmentsofindustryseriously.Intheprocessofproduction,oftentotheassemblylineofproducts,thistopicintendstodevelopsortingthroughthemanipulator,materialhandlingbyGermanSiemenss7-200PLC,thefluctuation,leftandrightsidesofmanipulatorandgrabmotioncontrol.Usedinthemechanicaldevicecan1.Weuseprogrammabletechnology,combinedwiththecorrespondinghardwaredevice,controlfinishallkindsofaction.RobotKeywords:manipulator,PLC,whichcan南通职业大学毕业设计（论文）-4-目录第一章机械手与PLC的简介1.1机械手的出现与发展.....................................11.2PLC的应用................................................2第二章PLC控制系统的硬件设计2.1按钮和行程开关的选择................................72.2接近开关转换开关刀开关的选择......................72.3时间继电器接触器的选择.............................82.4熔断器电动机的选择.................................92.5电磁阀的选择........................................9第三章分拣系统的PLC选择3.1PLC控制系统设计的原则和内容............................103.2PLC的选型................................................103.2.1性能与任务相适应..................................113.2.2PLC的处理速度应满足时实控制的要求..............123.2.3PLC应用系统结构合理、机型系列应统一............12第四章大小球分拣系统的PLC设计4.1系统的功能...........................................154.2分拣大小球系统的结构.................................164.3大小球分拣传送过程控制分析………………………...164.4分捡大小球系统的输入/输出地址及定时器分配............174.5机械手分拣球控制系统的接线图.........................18南通职业大学毕业设计（论文）-5-4.6大小球分拣的设计思想.................................18第五章机械手分拣大小球的PLC程序设计5.1机械手分捡大小球控制程序流程图.......................205.2机械手分拣大小球控制程序的梯形图.....................22第六章总结参考文献致谢南通职业大学毕业设计（论文）-6-第一章机械手与PLC的简介1.1机械手的出现与发展1.1.1机械手的历史它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。1.1.2机械手的组成机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位南通职业大学毕业设计（论文）-7-置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。1.1.3机械手分类机械手的种类，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。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。1.2PLC的应用1.2.1PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境中应用而设计的它采用一类可编程的存储器，在其内部用于存储用户程序，并执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术操作等用户指令，并通过数字或模拟式输入/输出，控制各类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按照方便与工业控制系统成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。1.2.2PLC的分类随着PLC的不断发展，其型号和形式越来越多，为了在设计控制工程系统时便于表达和选择适当型号的PLC，应对其进行分类。一般按照以下两种形式对PLC进行分类。南通职业大学毕业设计（论文）-8-①按照I/O点的数量分为小型机，中型机和大型机。小型机的输入输出点的总数一般在256个以下，用户程序的存储容量一般为4KB左右。中型机的输入输出点的总数一般在256～2048之间，用户程序的存储容量一般为8KB左右。大型机的输入输出点的总数一般在2048个以上，用户程序的存储容量一般为16KB以上。②按照结构形式分为整体式结构和模块式结构。整体式结构的PLC具有体积小，成本低和安装方便的特点，大多被小型机所采用，例如SIEMENS公司的S7-200系列的PLC。模块式结构的PLC具有功能强大，配置灵活和维修方便的特点，大多被中型机和大型机所采用，例如SIEMENS公司的S7-300系列和S7-400的PLC。1.2.3PLC的特点与应用及其发展趋势为了满足现代工业生产日趋复杂，以及多样化的特点（例如，实现逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作），对控制的要求也各不相同，目前普遍需要通用性搞的控制系统。PLC的出现受到了广大工程计数人员的欢迎。PLC的主要特点包括以下几个方面①抗干扰能力强，可靠性高②控制系统简单，通用性强③编程方便，使用简单④功能完善⑤设计，施工和调试的周期短⑥体积小，维护操作方便。PLC在其生产初期由于价格高等原因，使它的使用受到限制。但近年来，PLC的应用逐渐广泛起来，主要原因有两个:一是微处理器的芯片和相关元件的价格不断下降；二是PLC自身的功能大大增强。PLC的应用面很广，在工厂自动化和计算机集成制造系统（CIMS）内占有重要地位。目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁，采矿，石油，化工，电力等各个行业，使用情况大致可以归纳为六种类型：①开关量的逻辑控制②模拟量的控制南通职业大学毕业设计（论文）-9-③运动控制④过程控制⑤数据控制⑥通信及联网。不同的工业环境对PLC的功能，体积和性能有不同的要求，对PLC的要求越来越高。因此，PLC的生产厂商把PLC的发展方向趋向于高集成度，小体积，大容量，高速度，智能化，易使用和高性能等几个方面，表现为以下几个方面：①小型化，专用化和低成本②大容量和高速度③智能型I/O模块④编程软件⑤编程语言的标准化⑥通信控制的简单化⑦PLC的软件化与组态软件⑧与现场总线的结合。1.2.4PLC的工作原理当PLC启动运行后，其工作过程一般分为输入采样阶段，用户程序执行阶段和输出刷新阶段。完成上述三个阶段即