李鹏基于PLC控制的机械手

西安铁路职业技术学院毕业设计基于PLC控制的机械手学生姓名：李鹏学号：1331712专业班级：机电一体化1302指导教师：王苏雅西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）-I-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。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。【关键词】:材料搬运;可编程控制器PLC;机械手;限位开关西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）-1-目录摘要.................................................I第一章绪论.........................................21.1本课题的意义.................................21.2本文主要做的工作...........................21.问题提出：................................2第二章可编程控制器的概述...........................42.1可编程控制器的基本知识.......................42.1.1根PLC的结构形式可将PLC分为整体式和模块式两类.......................................42.1.2按功能分.............................52.1.3按I/O点数分类.......................52.2可编程控制器PLC的应用与前景................62.2.1强量逻辑运算...........................62.2.2国外PLC发展概况......................7第三章可编程控制器的编程语言....................83.1可编程控制器的几种编程语言..................8第四章PLC控制机械手的系统设计....................104.1各电器设备的控制方式及控制要求..............104.2电器元件、设备的选择........................124.3控制流程图..................................144.4控制系统的软、硬件设计......................154.5功能表图设计...............................30第五章设计小结.....................................40参考文献.........................................42基于PLC控制的机械手-2-第1章绪论1.1本课题的意义机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组成部分。汽车业的快速发展，车外型愈求美观流线，并由于汽车外板件要求完美无尘的冲压生产线也向高速化、高品质、自动化、柔性化方向发展。传统冲压生产过程中的手工操作、人工送料的生产方式已无法满足该行业的需要。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。因此，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。1.2本文主要做的工作1.问题提出：PLC控制的机械手最主要是应用于自动化生产中，如何综合地运用前面学过知识点，根据实际工程要求合理组合成控制系统，在此介绍组成可编程控制器控制系统的一般方法。2.系统设计的主要内容（1）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据；（2）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；（3）选定PLC的型号；西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）-3-（4）编制PLC的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图；（5）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计；（6）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系；基于PLC控制的机械手-4-第2章可编程控制器的概述2.1可编程控制器的基本知识PLC的种类繁多，其规格和性能也各不相同，对PLC的分类，通常根据其形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类.2.1.1根PLC的结构形式可将PLC分为整体式和模块式两类（1）整体式PLC整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等各件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式机构。整体PLC由不同PLC点数的基本单元和扩展单元组成，基本单元内有CPU、I/O接口，与I/O扩展单元相连的扩展口、以及编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电等，没有CPU，基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展(2)模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及其他模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成，模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活、可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用这种模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU，电源，I/O接口等也是各自独立的模块。但它们之间是非电缆进行联接，并且各模块可以应地叠装，这样不但系统可以灵活配置，还可以做的体积小巧。西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）-5-2.1.2按功能分根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低，中，高档次（1）低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断监控等基本功能还可以少量模拟量输入/输出，算术运算，数据传送和比较等功能，主要用于逻辑控制，顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。（2）中档PLC出具有低档PLC的功能外，还具有模拟量输入/输出，算术运算，数据传送和比较；数据转换，远程I/O，子程序，通信联网等功能，有些还可增设中断控制，PID控制等功能，适应于复杂控制系统。（3）高档PLC除具有中档PLC的功能外，还增加了符号算术运算，矩阵运算，位逻辑运算，平方根运算及其他特殊功能函数的运算，制表及表格传递功能等。高档PLC具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。2.1.3按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型，中型和大型三类（1）.型PLC——I/O点数256点，单CPU，8位或16微处理器，用户存储器容量4K字以下CE-I型美国通用电气（GE）公司TI100美国德洲仪器公司F、F1、F2日本三菱电气公司C20C40日本欧姆龙公司SF200德国西门子公司EX20EX40日本东芝公司SR-20/21中外合资无锡华光电子工业有限公司（2）．中型——点数256-2048点，双CPU，用户存储器容量2-8K基于PLC控制的机械手-6-S7-300德国西门子SR-400中外合资无锡华光电子工业有限公司SU-5SU-6德国西门子公司C-500日本立石公司CE-ШGE公司（3）.大型PLC——I/O点数2048点，多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8-16KS7-400德国西门子公司GE-IVGE公司C-2000立石公司K3三菱公司2.2可编程控制器PLC的应用与前景目前，在国内外PLC已广泛应用冶金，石油，化工，剪彩，机械制造，电力，汽车，轻工，环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格的不断提高，器应用领域不断扩大，从应用类型看大致可归纳为以下几个方面：2.2.1强量逻辑运算1.利用PLC最基本的逻辑运算，定时，计收等功能实现逻辑运算，科取代传统的继电器控制用于单片机控制，多机群控制，生产自动线控制等。例：机床，注塑机印刷机械，装配生产线，电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。2.运动控制大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，这一功能广泛用于各种机械设备。例如：各种机床，装配机械。机器人等进行运动控制。3.过程控制大，中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能。有的小型PLC也具有模拟量输入输出，所以PLC可实现模拟量控制而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）-7-控制。这一功能已广泛用于铝炉，反应堆，水处理，酿酒及闭环位置控制和速度控制等方面。4.数据处理现代的PLC都具有数学运算数据传递，转换，排序和查表等功能，可进行数据的采集，分析和处理，同时的通过通信接口将这些数据传送给其电智能装置。例如：CNC设备进行处理。5.通信联网PLC的通信包括PLC与PLC，PLC与计算机，PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元，通信转换单元相连构成网络，已实现信息的交换和构成。集中管理分散控制的多级分布式控制系统。满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。2.2.2国外PLC发展概况PLC在问世以来，经过40多年的发展。在美、德国等工业发达国家已成为重要的产业之一，世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻新，产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC。较多的有美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、欧姆龙等；德国：西门子公司；法国：TE施耐德公司。韩国：三星、LG公司等PLC的发展前景（1）产品规模向大小两个方向发展大：I/O点数达14336点，32位微处理器，多CPU并行工作，大容量存储器，扫描速度快高速；小：整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本；（2）PLC在闭环过程中应用日益广泛；（3不断加强通讯功能；（4）新器件和模块不断推出基于PLC控制的机械手-8-第3章可编程控制器的编程语言3.1可编程控制器的几种编程语言可编程控制器的编程语言按IEC61131-3国际标准来分主要包括图形化编程语言和文本化编程语言。图形化编程语言包括:梯形图(LD-LadderDiagram)、功能块图(FBD-FunctionBlockDiagram)、顺序功能图(SFC-SequentialFunctionChart)。文本化编程语言包括:指令表(IL-InstructionList)和结构化文本(ST-StructuredText)。这些语言是基于WINDOWS操作系统的编程语言.而SFC编程语言则在两类编程语言中均可使用。下面分别来介绍这几种