PLC机械手臂设计

电气控制技术课程设计说明书机械手臂搬运加工流程控制学生姓名：专业：电气工程及其自动化班级：学号：指导教师职称完成时间：湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师学生姓名易俊课题名称机械手臂搬运加工流程控制内容及任务一、目标：设计一个基于PLC的机械手臂搬运控制系统。二、任务：根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行机械手臂搬运加工流程运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2.系统有启动、停止功能；3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；4.程序结构与控制功能自行创新设计；5.进行系统调试，实现机械手臂搬运加工流程的控制要求。三、要求：1．如图所示，有两部机械对工作物进行加工，对象由输送带A送到加工位置，然后由机械手臂将加工物送至工作台1的位置进行第一步骤加工。当第一步骤加工完成后，机械手臂将工作物夹起再送至工作台2进行第二步骤加工；当第二步骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带B送走，然后由7段数码管显示加工完成的数量。2．假设使用气压机械手臂，一开始手臂先下降，碰到下限开关开始做夹起动作，然后开始上升碰到上限开关后，手臂开始往右，当碰到第一工作站的极限开关时，机械手臂下降将工作物放置工作台l然后上升等待机械对工作物加工；当工作物第一加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置工作台2上进行第二加工步骤。3．当第二加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置输送带B送出，并由7段数码管显示出加工完成的数次。主要参考资料[1]可编程控制器教程[M].王兆义机,械工业出版社.[2]电气控制与可编程控制器技术[M].史国生.化学工业出版社.[3]可编程控制器原理与应用[M].赵燕,，周新建.北京大学出版社.[4]GT培训教程[M].百度文库.[5]PLC编程及应用[M].廖常初.北京：机械工业出版社,2005年.[6]可编程控制器应用技术[M].胡学林.北京：高等教育出版社,2001年.[7]模拟电子技术基础[M].沈任元.北京：机械工业出版,2000.6.[8]三菱FX系列可编程序控制器编程手册[M].三菱公司编,2001年.[9]三菱可编程序控制器应用101例[M].三菱公司编,1994年.[10]三菱可编程序控制器使用手册[M].三菱公司编,1999年.教研室意见教研室主任：（签字）年月日I摘要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。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。PLC可以灵活而方便地应用于生产实践，在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。机械手臂也被称为自动手，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。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。所以对机械手臂搬运加工流程控制，能有效的帮助人做各种工作，极大地加快了人类的工作效率。文章设计的机械手臂搬运加工流程控制系统是基于日本三菱可编程控制器FX2N-32MR型号PLC，主要使用步进指令设计软件系统，最后经过仿真，仿真的结果是能够完成设计要求，满足设计的参数要求。关键词：机械手臂；机械手臂搬运加工流程控制；PLC1目录1绪论.............................................................21.1课题设计的背景与意义.......................................21.2机械手臂搬运加工流程控制发展现状...........................21.3设计的主要内容.............................................32PLC控制系统硬件设计.............................................42.1机械手臂搬运加工流程控制的要求.............................42.2系统输入输出点分析及PLC选型...............................42.3I/O点分配与PLC外接线图....................................53PLC控制系统软件设计.............................................73.1常用的编程方法介绍.........................................73.2控制程序流程图设计..........................................73.3PLC控制程序设计............................................84系统调试及结果分析..............................................124.1系统仿真调试...............................................124.2结果分析...................................................15结束语.............................................................16参考文献...........................................................17致谢.............................................................18附录程序梯形图..................................................1921绪论1.1课题设计的背景与意义课程设计背景：随着工业自动化的发展，在工业生产中，越来越多的自动化设备已经完全取代了传统的人工参与工作的工业生产流程。传统的人工参与工作，不仅危险性高，而且生产效率低，人为因素的影响可能会使整个生产流程崩溃，因此，传统的工业生产应该被先进的自动化生产所取代。如今，越来越多的自动化生产设备的应用，使得工业生产中的各种难题都迎刃而解。例如，机械手臂的应用，解决了人工不能在高温、高腐蚀、高辐射的环境中工作的问题，而且机械手臂的应用，提高了生产工件的精度和寿命等。因此，如何设计机械手臂的加工工作流程，成为我们今天主要讨论的问题。课程设计的深远意义在于有助于加深我们对这门课程的理解，我们在课堂上学的都是基础理论知识，对于如何用程序语言来描述所学知识还是有一定难度。通过课程设计，我们可以真正理解其内涵。有利于我们逻辑思维的锻炼，程序设计能直接有效地训练学生的创新思维、培养分析问题、解决问题能力。此次，课程设计为机械手臂搬运加工流程控制工艺流程。本文将介绍基于PLC的机械手臂搬运加工的控制设计，该系统具有循环工作、紧急停止、正常停止等工作模式，具有自动上升、下降、夹紧、松开、加工、计数等功能，可以自动的完成对工件的加工流程，以及记录显示加工完成的数目。1.2机械手臂搬运加工流程控制发展现状专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大。90年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。总之，目前机械手的主要经历分为三代：第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系3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，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。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系统FMS(FlexibleManufacturingSystem)和柔性制造单元FMC(FlexibleManufacturingCell)中重要一环。目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。1.3设计的主要内容根据控制要求，明确设计内容，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行机械手臂搬运加工流程运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：（1）设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；（2）系统有启动、停止功能；（3）运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；（4）程序结构与控制功能自行创新设计；（5）进行系统调试，实现机械手臂搬运加工流程的控制要求。42PLC控制系统硬件设计2.1机械手臂搬运加工流程控制的要求机械手臂搬运加工流程控制系统由机械手臂、加工台、电磁阀、传送带、行程开关等组成。控制要求如下：（1）如图1所示，有两部机械对工作物进行加工，对象由输送带A送到加工位置，然后由机械手臂将加工物送至工作台1的位置进行第一步骤加工。当第一步骤加工完成后，机械手臂将工作物夹起再送至工作台2进行第二步骤加工；当第二步骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带B送走，然后由7段数码管显示加工完成的数量。（2）假设使用气压机械手臂，一开始手臂先下降，碰到下限开关开始做夹起动作，然后开始上升碰到上限开关后，手臂开始往右，当碰到第一工作站的极限开关时，机械手臂下降将工作物放置工作台l然后上升等待机械对工作物加工；当工作物第一加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置工作台2上进行第二加工步骤。（3)当第二加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置输送带B送出，并由7段数码管显示出加工完成的数次。图1机械手臂搬运加工流程控制过程示意图2.2系统输入输出点分析及PLC选型系统的输入包括系统的启动按钮SB1、停止按钮SB2、机械手运动下限行程开关SQ1、上限行程开关SQ2、左限行程开关SQ3、右限行程开关SQ4、工作台1的极限行程开关SQ5、工作台2的极限行程开关SQ6。系统输出包括控制七段数码管各段二极管的状态、机械手上下左右运动的四个电磁阀以及控制机械手夹紧放松的一个电磁阀。根据系统输入输出点的分析可知，系统有8个输入点，13个输出点，所以选用FX2N-32MR型号的PLC。52.3I/O点分配与PLC外接线图系统变量定义及I/O地址分配如表1所示表1系统变量定义及I/O地址分配表输入编址输出编址X0启动按钮SB1Y0数码管a段X1停止按钮SB2Y1数码管b段X2下限行程开关SQ1Y2数码管c段X3上限行程开关SQ2Y3数码管d段X4左限行程开关SQ3Y4