宋聪辉毕业论文(基于plc实现搬运机械手的控制设计

宋聪辉毕业论文(基于plc实现搬运机械手的控制设计内容摘要：

户程序服务外设命令图 3 5 P C 的 工 作 过 程是输 出 映 像 存 储 器 的 内 容 输 出至 相 应 输 出 口数据输出是否山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 9 I/O 处理过程： （ 1）数据输入 /输出 —— I/O 状态刷新 采样输入信号 送出处理结果 a. 输入映像存储器及其刷新 —— 对应于输入端子状态的数据区 PLC 中的 CPU 是不能直接从与外部接线端子打交道的。 在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，经过输入调理电路（光电隔离、电平转换、滤波处理等）后进入输入缓冲器等待采样。 没有 CPU 的采样“允许” ，外界的输入信号是不能进入内存的。 当 CPU 采样时，输入信号便进入输入映像存储器 —— 刷新。 接着进入 程序的执行阶段，直至信号的输出。 在此期间，输入映像存储器将现场与 CPU 隔离，无论输入信号如何变化，输入映像存储器中的内容保持到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新采样新的信号，即： 输入映像存储器每周期刷新一次。 这样，是否会影响对现场信息的反应速度。 由于， PLC 扫描周期一般仅几十 mS，两次采样之间的间隔时间很短，对一般的开关量而言，可以认为采样是连续的。 b. 输出映像存储器及其刷新 —— CPU 数据处理的中间结果和最终结果的存放区域 同理， CPU 不能直接驱动负载，处理的结果存放在输出映像存储器中，直至 所有程序执行完毕，才将输出映像区的内容经输出锁存器（称为输出状态刷新）送到输出端子上驱动外部负载。 即： 输出映像存储器 —— 随时刷新 执行用户程序输入端子输入调理电路输入缓冲器输入映像存储器输出映像存储器输出锁存器输出驱动电路输出端子生 产 现 场输 入 信 号受 控元 件允 许（ 输 入 刷 新 ）允 许（ 输 出 刷 新 ）山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 10 输出锁存器 —— 每周期刷新一次 （刷新后的输出状态一直保持到下一次刷新） 同样，两次刷新的间隔仅几十 mS，即使考虑电路的电气惯性（延迟）时间，仍可认为输出是及时的。 c. 输入 /输出状态表 —— 状态 RAM 表 I/O 映像存储器的内容，在 CPU 中构成 I/O 状态表，其内容是 CPU 处理用户程序及数据的依据。 注意 ：输入状态表 —— 采样时刷新 输出状态表 —— 随时 刷新（中间值和最终结果） 输出端子的接通或开断 —— 输出锁存器决定 （ 2） 执行用户程序 执行 监视 a. 监控定时器 WDT（ WATCH DOG TIMER） —— 即监控定时器 t1 正常：执行完用户程序所需的时间应不超过 t1。 执行程序前，复位 t1，执行程序开始 t1 计时，完毕后立即复位 t1，表示程序执行正常。 异常：因某些原因，程序进入死循环，执行程序时间超出 t1 值， WDT 发出警告，程序重新开始执行，同时复位 t1。 若因偶然因素，则重 新执行程序将正常，否则，系统自动停止执行用户程序，切断外部负载，并发出故障信号等待处理。 b. 执行用户程序 （ 3） 执行外设命令 每次执行完用户程序，输出后，就进入服务外设命令的操作，如没有外设命令，自动循环扫描。 机械手简介 mechanical hand 也被称为自动手， auto hand 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。 机械手主要由手部和运动机构组成。 手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 11 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。 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。 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。 近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手虽 然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如： (1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。 (2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中 它可以用来组装零部件。 (3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。 (4)可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。 (5）宇宙及海洋的开 发。 (6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。 机械手简述 :机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。 1． 执行机构 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 12 机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。 手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。 手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。 简单的机械手可以没有手腕。 支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。 2．传动系统 执行机构的动作要由传动系统来实现。 常用机械手 传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。 机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作．动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。 机械手的选择 由于机械手是 在 搬运中 的应用 ，所以采用 传送带加旋转的 机械手 类型。 此机械手易于操作，性能可靠。 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 13 第 3 章 设计主体部分 搬运机械手工作示 意图如图 31 所示，其任务是将传送带 A 的物品搬到传送带 B上。 机械手的原位是在传送带 B 上，开始工作时，先是手臂上升，到上限位时，上升限位开关 LS4 闭合，手臂左旋；左旋到位时，左旋限位开关 LS2 闭合，手臂下降；到下限位时，下降限位开关 LS5 闭合，传送带 A 远行。 当光电开关 PSl 检测到物品已进入手指范围时，手指抓物品。 当物品抓紧时，抓紧限位开关 LS1 动作，手臂上升；到上限位时，上升限位开关 LS4 闭合，手臂右旋；右旋到位时，右旋限位开关 LS3 闭合，手臂下降；下降到下限位时，下降限位开关 LS5 闭合，手指放开，物品被放到 传送带 B 上延时 2s 时间到，一个循环结束，再重复。 图 31 图 32山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 14 输入电器 输入点 输出电器 输出点 起动按钮 X0 输送带 A 驱动接触器 KM Y0 停止按钮（常开） X1 手臂左旋电磁阀 YV1 Y1 手指抓紧检测开关 LS1 X2 手臂右旋电磁阀 YV2 Y2 手臂左旋限位开关 LS2 X3 手臂上升电磁阀 YV3 Y3 手臂右旋限位开关 LS3 X4 手臂下降电磁阀 YV4 Y4 手臂上升限位开关 LS4 X5 手臂抓紧电磁阀 YV5 Y5 手臂下降限位开关 LS5 X6 手臂放松电磁阀 YV6 Y6 物品检测光电开关 PS1 X7 图 341 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 15 图 342 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 16 图 343 说明： SET（置位）线圈得电保持， RST（复位）线圈失电保护， SFTL 位左移 ,ZRST区间复位 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 17 图 351 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 18 图 352 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 19 图 353 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 20 连线图 图 36 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 21 调试 1) 按下起动按钮 SB1 时，机械手系统工作。 首先上升电磁阀通电 ，手臂上升，至上升限位开关动作； 2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作； 3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作； 4) 启动传送带 A 运行，由光电开关 PS/PH 检测传送带 A 上有无物品送来，若检测到物品，则抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作； 5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作； 6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作； 7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作； 8) 放松电磁阀通电，机械手松开手爪，经延时 2 秒后，完成一次搬运任务，然后重复 循环以上过程。 9) 按下停止按钮 SB1 或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。 （说明： SB1 为一复合 按钮 ，功能实现是一开一停）山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 22 第 4 章 论文 小结 这 次 毕业论文 ,对我来说非常有意义 ,在写论文的过程中我学到很 多的 关于机械手和 PLC 方面的知识， 我以后会加强 对它们的 学习 和应用。 我觉得 PLC 会有更大的发展。 从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，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、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信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；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。 伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 当然机械手在工业中的应用更 是越来越成熟，它必然会发挥它的最大作用。 我坚信我们国家的工业会是越来越棒，我为我是一个中国人而自豪。 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸 23 参考文献 [1]可编程序控制器原理与应用 西安电子科技大学出版社 主编 汪志锋 [2] PLC应用开发技术与工程实践 人民邮电出版社 编著 求是科技 [3] 可编程控制器技术及应用 北京理工大学出版社 编著 夏辛明 [4]可编程控制器应用技术 机械工业出版社 主编 王也仿 [5] 可编程控制器原理与应用 中国电力出版社 主编 郁汉琪 [6] 张建民 .《机电一体化系统设计》 .北京：高等教育出版社，成大先 . [机械设计手册 ][M].北京 :机械工业出版社 ,2020 [7]吴宗泽 . [机械设计师手册 ][M].北京 :机械工业出版社 ,2020 [8]王太辰 . [中国机械设计大典 ][M].南昌 :。