机械手动作模拟控制系统设计叶磊.docx
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机械手动作模拟控制系统设计叶磊
皖西学院
课程设计报告书
系别:
机械与电子工程学院
专业:
电气工程及自动化
学生姓名:
叶磊
学号:
2012011139
课程设计题目:
机械手动作模拟控制系统设计
起迄日期:
12月29日~1月5日
课程设计地点:
机电学院实验室
指导教师:
吴学娟
下达任务书日期:
2014年12月29日
目录
一、摘要4
二、PLC控制系统程序设计5
三、设计内容及要求5
1.设计要求5
四、机械手动作模拟设计5
1.机械原理5
五、硬件设计6
1.硬件选型,根据PLC的输入、出点数,控制功能选择适用型号的PLC6
2.PLC容量选择8
3.I/O模块的选择9
4.I/O接口的配置10
5.电源模块的选择11
6.设备及元器件的选择12
7.I/O接口的配置12
8.主控电路图13
9.机械手动作PLC的硬件连接图13
六、机械手动作的模拟实验13
1.模拟实验面板图13
2.输入/输出接线列表14
3.控制过程14
4.工作过程分析15
七、运行调试17
1.实验步骤17
八、控制流程图18
18
九、实验结果图19
十、实验心得20
十一、参考文献21
十二、附录22
1、摘要
随着工业自动化的普及和发展,控制器的需求量逐年增大,搬运机械手的应用也逐渐普及。
机械手:
mechanicalhand,也被称为自动手,autohand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,可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率,以降低其他搬运方式的限制和不足,满足现代经济发展的要求。
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、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。
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。
就个人而言,希望通过这次毕业设计对未来将从事的工作进行一次适应训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后的工作打下一个良好的基础。
由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请老师给予指教。
关键词:
PLC控制机械手三菱FX2N
2、
PLC控制系统程序设计
在对一个控制系统进行设计之前,最重要的工作就是深入了解和分析系统的控制要求,只有这样才可能提出准确的、合理的系统总体设计方案,进而实现各个阶段的设计任务。
PLC程序设计的主要步骤是:
①对于较复杂的控制系统,需绘制系统控制流程图,用以清楚地表明动作的顺序和条件。
对于简单的控制系统,也可省去这一步。
②设计梯形图。
这是程序设计的关键一步,也是比较困难的一步。
要设计好梯形图,首先要十分熟悉控制要求,同时还要有一定的电气设计的实践经验。
③根据梯形图编制语句表程序清单。
④用编程器将程序键入到PLC的用户存储器中,并检查键入的程序是否正确。
⑤对程序进行调试和修改,直到满足要求为止。
⑥待控制台(柜)及现场施工完成后,就可以进行联机调试。
如不满足要求,再修改程序或检查接线,直到满足要求为止。
⑦编制技术文件。
⑧交付使用。
3、设计内容及要求
1.设计要求
1)熟悉课题工作原理
2)设计方案论证,系统建立,电器原理控制设计。
3)元器件的选择,梯形图的设计(控制分析)。
4)完成设计图纸,完成设计任务书。
5)设计评测。
4、机械手动作模拟设计
1.机械原理
机械手将一工件由A处传送到B处,中间需经过上升/下降和左移/右移灯动作,这些动作通过双线圈二位电磁阀推动气缸完成。
当某个电磁阀线圈通电,就一直保持现有的机械动作,例如一旦下降的电磁阀线圈通电,机械手下降,即使线圈再断电,机械手仍保持现有的下降动作状态,直到相反方向的线圈通电为止。
另外,夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成,线圈通电执行夹紧动作,线圈断电执行放松动作。
设备装有上、下限位和左右限位开关,它的工作过程共有八个动作
X001:
下限开关Y000:
下降电磁阀Y004:
左移电磁阀
X002:
上限开关Y001:
夹紧电磁阀Y005:
原位指示灯
X003:
右限开关Y002:
上升电磁阀Y003:
右移电磁阀
X004:
左限开关
5、硬件设计
1.硬件选型,根据PLC的输入、出点数,控制功能选择适用型号的PLC
1)3.1.1PLC机型选择
机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下,保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。
具体应考虑的因素如下所述。
(1)结构合理
对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合,选用整体式结构的PLC;否则,选用模块式结构的PLC,物料混合控制系统的设计选用整体式结构的PLC能够达到要求。
(2)功能强、弱适当
对于开关量控制的工程项目,若控制速度要求不高,一般选用低档的PLC,三菱FX2N系列机。
(3)机型统一
PLC的结构分为整体式和模块式两种。
整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上,并封装在一个壳体内,省去了插接环节,因此体积小、价格便宜。
但由于整体式结构的PLC功能有限,只适用于控制要求比较简单的系统。
一般大型的控制系统都使用模块式结构,这样功能易扩展,比整体式灵活。
一个大型企业选用PLC时,尽量要做到机型统一。
由于同一机型的PLC,其模块可互为备用,以便备件的采购和管理;另外,功能及编程方法统一,有利于技术人员的培训;其外部设备通用也有利于资源共享。
若配备了上位计算机,可把各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制相互通信,集中协调管理。
(4)是否在线编程
PLC的特点之一是使用灵活。
当被控设备的工艺过程改变时,只需用编程器重新修改程序,就能满足新的控制要求,给生产带来很大方便。
PLC的编程分为离线编程和在线编程两种。
离线编程的PLC,其主机和编程器共用物料混合控制系统采用离线编程。
(5)PLC的环境适应性
由于PLC是直接用于工业控制的工业控制器,生产厂家都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。
尽管如此,每种PLC都有自己的环境技术条件,用户在选用时,特别是在设计控制系统时,对环境条件要进行充分的考虑。
一般PLC及其外部电路(I/O模块、辅助电源等)都能在下列环境条件下可靠工作:
温度工作温度0~55℃,最高为60℃
储存温度-40℃~+85℃
湿度相对湿度5%~95%(无凝结霜)
振动和冲击满足国际电工委员会标准
电源交流200V,允许变化范围为-15%~+15%,频率为47~53Hz
瞬间停电保持l0ms
环境周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体
对于需要应用在特殊环境下的PLC,要根据具体的情况进行合理的选择。
根据邮件分捡机的工艺流程和控制系统。
考虑综合情况和外部因素,我决定采用三菱FX2N系列PLC。
FX2N配置灵活,除主机单元外,还可以扩展I/0模块,A/D模块,D/A模块和其它特殊功能模块。
本系统设计需I/048点(输入24点,输出24点)。
主机采用小型化基本单元FX2N-48MR。
FX2N指令功能丰富,有各种指令性107条,且指令执行速度快。
FX2NPLC可用内部辅助继电器M,肤态继电器S,定时器T,寄存器D,计数器C的功能和数量满足了系统控制要求的需要,尤其是高速计数器(C235等)能接受脉冲编码器的脉冲。
FX2NPLC的体积比FX2PLC小50%以上,但控制功能和性能相同。
FX2NPLC的编程,可用编程器,也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSEMEDOC进行。
编程语言可用梯形图或指令表。
尤其是可用PC机对系统实时进行监控。
为调试和维护提供了极大的方便。
2.PLC容量选择
PLC容量包括两个方面:
一是I/O的点数;二是用户存储器的容量(字数)。
PLC容量的选择除满足控制要求外,还应留有适当的裕量,以做备用。
根据经验,在选择存储容量时,一般按实际需要的10%~25%考虑裕量。
对于开关量控制系统,存储器字数为开关量I/O乘以8;对于有模拟量控制功能的PLC,所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。
通常,一条逻辑指令占用存储器一个字。
计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。
各种指令占存储器的字数可查阅PLC产品使用手册。
I/O点数也应留有适当裕量。
由于目前I/O点数较多的PLC价格也较高,若备用的I/O点的数量太多,将使成本增加。
根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数,并考虑到今后的调整和扩充,通常I/O点数按实际需要的10%~15%考虑备用量。
3.I/O模块的选择
PLC是一种工业控制系统,它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程,它的工作环境是工业生产现场。
它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。
通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数,并以这些现场数据作为控制器对被控制对象进行控制的依据。
同时控制器又通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备,驱动各种执行机构来实现控制。
外部设备或生产过程中的信号电平各种各样,各种机构所需的信息电平也是各种各样的,而PLC的CPU所处理的信息只能是标准电平,所以I/O接口模块还需实现这种转换。
PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离。
为了确保这些信息的正确无误,PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。
根据实际需要,PLC相应有许多种I/O接口模块,包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块,可以根据实际需要进行选择使用。
(1)确定I/O点数
I/O点数的确定要充分的考虑到裕量,能方便地对功能进行扩展。
对一个控制对象,由于采用不同的控制方法或编程水平不一样,I/O点数就可能有所不同。
(2)开关量I/O
标准的I/O接口用于同传感器和开关(如按钮、限位开关等)及控制(开/关)设备(如指示灯、报警器、电动机起动器等)进行数据传输。
典型的交流I/O信号为24~240V(AC),直流I/O信号为5~24V(DC)。
(3)选择开关量输入模块主要从下面两方面考虑:
一是根据现场输入信号与PLC输入模块距离的远近来选择电平的高低。
一般24V以下属于低电平,其传输距离不宜太远。
如12V电压模块一般不超过10m,距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。
二是高密度的输入模块,如32点输入模块,能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。
一般同时接通的点数不得超过总输入点数的60%。
(4)选择开关量输出模块时应从以下三个方面来考虑:
一是输出方式选择。
输出模块有三种输出方式:
继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出。
其中,继电器输出价格便宜,使用
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- 机械手 动作 模拟 控制系统 设计