三菱触摸屏在气动机械手中的应用.docx
- 文档编号:24472783
- 上传时间:2023-05-27
- 格式:DOCX
- 页数:35
- 大小:1MB
三菱触摸屏在气动机械手中的应用.docx
《三菱触摸屏在气动机械手中的应用.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《三菱触摸屏在气动机械手中的应用.docx(35页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
三菱触摸屏在气动机械手中的应用
滨江农业职业技术学院
毕业论文(设计)
课题名称
三菱触摸屏在气动机械手中的应用
专业及班级
学号
姓名
指导老师
2014年3月20日
三菱触摸屏在气动机械手中的应用
摘要
本文通过对三菱触摸屏在气动机械手电气操纵控制系统应用的工程实践,介绍了气动机械手的设计过程。
文中对三菱触摸屏画面制作、机械手的动作过程、气动控制技术、PLC控制技术、传感器技术等方面进行了详细的介绍。
它采用顺序功能图的设计方法,实现了气动机械手的手动、自动、单周期、单步、连续循环等多种工作模式,并给出了PLC外部接线图。
各种工艺参数的设定都可以在触摸屏上直接操作,使得用PLC设计的气动机械手具有操纵方便、互动性好、动作可靠、运行平稳,抗干扰能力强的特点,明显优于传统继电控制系统。
因此,在工业控制中得到了广泛的应用。
关键词三菱触摸屏气动机械手PLC顺序功能图
Mitsubishitouchscreenintheapplicationofthepneumaticmanipulator
Abstract
InelectricpneumaticmanipulatorbasedontheMitsubishitouchscreen
operationcontrolsystemapplicationofengineeringpractice,thispaper
introducesthedesignprocessofpneumaticmanipulator.Mitsubishitouch
screenimagesoftheproduction,theactionprocessofmanipulator,
pneumaticcontroltechnology,PLCcontroltechnology,sensortechnology
andsoonhascarriedonthedetailedintroduction.Sequencefunction
diagramdesignmethodwasadoptedtorealizethepneumaticmanipulator
manual,automatic,singlecycle,singlestep,continuouscycleandsoon
themanykindsofworkingmodeofoperation,andouterwiringdiagramof
PLCispresented.Variousprocessparameterscanbedirectlyonthetouch
screenoperation,makinguseofPLCdesignofpneumaticmanipulatorhas
goodmanipulationconvenient,interactive,reliable,stableoperation,
thecharacteristicsofstronganti-interferenceability,issuperiorto
thetraditionalrelaycontrolsystem.Asaresult,hasbeenwidelyused
inindustrialcontrol.
Keywords:
MitsubishitouchscreenPneumaticmanipulatorPLCSequencefunctiondiagram
1绪论………………………………………………………………………………1
2气动机械手的结构与工作过程…………………………………………………2
2.1气动机械手的结构……………………………………………………………2
2.2气动机械手的工作过程………………………………………………………2
3气动机械手的气路设计…………………………………………………………4
3.1气动机械手常用的气动元件…………………………………………………4
3.2气动机械手气动回路控制原理图……………………………………………8
4气动机械手控制系统硬件设计…………………………………………………11
4.1PLC的选择……………………………………………………………………11
4.2传感器的选择…………………………………………………………………11
4.3气动机械手I/O分配…………………………………………………………14
4.4气动机械手电气控制系统原理图……………………………………………15
5气动机械手控制系统软件设计…………………………………………………17
5.1PLC软件设计方法……………………………………………………………17
5.2气动机械手的自动工作流程图………………………………………………17
5.3气动机械手的SFC图…………………………………………………………19
5.4气动机械手的PLC程序………………………………………………………20
6三菱触摸屏………………………………………………………………………24
6.1三菱触摸屏简介………………………………………………………………24
6.2触摸屏的主要类型……………………………………………………………24
6.3触摸屏的画面制作……………………………………………………………25
7触摸屏和气动机械手的调试……………………………………………………34
7.1通电前设备检查………………………………………………………………34
7.2设备调试………………………………………………………………………34
全文总结……………………………………………………………………………35
致谢…………………………………………………………………………………36
参考文献……………………………………………………………………………37
1绪论
随着科学技术的发展,电气自动化水平在不断提高,应用也普遍的广泛。
传统的开关信号主要由操作台上的按钮产生输入信号传到PLC,而监视信号一般采用外接输出信号连接LED灯或者外接显示器传到PLC。
大量的输入输出信号的电气连线使系统设计变得复杂而且降低了可靠性。
而触摸屏可以很好的解决I/O信号的操纵、监视的问题,同时其人机界面也更丰富友好。
机械手是一种模仿人手动作,并按设定程序、轨迹和要求代替人抓(吸)取,搬运工件或工具的自动化装置。
气动机械手是采用PLC控制及气压回路驱动气缸实现要求的运动轨迹,在结构上,与其他类型的机械手相比,气动机械手具有结构简单、容易控制的特点,其气动部件已系列化和组立化,便于设计与维护。
由于气动机械手这些特点,气动机械手在自动化生产中的应用已日益广泛。
本文将触摸屏和气动机械手有机结合,使得该系统简单方便易于操作,而且该控制原理具有通用性。
2气动机械手的结构与工作过程
2.1气动机械手的结构
由气爪、升降气缸、伸缩机构、转动气缸、托链等部分组成,将机械和电气有机组合在一起,实现点位控制。
(1)气爪单元
包括气爪、手指及位置检测传感器,主要功能是抓取或释放工件。
(2)升降单元
包括气缸及位置检测传感器,主要功能是通过电磁阀控制气缸的升降,以便于工件的输送。
(3)伸缩单元
包括气缸及位置检测传感器,主要功能是通过电磁阀控制气缸的伸缩,以便工件的输送。
(4)转动单元
包括气缸及位置检测传感器,主要功能是通过电磁阀控制气缸的旋转,以便于工件的输送。
(5)托链
内部放置传感器电缆及气管。
2.2气动机械手的工作过程
起初在初始位置,按下启动按钮,四自由度机械手开始运行,首先气爪开始下降,到位后停止;气爪开始抓取工件,抓稳后,气爪开始上升,到位后停止;摆动臂开始顺时针旋转,旋转180º,到位后停止;摆动臂又开始伸出,到位后停止;气爪又开始下降,到适合释放工件位停止;气爪又开始张开,释放工件;工件完全释放后,气爪又开始上升,到位后停止;气爪开始收拢,到位后停止;摆动臂又开始缩回,到位后停止;摆动臂又开始逆时针旋转,旋转180º,到位后停止,即回到了原点。
自动操作有三个选择:
连续、单周期、单步。
连续:
机械手在运行执行过程中按停止按钮不会马上停止,只有所有过程都执行完后回到原点才会停止,如果不按停止按钮回到原点后继续上述运行过程,往复循环。
单周期:
机械手在运行执行过程中按停止按钮不会马上停止,只有所有过程都执行完后回到原点才会停止,只会运行一次。
单步:
机械手在运行执行过程中只有按下单步启动按钮才会运行,按下一次运行一个动作,按停止按钮不会马上停止,只有所有过程都执行完后回到原点才会停止。
此过程中设置急停按钮,在任何时候都可以停止。
手动操作:
按相应的按钮会发生相应的动作。
3气动机械手的气路设计
3.1气动机械手常用的气动元件
(1)气源处理装置
气源处理组件及其回路原理图分别如3.1(a)(b)所示。
气源处理组件是气动控制系统中的基本组成器件,它的作用是除去压缩空气中所含的杂质及凝结水,调节并保持恒定的工作压力。
在使用时,应注意经常检查过滤器中凝结水的水位,在超过最高标线以前,必须排放,以免被重新吸入。
在气源处理组件的气路入口处安装一个快速气路开关,用于启/闭气源,当把气路开关向左拨出时,气路接通气源,反之把气路开关向右推入时气路关闭。
图3.1气源处理组件
气源处理组件输入的气源来自空气压缩机,所提供的压力为0.6~1.0MPa,输出压力为0~0.8MPa(可调)。
输出的压缩空气通过快速三通接头和气管输送到各工作单元。
(2)标准双作用直线气缸
气动机械手的夹紧气缸和推料气缸都是标准双作用直线气缸。
标准气缸是指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、制造厂通常作为通用产品供应市场的气缸。
双作用气缸是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。
图3.2是标准双作用直线气缸的半剖面图。
图3.2中气缸的两个端盖上都设有进排气通口,从无杆侧端盖气口进气时,推动活塞向前运动;反之,从杆侧端盖气口进气时,推动活塞向后运动。
双作用气缸具有结构简单,输出力稳定,行程可选择的优点,但由于是利用压缩空气交替作用于活塞上实现伸缩运动的,回缩时压缩空气的有效作用面积较小,所以产生的力要小于伸出时产生的推力。
图3.2标准双作用直线气缸
为了使气缸的动作平稳可靠,应对气缸的运动速度加以控制,常用的方法是使用单向节流阀来实现。
单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的流量控制阀,常用于控制气缸的运动速度,所以也称为速度控制阀。
图3.3给出了在双作用气缸上装上两个单向节流阀的连接示意图,这种连接方式称为排气节流方式。
即:
当压缩空气从A端进气从B端排气时,单向节流阀A的单向阀开启,向气缸无杆腔快速充气;由于单向节流阀B的单向阀关闭,有杆腔的气体只能经节流阀排气,调节节流阀B的开度,便可改变气缸伸出时的运动速度。
反之,调节节流阀A的开度则可改变气缸缩回时的运动速度。
这种控制方式是最常用的方式。
图3.3节流阀连接和调整原理示意
单向节流阀上带有气管的快速接头,只要将合适外径的气管往快速接头上一插就可以将管连接好了,使用时十分方便。
图3.4是安装了带快速接头的限出型气缸节流阀的气缸外观。
图3.4安装上气缸节流阀的气缸
(3)单电控电磁换向阀、电磁阀组
如前所述,气动机械手中的气缸,其活塞的运动是依靠向气缸一端进气,并从另一端排气,再反过来,从另一端进气,一端排气来实现的。
气体流动方向的改变则由能改变气体流动方向或通断的控制阀即方向控制阀加以控制,在自动控制中,方向控制阀常采用电磁控制方式实现方向控制,称为电磁换向阀。
电磁换向阀是利用其电磁线圈通电时,静铁芯对动铁芯产生电磁吸力使阀芯切换,达到改变气流方向的目的。
图3.5所示是一个单电控二位三通电磁换向阀的工作原理示意。
图3.5单电控电磁换向阀的工作原理
所谓“位”指的是为了改变气体方向,阀芯相对于阀体所在的不同的工作位置。
“通”的含义则指换向阀与系统相连的通口,有几个通口即为几通。
图3.6(a)中,只有两个工作位置,具有供气口P、工作口A和排气口R,故为二位三通阀。
图3.6(a)(b)(c)分别给出二位三通、二位四通和二位五通单控电磁换向阀的图形符号,图形中有几个方格就是几位,方格中的“┯”和“┷”符号表示各接口互不相通。
图3.6部分单电控电磁换向阀的图形符号
机械手的执行气缸都是双作用气缸,因此控制它们工作的电磁阀需要有二个工作口和二个排气口以及一个供气口,故使用的电磁阀均为二位五通电磁阀。
气动机械手用了三个二位五通的单电控电磁阀,这两个电磁阀带有手动换向钮和加锁钮,有锁定(LOCK)和开启(PUSH)2个位置。
用小螺丝刀把加锁钮旋到在LOCK位置时,手控开关向下凹进去,不能进行手控操作,只有在PUSH位置,可用工具向下按,信号为“1”,等同于该侧的电磁信号为“1”;常态时,手控开关的信号为“0”。
在进行设备调试时,可以使用手控开关对阀进行控制,从而实现对相应气路的控制,以改变机械手等执行机构的控制,达到调试的目的。
两个电磁阀是集中安装在汇流板上的,汇流板中两个排气口末端均连接了消声器,消声器的作用是减少压缩空气向大气排放时的噪声。
这种将多个阀与消声器、汇流板等集中在一起构成的一组控制阀的集成称为阀组,而每个阀的功能是彼此独立的。
电磁阀组的结构如图3.7所示。
图3.7电磁阀组
(4)气动手指(气爪)
气爪用于抓取、夹紧工件。
气爪通常有滑动导轨型、支点开闭型和回转驱动型等,机械手中采用的是滑动导轨型气动手指,如图3.8(a)所示。
其工作原理可从其中剖面图(b)和(c)看出。
图3.8气动手指实物和工作原理
3.2气动机械手气动回路控制原理图
机械手气动控制回路主要控制的是转动执行机构,转动执行机构包括:
转动执行机构(转动气缸)、伸缩执行机构(伸缩气缸)、气爪升降执行机构(升降气缸)、气爪张合执行机构(气爪气缸),通过四个气缸驱动机械传动机构。
原理:
通过四自由度机械手摆臂转动控制机构,伸缩控制机构,准确捕捉到工件所处位置,由气爪升降控制机构控制气爪,下降到适合抓取工件的位置,然后由气爪张合控制机构,控制气爪抓取工件,然后再由气爪升降控制机构控制气爪上升到位后、再由摆臂转动控制机构的转动、伸缩控制机构的伸缩控制,准确捕捉到工件所需存放的位置,再由气爪升降控制机构控制气爪下降到适合释放工件的位置后,气爪张合控制机构控制气爪张开释放工件,完成工件搬运任务,然后再由气爪升降控制机构控制气爪上升到位后重复上述过程。
根据以上控制要求,设计出气动回路控制原理图如图3.9所示
图3.9气动回路原理图
4气动机械手控制系统硬件设计
4.1PLC的选择
在我国,三菱可编程序控制器是使用最广的PLC种类之一,主要产品有F、F1、F2系列,FX0,FX2,FX0N,FX2N系列等。
FX2系列由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元(模块)构成。
基本单元(BasicUnit)包括CPU存储器输入输出和电源,它是PLC的主要部分,扩展单元(ExtensionUnit)是用于增加I/O点数的装置,装置内部没有电源,扩展模块(ExtensionModule)用于产加I/O点数和改变I/O点数的比例,内部无电源,由基本单元或扩展单元供给。
因扩展单元和扩展模块无CPU,必须与基本单元一起使用。
特殊功能单元(SpecialFunction)是一些特殊用途的装置。
(1)确定所需要的I/O点个数
根据上述要求,PLC需要输入以下信号:
三个用来检测机械手运动状态的传感器信号,分别用来检测机械手摆臂摆动的极限吸气放气状态传感器信号;一个工件松放到位与否的传感器信号;根据系统的控制要求,需要START(启动)﹑RESET(复位)和STOP(停止)三个按钮信号以及一个直流继电器信号;一个用来控制机械手运行方式的AUTO/MAN(自动/手动)开关信号。
PLC需要输出以下信号:
用来驱动气缸﹑放气的电磁阀需要的两个输出信号,两个用来显示工作状态(START、RESET指示灯)的信号,分别用来指示START、RESET按钮的工作状态。
根据上述要求,应选用输入点的个数≥9﹑输出点的个数≥6的PLC。
(2)程序存储器容量的选择由系统的控制要求及上述分析可知,该系统不需要模拟量变换及存储,仅需要15个开关量控制,因此可以估算:
存储器字节数≥开关量I/O总数×8=15×8=120字节。
基于以上分析,气动机械手控制应采用FX2—32MR的PLC。
4.2传感器的选择
气动机械手使用的传感器是接近传感器,它利用传感器对所接近的物体所产生的信号,来识别物体,并输出相应开关信号,因此,接近传感器通常也称为接近开关。
接近传感器有多种检测方式,包括捕捉检测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利用磁石和引导开关的方式、利用光电效应和光电转换器件作为检测元件的方式等等。
接近传感器所使用的是磁感应式接近开关(或称磁性开关)、电感式接近开关等。
这里只介绍气动机械手中使用的磁性开关、电感式接近开关。
(1)磁性开关
使用的气缸都是带磁性开关的气缸。
这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料,如硬铝、不锈钢等。
在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环,这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场,而安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活塞位置,即检测活塞的运动行程的。
有触点式的磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件,舌簧开关成型于合成树脂块内,并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。
图4.1是带磁性开关气缸的工作原理图。
当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时,舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引,触点闭合;当磁环移开开关后,簧片失磁,触点断开。
触点闭合或断开时发出电控信号,在PLC的自动控制中,可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置,以确定工件是否被推出或气缸是否返回。
图4.1带磁性开关气缸的工作原理图
在磁性开关上设置的LED显示用于显示其信号状态,供调试时使用。
磁性开关动作时,输出信号“1”,LED亮;磁性开关不动作时,输出信号“0”,LED不亮。
磁性开关的安装位置可以调整,调整方法是松开它的紧定螺栓,让磁性开关顺着气缸滑动,到达指定位置后,再旋紧紧定螺栓。
磁性开关有蓝色和棕色2根引出线,使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端,棕色引出线应连接到PLC输入端。
磁性开关的内部电路如图4.2中虚线框内所示,为了防止错误接线损坏磁性开关,所有磁性开关的棕色引出线都串联了电阻。
图3.2磁性开关内部电路
(2)电感式接近开关
电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。
电涡流效应是指,当金属物体处于一个交变的磁场中,在金属内部会产生交变的电涡流,该涡流又会反作用于产生它的磁场这样一种物理效应。
如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的,则这个电感线圈中的电流就会发生变化,用于平衡涡流产生的磁场。
利用这一原理,以高频振荡器(LC振荡器)中的电感线圈作为检测元件,当被测金属物体接近电感线圈时产生了涡流效应,引起振荡器振幅或频率的变化,由传感器的信号调理电路(包括检波、放大、整形、输出等电路)将该变化转换成开关量输出,从而达到检测目的。
电感式接近传感器工作原理框图如图4.3所示。
图4.3电感式传感器原理框图图4.4接近传感器的实物图
在气动机械手中,使用了电感式接近开关来实现初始位置的检测,图4.4是接近传感器的实物图。
在接近开关的选用和安装中,必须认真考虑检测距离、设定距离,保证生产线上的传感器可靠动作。
安装距离注意说明如图4.5所示。
图4.5安装距离注意说明
接近开关的图形符号:
部分接近开关的图形符号如图4.6所示。
图中(a)(b)(c)三种情况均使用NPN型三极管集电极开路输出,如果是使用PNP型的,正负极性应反过来。
图4.6接近开关的图形符号
通过以上分析,各气缸的检测均采用接近开关,型号为FESTO.525907,初始位置的检测采用电感式接近开关。
4.3气动机械手I/O分配
根据气动机械手的动作要求进行输入/输出口的分配,其气动机械手的输入/输出如表4.1所示。
表4.1I/0分配表
输入
输出
X5
转回检测
Y0
启动按钮指示灯
X6
转出检测
Y1
停止按钮指示灯
X7
缩回检测
Y2
复位按钮指示灯
X10
伸出检测
Y4
旋转转回
X11
上升检测
Y5
旋转转出
X12
下降检测
Y6
升降气缸
输入
输出
X13
气爪检测
Y7
伸缩下降
Y10
气爪气缸
Y11
升降指示灯
Y12
夹紧指示灯
Y13
伸缩指示灯
Y14
转回指示灯
Y15
转出指示灯
4.4气动机械手电气控制系统原理图
根据气动机械手的输入/输出分配,设计气动机械手控制原理图如图4.2所示。
图4.2气动机械手电气控制原理图
5气动机械手控制系统软件设计
5.1PLC软件设计方法
PLC程序设计常用的方法:
主要有经验设计法、继电器控制电路转换为梯形图法、顺序控制设计法、逻辑设计法等。
(1)经验设计法:
经验设计法即在一些典型的控制电路程序的基础上,根据被控制对象的具体要求,进行选择组合,并多次反复调试和修改梯形图,有时需增加一些辅助触点和中间编程环节,才能达到控制要求。
这种方法没有规律可遵循,设计所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系,所以称为经验设计法。
(2)继电器控制电路转换为梯形图法:
用PLC的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。
(3)顺序控制设计法:
根据功能流程图,以步为核心,从起始步开始一步一步地设计下去,直至完成,此法的关键是画出功能流程图。
(4)逻辑设计法:
通过中间量把输入和输出联系起来,实际上就找到了输出和输入的关系,完成了设计任务,用这种方法设计PLC程序,设计者可以顺利地设计出结果正确的PLC程序。
由于气动机械手的动作过程符合顺序控制图的设计,因此,本论文采用顺序功能图法设计了气动机械手的整个动作流程。
5.2气动机械手的自动工作流程图
根据气动机械手的动作过程,画出机械手自动工作流程图如图5.1所示。
旋回检测
图5.1工作流程图
5.3气动机械手的SFC图
根据要求设计出该系统的SFC图,如下图5.2所示。
图5.2气动机械手的SFC图
5.4气动机械手的PLC程序
根据气动机械手SFC图,转换成PLC梯形图如图5.3所示。
图5.3气动机械手梯形图
6三菱触摸屏
6.1三菱触摸屏简介
为了操作上的方便,人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。
工作时,我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏,然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。
触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 三菱 触摸屏 气动 机械 手中 应用
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)