基于-PLC的机械手控制系统设计.doc
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基于-PLC的机械手控制系统设计.doc
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文华学院
毕业设计(论文)
基于PLC的机械手控制系统设计
学生姓名:
张昭飞学号:
120304021117
学部(系):
机械与电气工程学部
专业年级:
12级电气工程及其自动化5班
指导教师:
杨泽富职称或学位:
副教授
2015年5月11日
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目录
摘要 3
关键词 3
Abstract 4
1.可编程控制器PLC 5
1.1PLC简介 5
1.2PLC内部结构 5
1.2.1中央处理器CPU 6
1.2.2存储器 6
1.2.3输入输出单元 6
1.2.4电源部分 8
1.3PLC的选型 8
2.机械手概况 10
2.1机械手的起源与发展 10
2.2机械手的工作原理 10
3.机械手控制系统 11
3.1基于PLC的机械手控制系统的研究意义 11
3.2基于PLC机械手设计的优点 11
3.3机械手实现的功能 12
4.基于PLC机械手控制系统设计 13
4.1I\O点分配 13
4.1.1电器元件的选择 13
4.1.2I\O分配 13
4.2.硬件接线图 14
4.2.1电气主接线 14
4.2.2PLC输入接线 15
4.2.3PLC输出接线 16
4.3控制流程图 17
4.4程序梯形图 17
4.5人机界面设计 22
结束语 24
参考文献 26
致谢 27
基于PLC的机械手控制系统设计
摘要
随着社会的进步,工业自动化发展尤为瞩目,各种机械自动化设备的产生,逐步取代了传统手工制作。
自动化流水线的产生,不仅大大提高了工作效率,也让许多人工操作存在安全隐患的流程被机械设备替代,让现代工业变得更具人性化。
机械手在当代自动化流行中起着重要的作用,一方面其能够在高温、腐蚀性、有毒等恶劣环境下持续工作,另一方面其在完成抓取、转移、旋转、释放等动作时候精确度也较高。
机械手的动作是由精确的控制系统来控制完成的,从早期的继电器控制系统发展到如今的PLC控制系统,机械手技术的更新就是控制系统的发展和完善。
本次课题是选用三菱公司的FX系列PLC,完成对电动工具电机的抓取转移以及零件的压装动作。
电气设备有PLC、触摸屏、传感器、直流电源等。
通过可编程控制器的程序设计,完成相应的动作,实现控制功能。
关键词:
机械手;PLC;控制;设计
Thedesignofcontrolsystemof manipulatorbasedonPLC
Abstract
Alongwithsocialprogress,industrialautomationdevelopmentisparticularlyattention,produceavarietyofmachineryautomationequipment,andgraduallyreplacedthetraditionalhand-made.Automatedassemblylineproduction,notonlygreatlyimprovetheworkefficiency,butalsotomanyunsafemanualprocessesarereplacedbymachineryandequipment,sothatmodernindustrytobecomemorehumane.
Roboticautomationplaysincontemporarypopularanimportantrole,ontheonehanditcancontinuetooperateathightemperatures,corrosive,toxicandotherharshenvironments,ontheotherhanditscompletecapture,transfer,rotation,andothermovementsreleasetimeaccuracyalsohigher.Arobotiscontrolledbyaprecisesystemcontroliscompleted,fromtheearlydevelopmentoftherelaycontrolsystemtotoday'sPLCcontrolsystem,thedevelopmentofrobottechnologyupdateisthecontrolsystemandperfect.
TheissueisthechoiceofMitsubishiFXseriesPLC,thecompletionofthepress-fitelectricpowertoolsandpartofthetransferoperationcrawl.ElectricalequipmentPLC,touchscreen,sensors,DCpowersupplies.ByPLCprogramming,completetheappropriateactionstoachievethecontrolfunction.
KeyWords:
manipulator;PLC;control;design
1可编程控制器PLC
1.1PLC简介
可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)由上世纪60年代提出,首先是为了取代继电器控制装置。
经过了半个世纪的发展,PLC的应用范围也变得更加的广泛。
随着数字时代的到来,信息技术的飞速发展从而带动了各个行业的自动化进程。
PLC其强大的开关量控制以及逻辑控制,使得自身在现代化行业中的作用变得尤为突出。
PLC是汽车行业发展所催生出来的。
早期的汽车行业自动化进程中,控制主要来自继电器控制。
继电器控制一方面控制电路复杂,一旦产生故障,检修十分困难;另一方面继电器控制效率较为低下,汽车行业作为自动化应用最为突出的表行业,继电器控制系统逐渐满足不了更为复杂的逻辑控制要求。
顺应了社会的发展,PLC的出现逐步迎来了一个蓬勃的发展时期。
PLC拥有着强大的逻辑运算、定时、计数和计算等功能,其输入和输出都是采用数字量的方式,从而控制电气设备进行动作。
人们首先将逻辑控制程序写入到PLC中,PLC以连续扫描的方式,给相应的输出端一定的电信号,电信号控制了外部电路的通断,从而逐步完成所预想的动作指令。
PLC在逐步扫描的过程中,计数器会记录相应的步数,PLC完成一次扫描动作所需要的时间就是其扫描周期。
世界首台PLC于1969年产生于美国,现在美国和欧盟以生产大型PLC为主,日本、德国等生产中小型PLC为主,我国在经历了漫长的摸索,也有一些自己的品牌出现,但是其核心技术仍以掌握在PLC生产大国手中,我国的PLC自主之路仍充满着挑战。
随着工业自动化,PLC控制系统逐步应用于各行各业,其运算速度快、体积小等特点愈发起到了不可替代的作用。
在早期PLC功能的基础上,一些新的功能如网络通讯功能得以添加,使PLC的功能更加完善。
我国工业化相较于西方国家起步较晚,但是自改革开放以来,工业化进程步伐十分迅速,工业自动化发展在短短几十年走完其他国家百年走过的路程,基于PLC的控制系统成为了自动化领域的主流。
PLC可靠性高,控制系统稳定,同时在半世纪的发展和总结中,已经形成了完善的功能,具有很强的适应性。
PLC的编程语言相较于其他编程语言更加简单,从而使得系统设计周期较短,维护也更加方便。
PLC众多的功能模块,极大的丰富了PLC的控制领域,能够满足在不同情况下的控制要求。
1.2PLC内部结构
PLC的的内部结构如图2-1所示,组要由CPU、存储器、输入输出接口、电源等组成。
图1-1PLC内部结构
1.2.1中央处理器CPU
中央处理器是对数据进行处理的最重要部件,其作用就相当于人体的大脑,在PLC系统中处于中枢地位[1]。
CPU能够接收输入单元的信号,并对信号进行识别和处理,同时通过给输出单元施加电信号,从而实现输入输出的协调配合。
CPU能够对自身信息进行检测,识别错误信息并警告提醒,党PLC在运行的时候,能够控制系统进行扫描,完成相应的计算和逻辑运算,以循环扫描的方式控制输出。
CPU是逐步读取编写的程序,每一步都进行扫描,当前一步执行完成,则通过存储区的相应信息,控制输出端信号的产生。
在每一个固定的扫毛周期内,CPU都重复进行着相同的动作。
1.2.2存储器
PLC的存储器和电脑的存储器功能一样,都是用来存放相对应的数据。
PLC存储器中存储程序、逻辑变量等。
PLC存储器分为系统程序存储区、系统RAM存储区和用户程序存储区。
系统程序和用户程序在在存储器中有独立的位置划分。
1.2.3输入输出单元
输入和输出单元是连接外部短路的直接位置,其通过接收信号和发出信号从而控制外部电路。
与三极管的导通方式类似,PLC的输入输出有源形和漏形之分[2]。
输入单元是PLC接收外部信号的通道,不同的PLC有不同的输入方式,源形和漏形输入如图2-2所示。
图2-2PLC漏形输入和源形输入接线
漏形输入时,PLC公共端接24V,电流由外部流入输入端子;源形输入时,PLC公共端接0V,电流由端子流出。
输出单元是给外部电路信号的端口,通常有继电器输出和晶体管输出输出方式,晶闸管输出方式一般不是很常用。
继电器输出相较于晶体管输出,其输出端的承受电流更大,但是其开关量的开关频率没有晶体管输出方式的高,因此在一些开关频率较高、控制流程较快的场合,晶体管输出方式更加实用。
但一般的情况下,继电器输出由于负载能力更强,所以实用的范围更广。
输出单元也有源形输出和漏形输出的区别,图2-3就是两种不同的输出方式。
图2-3PLC漏形输出和源形输出接线
漏形输出时候,电流由外部流入端子,公共端接24V;源形输出时候,电流流出端子,公共端接0V。
但是当输出为晶闸管输出时候,交流电源的正负对于输出端没有什么影响,则可以自由选择。
1.2.4电源部分
PLC运行需要给其供电,其开关量的闭合、断开控制是由直流电源的高低电平来实现的,所以PLC运行时候需要给其供应直流稳压电源。
PLC有直流供电和交流供电的,但是最终都是将其转化为直流的方式。
PLC有自己的内部电源,其稳定性很好但是输出功率较小,直流电源一般采用直流24V电压,保证PLC的正常运行。
1.3PLC的选型
PLC型号众多,在进行相关设计和应用的时候,如何准确的选择尤为重要。
在PLC的选型时候,可从以下几个方面进行。
第一,确定输入输出点的个数。
以三菱FX系列PLC为例,输入输出点有10点、14点、20点、30点、32点、64点等等,在进行PLC选型时候,首先就是要确定控制系统中输入点和输出点的个数,然后来以确定基本的选型方向。
同时在选择的同时,应注意输入输出都要预留总数10%左右数量的触点作为预备点。
第二,选取合适的电源类型。
PLC有AC和DC两种型号。
DC电源一般为24V,AC有100-230V。
在进行PL
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