机械手分类大小球电气控制及PLC毕业设计.docx
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机械手分类大小球电气控制及机械手分类大小球电气控制及PLC毕业设计毕业设计摘要机械手是能够模仿人手动作,并按设定程序、轨迹和要求代替人手抓(吸)取、搬运工件或工具或进行操作的自动化装置,它能部分的代替人的手工劳动。
较高级型式的机械手,还能模拟人的手臂动作,完成较复杂的作业。
在机械制造业中,机械手已被广泛应用,从而大大地改善了工人的劳动条件,显著的提高劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
在我国,工业机械手近年来有较快的发展,投入了大量的人力物力加以研究和应用,并且很好的效果。
本课题主要研究的问题是“近距离自动移动式机械手臂设计气压驱动式”。
设计包括两大方面,其中之一是自动行走部分,另一部分为手臂的运转。
采用同一驱动能源气泵。
行走部分可以采用气压马达带动两轮转动。
气压泵固定在某处,用一根软管将泵与马达相连,马达安装在行走装置中。
运动手臂的直线运动用气缸来实现,旋转运动用气压马达来实现。
行走的时候手臂不动,手臂运动的时候,行走部分停止运动。
工业机械手可以代替人手的繁重劳动,显著减轻工人的劳动强度,提高劳动生产率和自动化水平。
工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁,单调的操作,如果没有机械手那么工人的劳动强度是很高的,有时候还要用行车员工件,生产速度大大延缓,这种情况采用机械手是很有效的。
此外,它能在高温、低温、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染环境条件上进行操作。
更显其优越性,有着广阔的发展前途。
关键词:
改善机械化自动化劳动强度有效AbstractManipulatoristobeabletoimitatemanpowermovement,andaccordingtosetprogram,locusandrequirementsubstitutemanpowertograb(inhale),takethingsortoolortheautomationinstallationthatoperated,itcanbepartialto.replacethehandworklaborofperson.Themanipulatorofhigherleveltypecanstillimitatethearmmovementofperson,completesmorecomplexwork.Inmechanicalmanufacturingindustry,manipulatorhasbeenappliedextensively,soimprovedthelaborconditionofworkergreatly,raisinglaborproductivitynotably,quicklyrealizethestepofindustrialproductionmechanizationandautomation.Themovementofarminstraightlinerealizeswithcylinder,revolvingmovementrealizeswiththemotorofatmosphericpressure.Walkingarmdonotmove,whenthearmmoving,walkpartstopsport.Industrialrobotscanreplacethehandsofheavylabor,significantlyreducelaborintensity,andimprovelaborproductivityandautomationlevel.Industrialproductionoftenappearsintheheavyworkfrequently,handlingandlong-termoperation,ifnotdrabrobotsthatlaborintensityishigh,sometimesevenwithemployees,drivingspeedgreatlyretard,thiskindofcircumstanceusingmanipulatorisveryeffective.Inaddition,itcanbeinhightemperature,lowtemperature,water,theuniverse,reflectiveandothertoxic,environmentalpollutionconditionontheoperation.Moreshowitssuperiority,hasbroadprospects.Keywords:
ImprovementMechanizationAutomationLaborintensityEffective摘要绪论1第1章机械手基本知识第一节机械手的基本概念2第二节机械手的结构2第三节plc的历史与发展趋势3第四节可编程控制器的基本功能和特点4第五节plc的分类7第2章机械手的设计第一节机械手设计的目的8第二节机械手设计的原理8第三节机械手的用途9第3章机械手分选大小球设计第一节毕业设计原始资料10第二节主接线图12第三节PLC电气元件明细表和I/O分配表13第四节外部接线图14第五节PLC工序图15第六节完整程序指令表16第七节操作原理简要说明20第八节电气元件明细表22第四章总结第一节结束语23第二节致谢25附录附录A电气元件明细表26附录B梯形图27参考文献33绪论工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。
工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。
它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力,在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。
机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器,它有多个自由度,可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。
我设计的机械手则是简单的前后上下运动而没有多个自由度旋转。
机械手的设计构想是以人的手为基础,以机械拉来实现人的动作,它的动作由以下四部分来实现:
1、肩的前后动作2、肘的上下动作3、腕(手)的动作控制系统采用施耐德PLC控制。
运动形式:
动力前后、上下两个自由度运动,均由两个液压伺服系统控制两个系统均为具有位置及动压反馈的闭环系统。
本设计阐述了应用微型可编程控制器施奈德系列PLC的自动分拣大小球控制系统。
该系统充分利用了学习中讲述的可编程控制器(PLC)的多方面的设计知识和方法,再加上步进电机两者巧妙的配合精确的实现了机械手从原点的下降、判断、吸球、上升、右行、下降、释放、上升、左行、回原点等一系列的动作完成这一工序。
这一控制系统的实现和应用,充分体现了PLC系统在工业现场的应用,以及根据设计和不同的需求改变数据和状况,还可以使其应用的范围更加广泛。
其中本设计有回原点功能、手动模式和自动模式,在自动模式中可以连续工作也可以回原点停止第1章机械手基本知识第一节机械手的基本概念一、机械手的概述机械手是在机械化、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。
第二节机械手的结构机械手由执行机构、驱动-传动机构、控制系统、智能系统、远程诊断监控系统五部分组成。
驱动-传动机构与执行机构是相辅相成的,在驱动系统中可以分:
机械式、电气式、液压式和复合式,其中液压操作力最大。
第三节可编程控制器(PLC)的历史与发展趋势一、可编程控制器(PLC)的历史可编程控制器(ProgremmableController,PC)是进几年迅速发展并得广泛应用的新一代工业自动化控制装置。
早年的可编程控制器在功能上只能实现逻辑控制,因此被称为可编程顺序逻辑控制器(ProgrammableLogyController).这时的PLC基本上是(硬)继电器控制装置的替代物,主要用于实现原先由继电器完成的顺序控制、定时、记数等功能。
国际电工委员会(IEC)与1987年2月在颁布的可编程控制器标准草案中将其一步定义为:
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境应用而设计。
它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术运算等操作的指令,并通过数字或模拟式的输入和输出,控制各种机械或生产过程。
20世纪70年代,微处理器的出现使PLC发生了巨变。
美国、日本、德国等一些厂商先后开采用微处理器作为PLC的CPU,这样使PLC的功能大大的增强。
20世纪80年代,由于超大规模集成电路技术的发展微处理器价格大幅下跌,使得各种类型的PLC所采用的CPU的档次谱偏提高,一般采用16位和32位的CPU。
目前,世界上约有200家PLC生产厂家。
其中,美国的(Rockwell)、(GE),德国的西门子(Siemems),法国的施耐德(Schmeider),日本的三菱,欧姆龙(Omron)还有我国江苏嘉华,他们从只有几十个点(I/O总点数)的微型PLC到上万个点的巨型PLC。
可以预见PLC将会是电气控制装置的主要控制元件。
二、可编程控制器的发展与趋势由于工业生产对自动控制系统的多样性,今后几年的PLC技术将围绕如下几个方面发展。
1.进一步加快CPU的处理速度。
全面使用高速CPU芯片和24位、32位、64位RIST芯片;采用新型体系结构,工作方式使扫描和中断并存;各种模块自能化,部分系统程序用门阵列电路固化,这样可以使速度达到ns级。
2.变革操作控制方式。
大量使用中断驱动方式,以增加对输入/输出(I/O)的快速反应能力。
3.发展自能化模块。
自能化模块主要有:
通信模块、位置控制模块、数据处理模块与控制模块、数/模(D/A)转换模块、PID控制模块及一些自能化I/O模块。
4.进一步提高可靠性。
PLC将在硬件上采用多CPU的容错系统,软件上开发更加高级的诊断程序,以及发展软件的容错技术,增强PLC的自诊断和外部故障检测功能等。
在PLC线路中采用隔离技术防止外部高压的窜入;采用滤波技术,可以有效抑制高频干扰信号;还设置了“看门狗”电路,能把因干扰而飞走的程序拉回来,从而起到自动恢复作用。
第四节可编程控制器的基本功能和特点一、PLC的基本功能1.逻辑控制功能逻辑控制功能实际上就是位处理功能,是可编程控制器的最基本的功能之一。
PLC设置有“与”、“或”、“非”等逻辑指令,利用这些指令,根据外部现场(开关、按扭或其他传感器)的状态,按照制定的逻辑进行运算处理后,将结果输出到现场的被控对象(电磁阀、接触器、继电器、指示灯等)。
因此PLC中一个逻辑位的状态可以无限次地使用,逻辑关系的修改变更也十分方便。
2.定时控制功能PLC中用户提供使用的定时器,定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定,也可以在运行过程中根据需要进行修改,使用方便灵活。
3.记数控制功能PLC为用户提供了很多计数器。
计数器到某一定值时(设定值),产生一个状态信号,利用该信号实现对某个操作的记数控制。
PLC将根据用户用计数器指令指定的计数器对某个控制信号的状态改变次数进行计数,以完成对某个工作过程的计数控制。
4.步进控制功能PLC为用户提供了若干个状态器,可以实现由时间、技术和其他指定逻辑信号为转移条件的步进控制,即在一道工序完成以后,在转移条件满足时,自动进行下一道工序。
5.数据处理功能大部分PLC都有数据处理功能,可实现算术运算、数据传送、数据比较、数据转换、译码等操作。
6.过程控制功能有些PLC具有A/D、D/A转换功能方便地对模拟量的控制调节。
7.通信联网功能有些PLC采用通信技术,可以多台PLC之间的同位链接、PLC与计算机之间的通信等。
8.监控功能PLC设置了较强的监控功能。
操作人员利用编程器或监视器可对PLC的运行状态进行监控。
利用编程器可以调整定时器、计数器的设定值和当前值,并根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容为调试和维护提供极大的方便。
9.停电记忆功能PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件(如备用电池),以保证断电后这部分存储器中的信息不会丢失。
10.故障诊断功能PLC可对系统组成、某些硬件状态及指令的合法性等进行自诊断,发现异常情况,发出报警并显示错误类型,如属严重错误则自动终止运行。
二、PLC的特点PLC作为通用工业控制计算机,30年来,可编程控制器从无到有,实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃,其功能从弱到强,实现了逻辑控制到数字控制的进步,其领域从小到大,实现了单体设备控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越,今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备,在世界各地发挥着越来越大的作用,主要特点有:
可靠性高,抗干扰能力强,能适应工厂环境
(1)编程简单、直观,可边学边用
(2)适应性好,具有柔性(3)功能完善,接口多样(4)易于操作,维护方便(5)体积小、功能强大、用途广第五节PLC的分类PLC的种类很多,其实现的功能、内存容量、控制规模、外型等方面均存在较大的差异。
因此,PLC的分类并没有一个统一的标准,而是按结构形式、控制规、实现的功能大致地分类。
一、按结构形式分类PLC按硬件的结构形式可以分整体式和模块式。
1.整体式PLC整体式PLC的CPU、存储器、I/O安装在同一机体内(如三菱的FX系列)。
这种结构的特点是:
结构简单、体积小、价格低。
适用于嵌入控制设备的内部,常用于单机控制。
2.模块式PLC组合式PLC为总线结构。
其总线做成总线板,上面有若干个总线槽,每个总线槽上可安装一个PLC模块,不同的模块实现不同的功能。
配置灵活、组装方便、扩展容易。
二、按I/O点数和功能分类I/O的点数是衡量PLC控制规模的重要参数。
因此,按控制规模可分为小型PLC、中型PLC和大型PLC.
(1)微型PLCI/O点数小于64点
(2)小型PLCI/O点数在64-256点之间。
(3)中型PLCI/O点数在256点512点之间。
(4)大型PLCI/O点数在5128192之间。
(5)超大型PLC大于8192点三、按控制实现的功能分类按照PLC所能实现的功能不同,可以把PLC大致地分为低档PLC、中档PLC和高档PLC三类。
第2章机械手的设计第一节机械手设计的目的机械设计制造及其自动化专业是为了培养从事机械设计、制造行业的人才而开设的专业。
而工业机械手课程设计不仅培养设计者对机械的认识、运用能力,而且-液压、气压、电气传动及单片机、PLC、可编程控制器等控制系统与基本理论知识。
主要是通过培养学生的机械设计能力、扩展学生的知识结构和帮助学生培养综合运用能力,是课堂教学的有益补充。
第二节机械手设计的原理机械手的设计原理是以人的手为基础,以机械拉来实现人的动作,它的动作由以下四部分来实现:
自由度的旋转、肩的前后动作、肘的上下动作、腕(手)的动作。
工业机械手的结构是基于模组块系统上的,模组块系统适合于提高移动的速度或特殊类型的工作。
在设计上考虑维修的简单性。
维修的人员需要具备一定的资格,应能处理一般的机械设备的问题或通常液压件的安装。
该控制系统的设计是可以给操作臂一个信号的动力反馈系统。
该工作臂类似一个伸缩仪。
在方位、肩部和肘部上的三个轴直接控制位置,利用主臂控制速度。
在机械手的操作柄有一个按钮来控制工作头(降低、翻转、倾斜和抓住的装置)。
控制系统的特性是可以使操纵器以一定的速度和精确性进行工作。
在工作过程中,当工件过来后,将光挡住,此时相当输入一个信号系统,手开始抓。
然后,机械手开始进行上升,转动和下降运动。
第三节机械手的用途可编程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)是一种适用性强的工业用控制器,广泛应用于各类工业生产线,移动机械设备的控制等环境较恶劣的工业场合。
其工作性能稳定,可扩展性强,应用简便。
根据不同的模块配置,可以进行逻辑及算数运算,对数字开关量、模拟量等进行控制和采集,同时具有丰富的总线接口形式,可以利用公开的协议与不同设备构成复杂的系统。
在我们所研制的工业机械手中,各关节由比例阀或开关阀构成开环液压控制回路,实现比例调速或开关动作,因此我们选用了施耐德系列PLC作为其控制器。
在一些环境复杂的应用场合,尤其是对于移动机械设备,控制系统的布线受到诸多限制,操作人员与控制系统的位置安排不方便。
因此,具有高度灵活性的无线遥控操作系统的应用得到了推广。
目前工业上应用的无线遥控操作系统一般采用无线电数字传输方式。
一些芯片厂商如Infineon、Micrel、RFMonolithics、Melexis、CML、ATMEL等也都推出了各种适应于不同场合和要求的RF芯片。
第3章机械手分选大小球设计第一节毕业设计任务书原始资料一、目的1.指导学生从做接线工作开始,最终基本能够独立设计、组建、调试、维护一个典型的小型PLC应用系统,为学生即将从事的专业工作奠定基础。
2.机械设计制造及其自动化专业是为了培养从事机械设计、制造行业的人才而开设的专业。
而工业机械手课程设计不仅培养设计者对机械的认识、运用能力,而且也增进了对机械工业发展的了解和认知。
工业机械手的设计涉及:
机械设计原理、液压、气压、电气传动及单片机、PLC、可编程控制器等控制系统与基本理论知识。
提高学生对文献资料的检索和信息处理的能力。
二、任务1.要求独立完成用PLC对机械手大小球分选设备的控制。
2.机械手大小球分选设备的控制要求如下:
1)题意简图图3.1控制系统图2)主要工序要求如下:
图3.2主要工序1.原点状态=手臂位于左限位置处+右限位处+手爪释放。
2.要有手动、回原点、多周等3种可选工作方式,多周为自动方式。
3.手臂回原点完成后,才能真正切换到自动方式。
第二节主接线图图3.3电气主接线图第三节PLC电气元件明细表和I/O分配表表3.4PLC电气元件明细表PLC器件规格TWDLCAA24DRF本设计编程所需要的数量输入继电器I14点14点I0I13I0I13输出继电器Q10点Q0Q98点Q0Q7辅助继电器M512点M0M51118点M0M14定时器T32个%TMO%TM313个%TMO%TM2表3.5I/O分配表输入分配输出分配I口功能Q口功能I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I0.8I0.9I0.10I0.11I1.0I1.1I1.2自动模式运行X1左限位开关X2大球右限位开关X3小球右限位开关X4上限位开关X5下限位开关急停回原点停手动模式运行手动模式下降运行控制手动运行吸合状态手动模式上升运行控制手动模式右行运行控制手动运行放开控制手动模式行左运行控制Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6电动机M1正转(下降)电动机M1反转(上升)电动机M2正转(右行)电动机M2反转(左行)电磁阀吸合(通电)自动模式指示灯(绿色)手动模式指示灯(黄色)输入共14口输出共7口第四节外部接线图图3.6外部接线图第五节PLC工序图图3.7PLC工序图第六节完整程序指令表(*自动运行*)LD%I0.0OR%M13ANDN%M20ANDN%I0.6ST%M13(*下降2S*)LD%M13OR%M0OR(%M7AND%I0.1)ANDN%M1ANDN%I0.6ANDN%M20ANDN%M12ST%M0(*吸小球*)LD%M0AND%I0.5AND%TM0.QOR%M1ANDN%M2ANDN%I0.6ANDN%M20ST%M1(*上升*)LD%M1AND%TM1.QOR%M2ANDN%M3ANDN%I0.6ANDN%M20ST%M2(*右行*)LD%M2AND%I0.4OR%M3ANDN%M4ANDN%I0.6ANDN%M20ST%M3(*下降*)LD%M3AND%I0.3OR(%M11AND%I0.2)OR%M4ANDN%M5ANDN%I0.6ANDN%M20ST%M4(*放球*)LD%M4AND%I0.5OR%M5ANDN%M6ANDN%I0.6ANDN%M20ST%M5(*上升*)LD%M5AND%TM2.QOR%M6ANDN%M7ANDN%I0.6ANDN%M20ST%M6(*左行*)LD%M6AND%I0.4OR%M7ANDN%M0ANDN%I0.6ANDN%M20ST%M7(*吸大球*)LD%M0ANDN%I0.5ANDN%TM0.QOR%M9ANDN%M10ANDN%I0.6ANDN%M20ST%M9(*上升*)LD%M9AND%TM1.QOR%M10ANDN%M11ANDN%I0.6ANDN%M20ST%M10(*右行*)LD%M10AND%I0.4OR%M11ANDN%M4ANDN%I0.6ANDN%M20ST%M11(*回原点停*)LD%I0.7OR%M12ANDN%I0.6ANDN%M20ANDN%M13ST%M12(*手动运行*)LD%I0.8OR%M20ANDN%M13ANDN%I0.6ST%M20(*手动下降*)LD%I0.9OR%M21ANDN%I0.5ANDN%M13ANDN%M23ST%M21(*手动吸放*)LD%I0.10OR%M22ANDN%I1.1ANDN%M13ST%M23(*手动上升*)LD%I0.11OR%M23ANDN%I0.4ANDN%M13ANDN%M21ST%M24(*手动右行*)LD%I1.0OR%M24ANDN%I0.2ANDN%M13ANDN%M25ANDN%I0.3ST%M25(*手动左行*)LD%I1.2OR%M25ANDN%I0.1ANDN%M13ANDN%M24ST%M25BLK%TM0LD%M0INEND_BLKBLK%TM1LD%M1OR%M9I
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