基于PLC機械手控制系統(tǒng)設(shè)計VIP

四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合實踐報告 I四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)綜合實踐報告基于 PLC 機械手控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)老師： 完成時間： 四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合實踐報告 II摘要隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，機械手廣泛應(yīng)用于采礦、冶金、石油、化學(xué)、船舶等傳統(tǒng)領(lǐng)域，同時也已開始擴大到航空，航天。生化、醫(yī)藥、核能等高科技領(lǐng)域中，本文目的主要是利用可編程控制器作為載體，設(shè)計一套程序取驅(qū)動機械手進行預(yù)訂動作實現(xiàn)對目標的抓取、搬運及投放，根據(jù)需求變化改變搬運軌跡，整個系統(tǒng)利用 plc 技術(shù)位置控制技等關(guān)鍵詞：機械手、可編程邏輯控制器四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合實踐報告 IIIabstractWith the development of science and technology, manipulator is widely used in mining, metallurgy, petroleum, chemical, shipbuilding and other traditional areas, but also has begun to expand to aviation, aerospace. Biochemistry, medicine, nuclear energy and other high-tech fields, in this paper, the main objective is to use the programmable controller as the carrier, design a set of procedures and the drive manipulator to achieve the target capture, handling and delivery booking action, according to the demand change handling trajectory, the whole system by using the technology of PLC position control technology.Keywords: manipulator； programmable； logic controller四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合實踐報告 1目錄緒論1.1 機械手應(yīng)用背景與意義機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、拖持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動） 、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、收縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活度越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有 23 個自由度。控制系統(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或 DSP 等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進一步發(fā)展，自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱，無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進行操作。工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一種新的技術(shù)，是現(xiàn)代四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合實踐報告 2控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)機械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛， 。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，收到機械工業(yè)和鐵路部門的重視。專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進入以通用機械手為標志的時代。由于通用機械手的應(yīng)用和發(fā)展，進而促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內(nèi)容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地擴大。隨著我國工業(yè)的跨越式發(fā)展，機械手作為工業(yè)生產(chǎn)及裝備制造業(yè)中處在及其重要的位置。在工業(yè)生產(chǎn)和裝備制造領(lǐng)域中充當著非常重要的角色，尤其是它能代替人工在有害環(huán)境中進行操作以保護人工的生命安全，在各個領(lǐng)域都有機械手的影子：機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普通；在裝配作業(yè)應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業(yè)中它可以用來組裝零部件；在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易于疲勞的工作環(huán)境，可代替人的勞動；可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等；宇宙及海洋四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合實踐報告 3的開發(fā)；軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和實驗。1.2 機械手應(yīng)用國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人。機械手研究開始于 20 世紀中期，一方面，隨著計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是 1964 年第一臺數(shù)字計算機問世以來，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的發(fā)展，這為機械手的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)；另一方面，核能技術(shù)的研究需要某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì)，在這一需求背景下，美國于 1947 年開發(fā)了遙控機械手，1948 年又開發(fā)了機械式主從機械手。機械手首先是由美國開發(fā)研制的，50 年代以后，機械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門，在高溫、污染嚴重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機床的輔助裝置在自動機床、自動生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用。完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。1954 年美國戴爾沃最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了示教，機械人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機機器人，現(xiàn)在的機器人差不多都采用這種控制方式。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一彈機械手鉚接機器人。作為機器人產(chǎn)品最早的實用機型（示教再現(xiàn)）是1962 年美國 AMF 公司推出的“ERSTRAN”和“UNIMATION”公司推出的“UNIMATE”。我國機械手起步于 20 世紀 70 年代初期，經(jīng)過 30 多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了 3 個階段：70 年代萌芽期，80 年代的開發(fā)期和 90 年代的應(yīng)用期。在我國，機械手市場份額大部分被國外機械手企業(yè)占據(jù)著。在國際強手面四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合實踐報告 4前，國內(nèi)的機械手企業(yè)面臨著相當大的競爭壓力，由上海起，接著天津，吉林，哈爾濱，廣州，昆明等十幾個研究單位和院校分別開發(fā)了固定程序，結(jié)合式，液壓伺服型同用機械手，并開始了機械學(xué)（包括步行機構(gòu)）、計算機控制和應(yīng)用技術(shù)的研究，這些機械手大約 1/3 用于生產(chǎn)。經(jīng)過80 年代尤其是后 5 年的努力，吸引了 160 多個單位從事機械手及相關(guān)技術(shù)的研究力量，形成了京津、東北、華東、華南等機械手技術(shù)地區(qū)和十幾家優(yōu)勢單位，培養(yǎng)了一支 2000 多人的工業(yè)機械手設(shè)計，研制，應(yīng)用隊伍，造就了一批機械手專家，使我國工業(yè)機械手技術(shù)發(fā)展基本上可以立足于國內(nèi)。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強國”邁進，中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)，對我國工業(yè)自動化的提高迫在眉睫，政府務(wù)必會加大對機器人的資金投入和政府支持，將會給機械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動力。我國主要開發(fā)的機械手由噴涂機械手、焊接機械手、搬運機械手和裝配機械手。這些工業(yè)機械手主要由類似人的手和臂組成，它可替代人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合實踐報告 5第 2 章控制要求本次的設(shè)計需要自己對機械手進行各種器件的選擇，并且編程通過PLC 運行程序，實現(xiàn)機械手上下，左右移動和夾取物品，本次的操作要求是通過手動和自動的方式來實現(xiàn)設(shè)計目標，其中自動有三種方式。單步運動：按下按鈕機械手完成這個動作就停止。單周運動：按下啟動按鈕，從原點開始，機械手按工序自動完成一個周期的動作后，停在原位。連續(xù)運動：機構(gòu)停在原位時，按下啟動按鈕，機構(gòu)自動執(zhí)行周期工作。按下復(fù)位鍵復(fù)位。第 3 章設(shè)備選型3.1.控制的選型輸出刷新三個階段。PLC 的特點：1、抗干擾能力強、可靠性高。2、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強。3、編程方便，易于使用。4、功能強大，成本低。5、設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短。6、維護方便。四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合實踐報告 63.2.2 常用 PLC 介紹在中國，PLC 的型號有很多種，而且生產(chǎn)的廠家也不同，其類型也有所不同，使用起來也都不相同，三菱 PLC 采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時計時與操作等面向用戶指令，并通過數(shù)字或模擬量輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，三菱 PLC 在中國常見的型號有 FR-FX1S,FR-FX2N,FR-FX30 等。其特點和許多 PLC 相似，編程簡單、可靠性高、高速運算等，其缺點是，模擬量模塊比較昂貴且程序復(fù)雜。西門子 PLC 在中國市場的占有率很大，廣泛的應(yīng)用在多種領(lǐng)域里。也是技術(shù)比較成熟、最具有特色和最具有代表性的微型 plc，除基本的指令表編程外，還可以用采用梯形圖及對應(yīng)機械動作流程進行順序功能圖編程，而且這些程序可以互相轉(zhuǎn)換。其 S7 系列 plc 體積小，速度快，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力功能更強等，而且還具有強大的中文功能。綜上，西門子 plc 更加符合我們經(jīng)濟和要求，因此我們選擇 plc 作為本次的控制中心。3.2.3 西門子 PLC 的選型西門子 PLC 的主要型號有 S7-200，S7-300 ， S7-400，S7-1200 幾種型號，其用途也會有所不同，S7-200 用于小型的電氣系統(tǒng)中，著重邏輯控制，S7-300 用于稍大的控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)復(fù)雜的工藝控制，s7-400 用于大型控制系統(tǒng)，主要實現(xiàn)冗余控制等，由于我們這次是對模型四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合實踐報告 7的機械手控制，屬于小型的控制系統(tǒng)，而且邏輯控制要求也比較高，因此我們選擇西門子 PLCS7-200 CPU224 CDC/DC/DC 作為本次控制中心的型號，由于此型號只有 14 個輸入點 10 個輸出點，而我們要 24 個輸入點 11 個輸出點，遠遠不夠我們的需求，我們還需要一個擴展模塊。S7-200 的擴展模塊有。1. 輸入擴展模塊 EM221: 共有 3 種產(chǎn)品，即 8 點和 16 點DC、8 點 AC。