基于PLC控制機(jī)械手抓取大小球課程設(shè)計(jì).doc

目錄摘要. 1第一章 概述.2 1.1 機(jī)械手在生活中的背景.2 1.2 機(jī)械手使用的意義 .2 1.3 PLC工作原理.3第二章 大小球硬件設(shè)計(jì).62.1系統(tǒng)的要求及工作示意圖.62.2 I/O編址及工作框圖.72.3電器元件選型.82.4 系統(tǒng)主電路圖.82.5 分揀大小球設(shè)計(jì)思想.9第三章PLC分揀大小球軟件設(shè)計(jì).103.1 機(jī)械手分撿大小球控制程序流程圖.103.2 機(jī)械手分撿大小球控制程序梯形圖.113.3 機(jī)械手分撿大小球控制程序指令表.143.4 機(jī)械手分撿大小球控制程序分析.15第四章 結(jié)論.17參考文獻(xiàn).18摘要機(jī)械手的優(yōu)良作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)，第一，它可以代替生產(chǎn)者的部分勞動(dòng)生產(chǎn)力，可以代替生產(chǎn)者在污染嚴(yán)重、高危險(xiǎn)環(huán)境下作業(yè)。而且可以被嚴(yán)格的控制并達(dá)到人們對(duì)機(jī)械手作業(yè)的要求。同時(shí)可以遵循一定程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送。同時(shí)，它能大大地改善勞動(dòng)者的勞動(dòng)條件，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的向前發(fā)展的趨勢(shì)。因此，受到各先進(jìn)單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用德國(guó)西門(mén)子S7-200系列PLC，對(duì)機(jī)械手的上下、左右運(yùn)動(dòng)及抓取、松放小球進(jìn)行控制。利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。關(guān)鍵字： PLC 機(jī)械手 抓取 大小球第一章 概述1.1 機(jī)械手在生活中的背景能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)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、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱(chēng)為機(jī)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(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專(zhuān)用機(jī)械手有23個(gè)自由度。1.2 機(jī)械手使用的意義以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本；以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒(méi)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。1.3 PLC的工作原理PLC的工作工程以循環(huán)掃描方式進(jìn)行，當(dāng)PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其運(yùn)行周期可劃分為3個(gè)基本階段：輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。(一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 (三) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。第二章PLC分揀大小球硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)的要求及工作示意圖2.1.1 系統(tǒng)要求：1）原位：機(jī)械手原始狀態(tài)為左上角原位處，即上限開(kāi)關(guān)LS3及左限開(kāi)關(guān)LS1壓合，同時(shí)機(jī)械手處于放松狀態(tài)和球槽內(nèi)有球（接近開(kāi)關(guān)PS吸合），這時(shí)原位顯示亮，表示準(zhǔn)備就緒。 2）按下啟動(dòng)按鈕SB1后，機(jī)械手下降，當(dāng)碰到下線開(kāi)關(guān)時(shí)，機(jī)械手有0.2s的暫停時(shí)間，與此同時(shí) ，吸球，如果吸的是小球，接近開(kāi)關(guān)閉合，是大球時(shí)，接近開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，暫停時(shí)間到后開(kāi)始上升。 3）機(jī)械手吸住球后就提升，碰到上限開(kāi)關(guān)LS3.和LS1后就右行。 4）如果是小球，則右行到LS4處；如果是大球，則右行到LS5處。 5）機(jī)械手下降，當(dāng)碰到下限開(kāi)關(guān)LS6時(shí)，將小球釋放到小球容器中；如果是大球，則釋放到大球容器中。 6）釋放后機(jī)械手提升，碰到上限開(kāi)關(guān)LS3后，左行。 7）左行至碰到左限開(kāi)關(guān)LS1時(shí)，開(kāi)始下移，進(jìn)入第二個(gè)循環(huán)中。2.1.2機(jī)械手分揀大小球的工作示意圖如下所示：圖2-1 圖2-12.2 I/O編址及工作框圖如下圖所示輸入地址對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備輸出地址對(duì)應(yīng)設(shè)備的操作I0.0啟動(dòng)按鈕SB1Q0.0機(jī)械臂下降I0.1下移限位開(kāi)關(guān)LS2Q0.1機(jī)械臂上升I0.2上移限位開(kāi)關(guān)LS2Q0.2機(jī)械臂右行I0.3小球右移限位開(kāi)關(guān)LS4Q0.3機(jī)械臂左行I0.4大小球的選擇開(kāi)關(guān)Q0.6機(jī)械臂吸球/放球輸入地址對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備定時(shí)器定時(shí)時(shí)間I0.5大球右限開(kāi)關(guān)T370.2I0.6球籃上方限位開(kāi)關(guān)T380.2T390.2T400.2T410.2 圖2-2 2.3 電器元件選型電器元件一覽表如下表2-1所示表2-1 電器元件序號(hào)代號(hào)名稱(chēng)型號(hào)1M電動(dòng)機(jī)JCB-22-22FU熔斷器RT183FR過(guò)熱繼電器T25DU5.04KM交流接觸器EB9-30-105QS自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)S25SC2.4 系統(tǒng)主電路圖圖 2-1 系統(tǒng)主電路圖圖2-3圖中KM1 和KM3 控制電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行（機(jī)械臂下行和右行），KM2和KM4分別控制電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行（機(jī)械臂上行和左行）的交流接觸器。用KM1、KM3 和KM2 、KM4的主觸點(diǎn)改變進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的三相電源的相序, 即可以改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。2.5分揀大小球設(shè)計(jì)思想（1）當(dāng)輸送機(jī)處于起始位置時(shí)，上限位開(kāi)關(guān)和左限位開(kāi)關(guān)被壓下，極限開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。（2）啟動(dòng)裝置后，撿球裝置下行，一直到極限開(kāi)關(guān)閉合。此時(shí)。若碰到的是小球，則壓力傳感器仍為斷開(kāi)狀態(tài)；若碰到的是大球，則壓力傳感器閉合狀態(tài)。（3）吸起小球后，則撿球裝置向上行，碰到上限位開(kāi)關(guān)后，撿球裝置向右行；碰到右限位開(kāi)關(guān)（小球的右限位開(kāi)關(guān)）后，再向下行，碰到下限位開(kāi)關(guān)后，將小球釋放到小球箱里，然后返回到原位。（4）如果吸起的是大球，撿球裝置右行碰到另一個(gè)右限位開(kāi)關(guān)（大球的右限位開(kāi)關(guān)）后，再向下行，碰到下限位開(kāi)關(guān)后，將大球釋放到小球箱里，然后返回到原位。圖2-4第三章PLC分揀大小球軟件設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械手分撿大小球控制程序流程圖根據(jù)要求，該控制流程根據(jù)吸住的是（大球、小球）有兩個(gè)分支，此處應(yīng)為分支點(diǎn)，且屬于選擇性分支。分支在機(jī)械臂下降之后根據(jù)接近開(kāi)光（I0.0）的通斷，分別將球吸住、上升、右行到LS4 或 LS5 處下降，此處應(yīng)為匯合點(diǎn)。然后再釋放、上升、左移到原點(diǎn)。圖3-13.2 機(jī)械手分撿大小球控制程序梯形圖圖3-2圖3-3圖3-4圖3-5圖3-6圖3-7圖3-8圖3-9圖3-10圖3-113.3 機(jī)械手分撿大小球控制程序指令表 圖3-12 圖3-13 圖3-14 圖3-15圖3-163.4 機(jī)械手分撿大小球控制程序分析接通開(kāi)關(guān)SB1，機(jī)械手得電，下行至LS2，I0.2得電，停止下降，撿球裝置給平板處的電磁線圈（KM）通電，撿球平板產(chǎn)生電磁吸力吸住鋼球，此時(shí)壓力感應(yīng)器I0.4用來(lái)判斷是吸住的大球還是小球，如果壓力感應(yīng)器I0.4的輸出斷開(kāi)，說(shuō)明吸住的是小球，而如是閉合的，則說(shuō)明吸住的是大球。當(dāng)吸住鋼球后，I0.2得電撿球平板上升，碰到上限開(kāi)關(guān)后開(kāi)始右行，上行至LS3處開(kāi)始右行，I0.3為小球左限開(kāi)關(guān)，I0.5為大球右限開(kāi)關(guān)，如果吸住的是大球，則要右行至LS5處，此時(shí)I0.1得電，下行至LS2處。I0.6得電，釋放大球，I0.2得電上行至LS3時(shí)，I0.5斷電返回左限LS1；如果吸住的是小球，則要左行至LS4處，此時(shí)I0.1得電，下行至LS2處。I0.6得電，釋放小球，I0.2得電上行至LS3時(shí)，I0.3斷電返回LS1。系統(tǒng)有兩種循環(huán)模式：1、無(wú)限循環(huán)，人工斷電；2、單周期運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，停止方式有兩種，一種是正常停止：就是按下停止按鈕后，系統(tǒng)要將整個(gè)周期剩下的步驟全部進(jìn)行完，然后回到原點(diǎn)才停止工作。另外一種是緊急停止：就是用來(lái)處理緊急情況下來(lái)及時(shí)停止整個(gè)系統(tǒng)工作的，一按緊急停止，系統(tǒng)立刻停止，不管已經(jīng)工作到什么位置。第四章 結(jié)論調(diào)試部分：（1）大小球設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)的最初，思維混亂，一無(wú)進(jìn)展，最后在老師的指導(dǎo)下、同學(xué)的幫助下、自己的不懈努力下，完成了設(shè)計(jì)。（2）程序調(diào)式：機(jī)械手右行和下降的程序編寫(xiě)有錯(cuò)誤，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)不會(huì)閉合，最后在老師的指導(dǎo)下講程序改正，順利完成實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，讓我對(duì)PLC的編程有了深刻的認(rèn)識(shí)，不再是停留在書(shū)本上，實(shí)踐中學(xué)會(huì)了很多書(shū)本中沒(méi)有的知識(shí)。向同學(xué)的請(qǐng)教中，看到了同學(xué)的熱情，和自己與同學(xué)之間的差距。設(shè)計(jì)在老師的指導(dǎo)下，很好的完成了，讓我看到老師那種對(duì)待學(xué)生的認(rèn)真，把問(wèn)題要在本質(zhì)上解決，而不是只停留在表面?？傊?，在這次設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了新的知識(shí)，增強(qiáng)了軟件使用能力，充實(shí)了自己，使自己有了提高。參考文獻(xiàn)