基于plc控制的气动机械手设计.doc

目　　　　录 摘 要 IV第一章 绪论 11.1气动机械手的应用领域 11.2机械手的发展状态及前景方向 11.3本课题的研究目的与意义 1第二章 气压传动的工作原理 32.1气压传动概述 32.1.1气压传动组成及工作原理 32.1.2气压传动系统的组成 32.1.3气压传动的优点 32.1.4气压传动的缺点 32.2PLC与气压控制 42.2.1基础气压 4 2.2.2PLC与气压过程控制 62.3电磁阀应用技术 132.3.1概述 132.3.2电磁阀的应用领域 142.3.3电磁阀的种类及工作原理 15 2.3.4电磁阀的特点 152.3.5电磁阀的应用 16第三章 FX系列可编程控制器 203.1 PLC概述 203.1.1 PLC的历史及发展 203.1.2 PLC的应用领域 213.1.3 PLC的特点 223.2 FX系列PLC 233.2.1 FX2N结构特点及硬件配置 233.2.2可编程控制器的软元件的作用和功能 25第四章 机械手PLC控制系统总体设计方案概述 274.1机械手PLC控制系统总体设计 274.2机械手传送工件系统示意图 274.3机械手输送系统I/O接口分配表 284.4机械手控制系统的工作原理和运行模式 304.5机械手PLC控制程序设计 314.6各运行模式下程序设计 324.6.1初始化程序 324.6.2手动运行程序设计 324.6.3回原点运行程序设计 324.6.4自动运行程序设计 33第五章 总结与展望 365.1设计总结 365.2前景展望 36致 谢 37参考文献 38目 录摘 要在生产中广泛存在着很多不能直接由人手完成的工作，尤其是搬运笨重物体或在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气和放射性等恶劣的环境下工作。

人工在这样环境下生产，不仅效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，而且还会危及人的生命安全针对上述问题，本课题利用PLC技术，结合气动技术、位置控制技术设计了一种安全高效的气动机械手控制系统，来代替人进行正常工作，大大提高生产的机械化水平和劳动生产率，保证产品质量、实现安全生产本系统利用各种检测装置进行位置检测，再通过PLC做出相应的控制，来模拟人手的部分动作，按给定的顺序、轨迹和要求实现自动搬运、抓举等操作可以广泛应用于汽车、交通、运输等各行各业本系统由于采用的是PLC作为主控制器，比起其他控制器更易实现机电一体化，也更适合在工业等恶劣环境下工作本系统具有很强的实用性和广泛的应用范围它操作简单，具有良好的扩展性和可靠性PLC软件编程简单，易于修改，只要通过修改相应软件程序，就实现更多更强的功能因此在生产实际中具有很高的实际应用价值关键词：机械手 PLC 电磁阀35绪论第一章 绪论1.1气动机械手的应用领域由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。

所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、冶金、电子、轻工、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等1.2机械手的发展状态及前景方向机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类专用机械手:它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，具有固定(有时可调)程序，使用大批量的自动生产如自动生产线上的上料机械手，自动换刀机械手，装配焊接机械手等装置通用机械手:它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，它的工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线在21世纪可编程控制器会有更大的发展从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、组网能力更强的品种出现从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富，规模更齐备完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言这是有利于可编程技术的发展及可编程产品的普及的。

从网络的发展情况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机组网，构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向，目前的计算机集散控制系统（Distributed Control System）及现场总线控制系统中已有大量的可编程控制器应用，伴随着总线技术及计算机网络的进一步发展，可编程控制器作为自动化控制网络或国际通用网络的重要的组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用机械手的发展前景方向：（1）重复高精度（2）模块化（3）无给油化（4）机电一体化1.3本课题的研究目的与意义随着工业自动化程度的提高，机械手的应用领域越来越广机械手能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具机械手可以代替很多重复性的体力劳动，从而减轻工人的劳动强度、提高生产效率目前，对机械手的控制可采用以下几种方式：（1）用继电器控制，这种控制系统故障率高、控制方式不灵活且功耗大，已逐渐被人们所淘汰；（2）用微机控制，虽然它在智能控制方面有较强大的功能，但它的抗干扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术，广泛应用也不太容易；（3）PLC控制，此控制系统具有运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强、能经受恶劣环境的考验等优越性，已经成为在机械手控制系统中使用最多的控制方式。

电磁阀应用技术第二章 气压传动的工作原理2.1气压传动概述 2.1.1气压传动组成及工作原理气压传动简称气动，是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化、自动化的一门技术2.1.2气压传动系统的组成（1）气源装置： 把原动机输出的机械能转变为空气压力能的装置，其主要设备是空气压缩机 （2）控制元件：对压缩空气的压力、流量和流动方向进行控制的装置，以保证执行元件具有一定的输出力和速度并按设计的程序正常工作例如压力阀、节流阀、换向阀和逻辑阀等3）执行元件：把压缩空气的压力能转换成机械能的装置，如气缸和气马达 （4）辅助元件：指用于辅助保证气动系统正常工作的一些装置如空气过滤器、消声器和油雾器等5）传动介质：即传递能量的压缩空气2.1.3气压传动的优点（1） 空气随处可取，取之不尽，无介质费用和供应上的困难；用后的空气直接排入大气，对环境无污染，处理方便，不必设置回收管路，因而也不存在介质变质、补充及更换等问题 （2）空气粘度小(约为液压油的万分之一)，在管内流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送即使有泄漏，也不会严重影响工作，不会污染环境。

（3）和液压相比，气动反应快，动作迅速，维护简单，管路不易堵塞 （4）气动元件结构简单、制造容易，适于标准化、系列化、通用化 （5）气动系统对工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中工作时，安全可靠性优于液压、电子和电气系统 （6）空气具有可压缩性，使气动系统能够实现过载自动保护，也便于储气罐储存能量，以备急需 （7）排气时气体因膨胀而温度降低，因而气动设备可以自动降温，长期运行也不会发生过热现象2.1.4气压传动的缺点（1) 由于空气的可压缩性大，所以气动系统的稳定性差，负载变化时对工作速度的影响较大，速度调节较难2）气压传动系统工作压力低，输出力较小，且传动效率低 （3)气动装置中的信号传递速度仅限于声速范围内， 其工作频率和相应速度远不如电子装置，并且信号要产生较大的失真和延滞，也不便于构成较复杂的回路 （4)需对气源中的杂质及水蒸气进行净化处理，净化处理的过程较复杂空气无润滑性能，故在系统中需要润滑处应设润滑给油装置 （5)气动系统有较大的排气噪声，使环境恶化、危害人体健康，影响人的情绪，应设法消除或降低噪声 （6)气动系统有泄漏，这是能量的损失。

一定量的外泄漏也是允许的，但应尽可能减少泄漏2.2PLC与气压控制2.2.1基础气压（１）气压系统基本架构 空 压 机 干 燥 机 储 气 槽 气 压 缸 方 向 阀 压源 三点组合 （2）气压源：工作压力 4～7 bar ( 1 Kg / cm2 = 0.981 bar) （3）三点组合（调理组）：调压、滤水、润滑 （4）气压缸:单动缸、双动缸 （5）方向阀： 口与位的观念 一个方块代表一个作动位置 方块内的箭头表示气流的方向 ( T代表不通的口 ) 一个作动位置中进气与出气口的总和为口数 ‚作动与复归方式 按钮作动 手炳作动 踏板作动 辊轮作动 气压作动 电磁作动 电磁导引气压作动 弹簧复归 气压复归 电磁复归 电磁导引气压复归 （6）基本气压回路 2.2.2PLC与气压过程控制（一）单一流程 A、B皆为双动缸，分别以双边电磁阀控制动作顺序如图PB ON (Pulse) ，则系统激活一次循环后自动停止。

I/O 规划如下 输入：PB=X0 a1=X1 a0=X2 b1=X3 b0=X4 输出：A+=Y0 A-=Y1 B+=Y2 B-=Y3按下激活开关START步骤１步骤２步骤３一开始（RUN）系统处于待机状态A气压缸到达前顶点B气压缸后退A气压缸到达后顶点回到步骤１ S 0 S 20 S 22Jump S0X0X1X3步骤4步骤5A气压缸前进B气压缸前进B气压缸到达前顶点B气压缸到达后顶点A气压缸后退 S 24X4 S 26X2。