机械设计与制造专业毕业论文--机械手的PLC控制设计及调试

1、机械设计与制造专业毕业论文-机械手的PLC控制设计及调试 目 录摘要2ABSTRACET3引言51 PLC的开展历程和构成71.1 PLC的开展史71.2 PLC的构成81.3 CPU的构成81.4 I.O模块81.5 电源模块91.6 底版和机架91.7 PLC系统的其他设备92 机械手的组成102.1 机械手的开展102.2 动力臂的机械构造102.3 控制和动力臂的机械构造112.4 位置控制系统112.5 负载反传系统113 机械手PLC的开展历程和构成123.1 根据工艺过程分析控制要求123.2 确定所需的用户输入/输出设备及I/O点数153.3 PLC的选择183.4 分配PLCI/O点的编号 定义号 183.5 PLC程序设计184 英文资料30个人小结35参考文献46 机械手的PLC控制设计及调试摘要机械手?能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身平安，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来

2、抓持工件或工具的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动摆动、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度?。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机?械手设计的关?键参数。自由?度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手引言机械手是一种能模拟人的手臂的局部动作，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的自动化装置；机械手的结构主要由手指，手腕，小臂和大臂等几局部

3、组成。料架为旋转式，由料盘和棘轮机构组成。每次转动一定角度由工件数决定以保证待加工零件对准机械手。而可编程控制器由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改，易于扩展和维护，环境要求低、体积小巧，安装调试方便，在工业控制中有着广泛的应用。根据我们所设计的机械手的驱动部件为步进电机的特点，应用移位存放指令可以很方便、灵活地对机械手进行控制。PLC的开展历程和构成1.1 PLC的开展历可编程序控制器的英文为Programmable ControllerPC。由于到90年代，个人计算机开展起来，也简称为PC；加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器PLC，Programmable Logic Controller，为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。 1968年美国GM通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一土改可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的开

4、展，现在已有第五代PLC产品了。 在八十年代至九十年代中期，是PLC3040%。由于PLC人机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一局部DCS的市场过程控制并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业PCIPC的出现，特别是近年来现场总线技术的开展，IPC和FCS也挤占了一局部PLC市场，所以近年来PLC增长速度总的说是渐缓。目前全世界有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车23%、粮食加工16.4%、化学/制药14.6%、金属/矿山11.5%、纸浆/造纸11.3%等行业。 国内PLCPLC在我国未形成制造产业。作为原理、技术和工艺均无尖端技术难度的产品，只要努力，是能形成制造产业的。 PLC的市场的潜力是巨大的，不仅在我国，即使在工业兴旺的日本也有调查说明，PLC配套的机电一体化产品的比例占42%，采用继电器、接触器控制尚有24%。所以说，需要应用PLC的场合还很多，在我国就更是如此了。 PLC具有稳定可靠、价格廉价、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，这是它能持久的占有市场的根本原因，我们下面重点阐述几个问题，并研究其开展趋势。 ?PLC控制器本身的硬件

5、采用积木式结构，各厂家产品结构大同小异。以日本欧姆龙C200HE为例，为总线模板框式结构，根本框架CPU母板上装有CPU模板，其它槽位装有I/O模板；如果I/O模板多时，可由CPU母板经I/O扩展电缆连接I/O扩展母板，在其上装I/O模板；另一种方法是配备远程I/O从站等。这些都说明了PLC厂家将硬件各部件均向用户开发，便于用户选用，配置成规模不等的PLC，而且这种硬件配置的开放性，为制造商、分销商代理商、系统集成商、最终用户带来很多方便，为营销供给链带来很大便利，这是一大成功经验。 PLC内的I/O模板，除一般的DI/DO、AD/DA模板外，还开展了一系列特殊功能的I/O模板，这为PLC用于各行各业翻开了出路，如用于条形码识别的ASCII/BASIC模板，用于反应控制的PID模板，用于运行控制、机械加工的高速计数模板、单轴位置控制模板、双轴位置控制模板、凸轮定位器模板、射频识别接口模板等，这在以后还会有很大开展。另外在输入、输出的相关元件、强干扰场合的输入、输出电隔离、地隔离等方面也会更加完善。 PLC中的CPU与存储器配合，完成控制功能。它与DCS系统处理温度、压力、流量等参数的系

6、统不同，采用快速的巡回扫描周期，一般为0.10.2秒，更快的那么选用50毫秒或更小的消灭周期。它是一个数字采样控制系统。 由于各PLCIEC制订了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3注：1993年IEC公布可编程序控制器的国际标准IEC1131，它规定了指令表IL、梯形图LD、顺序功能图SFC、功能块图FBD、结构化文本ST五种编程语言。这包括了文本化编程IL、ST和图形编程LD、FBD两个方面，而SFC那么在两类编程语言中均可使用。IEC技术委员会TC65进来开展了IEC61499工程，将IEC61131-3进行了扩展，它是针对通过通信网络互联的模块化分布系统的体系结构的标准，将对IEC61131-3有所改善。这是以数字技术为根底的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件，是PLC开展的一大趋势。 一个或假设干PLCPC机联出系统，PC机起到原编程器及人机界面操作站的作用，这20世纪90年代的新潮流，这样为系统集成带来了商机，同时编程软件和人机界面软件监控软件或称组态软件及软件接口或称驱动软件也得到了开展。 1.2 PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式

7、和组合式模块式两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规那么组合配置。 1.3 CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的存放器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、存放器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 1.4 I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出局部I/O完成的。I/O模块集成了P

8、LC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入DI，开关量输出DO，模拟量输入AI，模拟量输出AO等模块。开关量是指只有开和关或1和0两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型4-20mA,0-20mA、电压型0-10V,0-5V,-10-10V等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的根本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 1.5 电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源220VAC或110VAC，直流电源常用的为24VAC。 1.6 底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机

9、架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 1.7、PLC系统的其它设备1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机运行编程软件充当编程器。2、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏或触摸屏式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机运行组态软件充当人机界面非常普及。3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。 1.8 PLC的通信联网PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。2机械手的组成2.1 机械手的开展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。机械手由以下结构：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，五局部组成。机械手的设计设想是以人的手为根底，以机械拉来实现人的动作，它的动作由

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