機(jī)電一體化plc機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　機(jī)械手是工業(yè)控制和加工中經(jīng)常用到的執(zhí)行部件，具有能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境、效率高、安全穩(wěn)定和可進(jìn)行高強(qiáng)度工作的優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化生產(chǎn)線上有廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效的辦法；控制

2、機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。機(jī)械手是能夠模仿人體上肢的部分功能，可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。自上世紀(jì)六十年代，PLC設(shè)計(jì)的機(jī)械手被實(shí)現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對(duì)它的開(kāi)發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展，它可以在減輕繁重的體力勞動(dòng)、改

3、善勞動(dòng)條件和安全生產(chǎn)；提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力等方面起到及其重要的作用。</p><p>　　關(guān)鍵字：機(jī)械手 PLC 現(xiàn)代工業(yè)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄1</b></p><p>

4、;<b>　　第一章 概述2</b></p><p>　　1.1機(jī)械手 PLC的應(yīng)用和發(fā)展2</p><p>　　1.2 PLC選取3</p><p>　　1.3系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分析4</p><p>　　第二章 硬件設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制要求5</p&g

5、t;<p>　　2.2輸入/輸出點(diǎn)地址分配5</p><p>　　2.3 主電路圖6</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1機(jī)械手的運(yùn)行流程7</p><p>　　3.2機(jī)械手運(yùn)行梯形圖8</p><p>　　3.3機(jī)械手運(yùn)行指令表13</p>

6、<p>　　第四章 系統(tǒng)調(diào)試16</p><p>　　4.1使用設(shè)備16</p><p>　　4.2.調(diào)試過(guò)程16</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)17</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　第

7、一章 概述</b></p><p>　　1.1機(jī)械手 PLC的應(yīng)用和發(fā)展</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電氣控制領(lǐng)域取得了很大的發(fā)展，也得了越來(lái)越多的應(yīng)用?？删幊炭刂破鳎≒LC）的應(yīng)用使電氣控制技術(shù)發(fā)生了根本的變化。術(shù)的發(fā)展，電氣控制技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域，特別是在機(jī)電自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。</p><p&

8、gt;　　PLC作為先進(jìn)的、應(yīng)用勢(shì)頭最強(qiáng)的工業(yè)控制器風(fēng)靡全球，與CAD/CAM和工業(yè)機(jī)器人一起成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱。其功能從初期的主要替代繼電器、接觸器的簡(jiǎn)單功能，發(fā)展到接近目前通用的計(jì)算機(jī)所具有的強(qiáng)大軟硬件功能。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有

9、效的辦法；控制機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)，金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三有50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。</p><p

10、>　　自上世紀(jì)六十年代，機(jī)械手被實(shí)現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對(duì)它的開(kāi)發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展，最典型的發(fā)展是生產(chǎn)者將此產(chǎn)品大量應(yīng)用于衛(wèi)生行業(yè)（全自動(dòng)生化分析儀），從而實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)生檢驗(yàn)中急需短時(shí)間、大量樣品數(shù)據(jù)的要求，但在衛(wèi)生領(lǐng)域的機(jī)械手因采用樣品品單一酶試劑顯色法，且采用濾光片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，造成試劑價(jià)格昂貴，限制了產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械手的設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)破了單一試劑、加熱及濾光片的束縛。比如美國(guó) OI 公司的產(chǎn)品，可針對(duì)單一項(xiàng)目，次序加 4

11、 種試劑，加熱溫度也提高到 50 ℃ ，檢測(cè)器則采用二極管陳列技術(shù)，這些進(jìn)步為新領(lǐng)域的應(yīng)用提供了強(qiáng)大支持。有專家估計(jì)未來(lái)10 年，全自動(dòng)流動(dòng)分析儀的市場(chǎng)份額中，將有 50 ％被全自動(dòng)化學(xué)分析機(jī)械手取代。 通過(guò)了解上述兩類產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)我們不難看出，機(jī)械手具有微升級(jí)試劑消耗，不受模板束縛，分析中不同檢測(cè)項(xiàng)目可穿插完成，可完成研發(fā)性波長(zhǎng)掃描優(yōu)化檢測(cè)條件，用戶可自行設(shè)計(jì)新的檢測(cè)項(xiàng)目，體積小，甚至可做現(xiàn)場(chǎng)快速分析等特點(diǎn)。 由此也不難看出，以前流

12、動(dòng)分析中不適合的用戶群，如樣品檢測(cè)單一種類少而樣品量多的情況，為機(jī)械手的應(yīng)用提供了可能性。對(duì)衛(wèi)生行業(yè)的快速分析中，也因新型機(jī)械手的設(shè)</p><p>　　PLC也被廣泛地在流程工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中使用，一直到現(xiàn)在的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，PLC更是其中的主角，起應(yīng)用面越來(lái)越廣.目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車、糧食加工、化學(xué)/制藥、金屬/礦山、紙漿/造紙等行業(yè)。PLC的主要應(yīng)用范圍通常可分成

13、以下幾種： </p><p>　　中小型電氣控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　制造業(yè)自動(dòng)化。</b></p><p><b>　　運(yùn)動(dòng)控制。 </b></p><p><b>　　流程工業(yè)自動(dòng)化。</b></p><p><b>　　1.

14、2 PLC選取</b></p><p>　　由于市場(chǎng)的需求和西門子PLC的廣泛應(yīng)用所以我選取的是S7-200.我們對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明：</p><p>　　S7-200系列是一類可編程邏輯控制器（Micro PLC）。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動(dòng)化控制需要，下圖展示一臺(tái)S7-200 Micro PLC的 CPU22*系列PLC的CPU外型圖如圖2，具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展

15、性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，使得S7-200可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級(jí)使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問(wèn)題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。</p><p>　　S7-200 CPU模塊包括一個(gè)中央處理器單元（CPU）、電源以及數(shù)字量I/O點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。</p><p>　　PLC模塊的選擇：采用CPU224的主機(jī)和輸出擴(kuò)展模塊EM22

16、2簡(jiǎn)要介紹對(duì)擴(kuò)展模塊的選?。?lt;/p><p>　　S7-200PLC的I/O擴(kuò)展模塊有：</p><p>　　1.輸入擴(kuò)展模塊EM221: 共有3種產(chǎn)品，即8點(diǎn)和16點(diǎn)DC、8點(diǎn)AC。</p><p>　　2.輸出擴(kuò)展模塊EM222：共有5種產(chǎn)品，即8點(diǎn)DC和4點(diǎn)DC、8點(diǎn)AC、8點(diǎn)繼電器和4點(diǎn)繼電器。</p><p>　　3.輸入/輸出混合

17、模塊EM223：共有6種產(chǎn)品。其中DC輸入/DC輸出的有3種，DC輸入/繼電器輸出的有三種，它們對(duì)應(yīng)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分別為4點(diǎn)、8點(diǎn)和16點(diǎn)。</p><p>　　4.模擬量輸入擴(kuò)展模塊EM231。</p><p>　　5.模擬量輸出擴(kuò)展模塊EM232。</p><p>　　6. 模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM235。</p><p>　　1.

18、3系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分析</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)由操控面板來(lái)完成整個(gè)機(jī)械手的的操作，工件通過(guò)光電開(kāi)光進(jìn)行檢測(cè)。機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作由汽缸驅(qū)動(dòng)，而汽缸由相應(yīng)的電磁閥控制。機(jī)械手的全部動(dòng)作由PLC控制完成。</p><p><b>　　第二章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制要求</p><p>　　

19、圖中為一個(gè)將工件由一處傳送到另一處的機(jī)械手，上升/下降和左移/右移的執(zhí)行用雙線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成。當(dāng)某個(gè)電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機(jī)械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動(dòng)作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。另外，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動(dòng)作，線圈斷電時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。設(shè)備裝有上、下限位和左、右限位開(kāi)關(guān)，它的工作過(guò)程如圖所示，有八個(gè)動(dòng)作且運(yùn)行方式分為

20、單步，單周期，連續(xù)三種模式。</p><p>　　2.2輸入/輸出點(diǎn)地址分配</p><p>　　輸入點(diǎn)： 輸出點(diǎn)：</p><p>　　啟動(dòng)按鈕 SB1 I0.0 原始位開(kāi)關(guān) HL Q0.5</p><p>　　停止按鈕

21、SB2 I0.5 抓球電磁鐵 YV2 Q0.1</p><p>　　下限為開(kāi)關(guān) SQ1 I0.1 下行接觸器 YV1 Q0.0</p><p>　　上限位開(kāi)關(guān) SQ2 I0.2 上行接觸器 YV3 Q0.2</p><p>

22、　　右限位開(kāi)關(guān) SQ3 I0.3 右行接觸器 YV4 Q0.3</p><p>　　左限位開(kāi)關(guān) SQ4 I0.4 左行接觸器 YV5 Q0.4</p><p>　　2.PLC外圍接線圖如圖2-1:</p><p>　　圖2-1 PLC外圍接線圖</p>&l

23、t;p>　　YV1、YV2、YV3、YV4、YV5、HL分別接主機(jī)的輸出點(diǎn)Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5；SB1、SB2分別接主機(jī)的輸入點(diǎn)I0.0、I0.5；SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分別接主機(jī)的輸入點(diǎn)I0.1、I0.2、I0.3、I0.4。</p><p><b>　　2.3 主電路圖</b></p><p>　　圖2-2

24、三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1機(jī)械手的運(yùn)行流程 </p><p><b>　　工作流程圖書3-1</b></p><p>　　3.2機(jī)械手運(yùn)行梯形圖</p><p>　　3.3機(jī)械手運(yùn)行指令表 </p><p&g

25、t;　　TITLE=程序注釋 </p><p>　　Network 1 </p><p>　　單周期循環(huán)控制 </p><p>　　LD I1.1 </p><p>　　O M0.0</p><p>　　AN

26、 I0.5</p><p>　　= M0.0</p><p>　　Network 2 </p><p>　　置位初始狀態(tài)S0.0</p><p>　　LD SM0.1</p><p>　　S S0.0, 1</p><p><b>　　Network 3

27、</b></p><p><b>　　初始狀態(tài)S0.0 </b></p><p>　　LSCR S0.0</p><p>　　Network 4 </p><p><b>　　原始位置指示燈</b></p><p>　　LD I0.2</p>

28、;<p>　　A I0.4</p><p>　　AN Q0.1</p><p>　　= Q0.5</p><p>　　Network 5 </p><p>　　按啟動(dòng)按鈕，狀態(tài)轉(zhuǎn)移</p><p>　　LD I1.1</p><p>　　SCRT

29、 S0.1</p><p>　　Network 6 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 7 </p><p>　　LSCR S0.1</p><p><b>　　Network 8</b></p><

30、p><b>　　機(jī)械手下行 </b></p><p>　　LDN I0.1</p><p>　　= Q0.0</p><p>　　Network 9 </p><p><b>　　下行時(shí)狀態(tài)轉(zhuǎn)移</b></p><p>　　LD I0.1<

31、/p><p>　　SCRT S0.2</p><p>　　Network 10 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 11 </p><p>　　LSCR S0.2</p><p>　　Network 12 </p&g

32、t;<p><b>　　機(jī)械手抓球</b></p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　S Q0.1, 1</p><p>　　TON T37, 20</p><p>　　Network 13</p><p>　　抓球時(shí)間到狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)間</

33、p><p>　　LD T37</p><p>　　SCRT S0.3</p><p>　　Network 14 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 15 </p><p>　　LSCR S0.3</p>

34、<p>　　Network 16</p><p><b>　　機(jī)械手上行 </b></p><p>　　LDN I0.2</p><p>　　= Q0.2</p><p>　　Network 17 </p><p><b>　　上行狀態(tài)轉(zhuǎn)移</b>

35、;</p><p>　　LD I0.2</p><p>　　SCRT S0.4</p><p>　　Network 18 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 19 </p><p>　　LSCR S0.4<

36、;/p><p>　　Network 20 </p><p><b>　　機(jī)械手右行</b></p><p>　　LDN I0.3</p><p>　　= Q0.3</p><p>　　Network 21 </p><p><b>　　右行狀態(tài)轉(zhuǎn)移&l

37、t;/b></p><p>　　LD I0.3</p><p>　　SCRT S0.5</p><p>　　Network 22 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 23 </p><p><b>

38、　　機(jī)械手下行</b></p><p>　　LSCR S0.5</p><p>　　Network 24 </p><p><b>　　機(jī)械手下行轉(zhuǎn)移</b></p><p>　　LDN I0.1</p><p>　　= Q0.7</p><p&

39、gt;　　Network 25 </p><p>　　LD I0.1</p><p>　　SCRT S0.6</p><p>　　Network 26 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 27 </p><p>　

40、　LSCR S0.6</p><p>　　Network 28機(jī)械手放球 </p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　R Q0.1, 1</p><p>　　TON T38, 30</p><p>　　Network 29 </p><p><b

41、>　　放球時(shí)間到狀態(tài)轉(zhuǎn)移</b></p><p>　　LD T38</p><p>　　SCRT S0.7</p><p>　　Network 30 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 31 </p>&l

42、t;p>　　LSCR S0.7</p><p>　　Network 32 </p><p><b>　　放球后上行</b></p><p>　　LDN I0.2</p><p>　　= Q0.6</p><p>　　Network 33 </p><p

43、><b>　　上行后狀態(tài)轉(zhuǎn)移的</b></p><p>　　LD I0.2</p><p>　　SCRT S1.0</p><p>　　Network 34 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　Network 35 </

44、p><p>　　LSCR S1.0</p><p>　　Network 36 </p><p><b>　　機(jī)械手左移</b></p><p>　　LDN I0.4</p><p>　　= Q0.4</p><p>　　Network 37</p>

45、;<p>　　左移后，單周期移到S0.0</p><p><b>　　循環(huán)轉(zhuǎn)移到S0.1</b></p><p>　　LD I0.4</p><p><b>　　LPS</b></p><p>　　A M0.0</p><p>　　SCRT

46、 S0.1</p><p><b>　　LPP</b></p><p>　　AN M0.0</p><p>　　SCRT S0.0</p><p>　　Network 38 </p><p><b>　　SCRE</b></p><p>&

47、lt;b>　　第四章 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p><b>　　4.1使用設(shè)備</b></p><p>　　在調(diào)試中使用的是中國(guó).啟動(dòng)新科教電子儀器公司所生產(chǎn)的XK-TPLC C型可編程PLC控制儀。主機(jī)用的CPU226，還用了EM223和EM235兩個(gè)擴(kuò)展模塊。</p><p><b>　　4.2.調(diào)試過(guò)程&

48、lt;/b></p><p>　　首先用電腦在STEP-7-Micro/WIN編程軟件中將編輯的梯形圖寫入軟件中，然后點(diǎn)擊運(yùn)行并對(duì)其指出的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，修改完最終運(yùn)行無(wú)誤后將其下載到可編程控制儀器中；其次按照設(shè)計(jì)的要求接好線，確定無(wú)誤后按下啟動(dòng)按鈕。啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)上行、下行、左行、右行燈均同時(shí)亮且一直亮著，這樣就不符合設(shè)計(jì)中八個(gè)動(dòng)作依次有序進(jìn)行操作的要求，務(wù)必對(duì)其進(jìn)行修正。在這種情況下我采取了以下方案：<

49、/p><p>　　方案一：在沒(méi)有確定設(shè)備是否曾在問(wèn)題的情況下，首先我們對(duì)設(shè)備進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不曾在任何問(wèn)題，在這種情況下我選擇了再一次用先前的步驟來(lái)完成整個(gè)過(guò)程以確定初次的接線過(guò)程是否有誤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運(yùn)行的結(jié)果和先前一樣出現(xiàn)燈均亮。這樣方案一就以失敗告終。 </p><p>　　

50、方案二：通過(guò)對(duì)程序的再三檢查后，發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)語(yǔ)法上的錯(cuò)誤。會(huì)不會(huì)是運(yùn)行的速度太快而出現(xiàn)一個(gè)周期接一個(gè)周期的快速運(yùn)行呢？在帶著這個(gè)問(wèn)題的情況下把程序的每個(gè)動(dòng)作網(wǎng)絡(luò)多家了一個(gè)stop指令加以驗(yàn)證，然后將程序?qū)懭隨TEP-7-Micro/WIN編程軟件中運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果顯示沒(méi)有錯(cuò)誤；再下載到可編程控制儀后接好線按下啟動(dòng)按鈕，發(fā)現(xiàn)指示燈會(huì)按照設(shè)計(jì)動(dòng)作的要求依次亮起而且程序也能按照設(shè)計(jì)的要求完成指定的單周期和多周期操作。這樣利用方案二就完成了整個(gè)實(shí)

51、驗(yàn)的調(diào)試。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這次機(jī)械手設(shè)計(jì)讓我知道了現(xiàn)代企業(yè)在完成自動(dòng)化控制中離不開(kāi)PLC的控制，它可以使企業(yè)在生產(chǎn)的同時(shí)減少勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本。目前我國(guó)很多地區(qū)的企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備還比較落后且大部分工序都是通過(guò)人工來(lái)完成的，而機(jī)械手成本比較低且操作簡(jiǎn)單很適合中小企業(yè)的發(fā)展要求。但隨著科技不斷進(jìn)步我相信多功能復(fù)雜的機(jī)械

52、手將會(huì)在不久的將來(lái)出現(xiàn)，所以在今后的學(xué)習(xí)和生活中我們還要不段的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，只有這樣才能設(shè)計(jì)出更符合現(xiàn)代社會(huì)所需求的產(chǎn)品。以下是我對(duì)其在未來(lái)發(fā)展方向及展望：</p><p>　　首先，我要鄭重地感謝XX老師。自我因個(gè)人興趣而選擇本論文主題開(kāi)始，老師便給予充分的理解和支持，就論文的立意選材、謀篇布局做了必不可少的指導(dǎo)。總之，在老師和同學(xué)的幫助下，使我能夠成功的完成這次設(shè)計(jì)并對(duì)電氣控制與PLC應(yīng)用這門課有了更深入的了解