基于PLC控制机械手抓取大小球课程设计.doc

目录摘要. 1第一章 概述.2 1.1 机械手在生活中的背景.2 1.2 机械手使用的意义 .2 1.3 PLC工作原理.3第二章 大小球硬件设计.62.1系统的要求及工作示意图.62.2 I/O编址及工作框图.72.3电器元件选型.82.4 系统主电路图.82.5 分拣大小球设计思想.9第三章PLC分拣大小球软件设计.103.1 机械手分捡大小球控制程序流程图.103.2 机械手分捡大小球控制程序梯形图.113.3 机械手分捡大小球控制程序指令表.143.4 机械手分捡大小球控制程序分析.15第四章 结论.17参考文献.18摘要机械手的优良作用正日益为人们所认识，第一，它可以代替生产者的部分劳动生产力，可以代替生产者在污染严重、高危险环境下作业。而且可以被严格的控制并达到人们对机械手作业的要求。同时可以遵循一定程序、时间和位置来完成工件的传送。同时，它能大大地改善劳动者的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的向前发展的趋势。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。本设计采用德国西门子S7-200系列PLC，对机械手的上下、左右运动及抓取、松放小球进行控制。利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。关键字： PLC 机械手 抓取 大小球第一章 概述1.1 机械手在生活中的背景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安全，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。1.2 机械手使用的意义以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本；以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。1.3 PLC的工作原理PLC的工作工程以循环扫描方式进行，当PLC处于运行状态时，其运行周期可划分为3个基本阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。(一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。第二章PLC分拣大小球硬件设计2.1 系统的要求及工作示意图2.1.1 系统要求：1）原位：机械手原始状态为左上角原位处，即上限开关LS3及左限开关LS1压合，同时机械手处于放松状态和球槽内有球（接近开关PS吸合），这时原位显示亮，表示准备就绪。 2）按下启动按钮SB1后，机械手下降，当碰到下线开关时，机械手有0.2s的暂停时间，与此同时 ，吸球，如果吸的是小球，接近开关闭合，是大球时，接近开关不动作，暂停时间到后开始上升。 3）机械手吸住球后就提升，碰到上限开关LS3.和LS1后就右行。 4）如果是小球，则右行到LS4处；如果是大球，则右行到LS5处。 5）机械手下降，当碰到下限开关LS6时，将小球释放到小球容器中；如果是大球，则释放到大球容器中。 6）释放后机械手提升，碰到上限开关LS3后，左行。 7）左行至碰到左限开关LS1时，开始下移，进入第二个循环中。2.1.2机械手分拣大小球的工作示意图如下所示：图2-1 图2-12.2 I/O编址及工作框图如下图所示输入地址对应的外部设备输出地址对应设备的操作I0.0启动按钮SB1Q0.0机械臂下降I0.1下移限位开关LS2Q0.1机械臂上升I0.2上移限位开关LS2Q0.2机械臂右行I0.3小球右移限位开关LS4Q0.3机械臂左行I0.4大小球的选择开关Q0.6机械臂吸球/放球输入地址对应的外部设备定时器定时时间I0.5大球右限开关T370.2I0.6球篮上方限位开关T380.2T390.2T400.2T410.2 图2-2 2.3 电器元件选型电器元件一览表如下表2-1所示表2-1 电器元件序号代号名称型号1M电动机JCB-22-22FU熔断器RT183FR过热继电器T25DU5.04KM交流接触器EB9-30-105QS自动空气开关S25SC2.4 系统主电路图图 2-1 系统主电路图图2-3图中KM1 和KM3 控制电机正转运行（机械臂下行和右行），KM2和KM4分别控制电机反转运行（机械臂上行和左行）的交流接触器。用KM1、KM3 和KM2 、KM4的主触点改变进入电动机的三相电源的相序, 即可以改变电动机的旋转方向。2.5分拣大小球设计思想（1）当输送机处于起始位置时，上限位开关和左限位开关被压下，极限开关断开。（2）启动装置后，捡球装置下行，一直到极限开关闭合。此时。若碰到的是小球，则压力传感器仍为断开状态；若碰到的是大球，则压力传感器闭合状态。（3）吸起小球后，则捡球装置向上行，碰到上限位开关后，捡球装置向右行；碰到右限位开关（小球的右限位开关）后，再向下行，碰到下限位开关后，将小球释放到小球箱里，然后返回到原位。（4）如果吸起的是大球，捡球装置右行碰到另一个右限位开关（大球的右限位开关）后，再向下行，碰到下限位开关后，将大球释放到小球箱里，然后返回到原位。图2-4第三章PLC分拣大小球软件设计3.1 机械手分捡大小球控制程序流程图根据要求，该控制流程根据吸住的是（大球、小球）有两个分支，此处应为分支点，且属于选择性分支。分支在机械臂下降之后根据接近开光（I0.0）的通断，分别将球吸住、上升、右行到LS4 或 LS5 处下降，此处应为汇合点。然后再释放、上升、左移到原点。图3-13.2 机械手分捡大小球控制程序梯形图图3-2图3-3图3-4图3-5图3-6图3-7图3-8图3-9图3-10图3-113.3 机械手分捡大小球控制程序指令表 图3-12 图3-13 图3-14 图3-15图3-163.4 机械手分捡大小球控制程序分析接通开关SB1，机械手得电，下行至LS2，I0.2得电，停止下降，捡球装置给平板处的电磁线圈（KM）通电，捡球平板产生电磁吸力吸住钢球，此时压力感应器I0.4用来判断是吸住的大球还是小球，如果压力感应器I0.4的输出断开，说明吸住的是小球，而如是闭合的，则说明吸住的是大球。当吸住钢球后，I0.2得电捡球平板上升，碰到上限开关后开始右行，上行至LS3处开始右行，I0.3为小球左限开关，I0.5为大球右限开关，如果吸住的是大球，则要右行至LS5处，此时I0.1得电，下行至LS2处。I0.6得电，释放大球，I0.2得电上行至LS3时，I0.5断电返回左限LS1；如果吸住的是小球，则要左行至LS4处，此时I0.1得电，下行至LS2处。I0.6得电，释放小球，I0.2得电上行至LS3时，I0.3断电返回LS1。系统有两种循环模式：1、无限循环，人工断电；2、单周期运行。当系统在连续运行时，停止方式有两种，一种是正常停止：就是按下停止按钮后，系统要将整个周期剩下的步骤全部进行完，然后回到原点才停止工作。另外一种是紧急停止：就是用来处理紧急情况下来及时停止整个系统工作的，一按紧急停止，系统立刻停止，不管已经工作到什么位置。第四章 结论调试部分：（1）大小球设计：设计的最初，思维混乱，一无进展，最后在老师的指导下、同学的帮助下、自己的不懈努力下，完成了设计。（2）程序调式：机械手右行和下降的程序编写有错误，导致开关不会闭合，最后在老师的指导下讲程序改正，顺利完成实验。通过这次设计，让我对PLC的编程有了深刻的认识，不再是停留在书本上，实践中学会了很多书本中没有的知识。向同学的请教中，看到了同学的热情，和自己与同学之间的差距。设计在老师的指导下，很好的完成了，让我看到老师那种对待学生的认真，把问题要在本质上解决，而不是只停留在表面。总之，在这次设计中，我学到了新的知识，增强了软件使用能力，充实了自己，使自己有了提高。参考文献