【《基于plc的工业机械手控制系统的软硬件设计》6400字】

基于plc的工业机械手控制系统的软硬件设计摘要在此设计中，我们设计了一个工业机械手的控制系统，在整个设计中，首先分析了机械手手臂的整体设计；其次，完成了机械手控制系统的硬件部分，包括PLC选型、外部接线等。该机械手的控制系统由PLC程序控制，实现了既定的功能，达到了本课题的设计目的。关键词：机械手；PLC；I/O分配；系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u1225摘要 I312781绪论 186392系统总体方案设计 1211182.1总体方案分析 1199352.1.1机械手的组成 2263822.1.2机械系统设计分析 274192.1.3机械手设计参数 2195752.2总体控制方案设计 223473工业机械手控制系统的硬件设计 4298973.1PLC的简介 48133.2输入/输出信号 52443.3PLC的选型 6303953.4I/O地址分配 7190133.5PLC外部接线 8272554工业机械手控制系统的软件设计 9197414.1公用程序设计 10246794.2自动操作程序设计 1197384.3手动单步操作程序设计 197844.4回原位程序设计 2373935、结论 2819636参考文献 291绪论随着现代社会的发展，焊接机械臂的应用越来越广泛，它是工业发展的结晶。是当前众多公司公认和应用的一项先进技术。在发展的进程中，不断的累积，日积月累的工业应用，自动化成为各个行业不可或缺的一个重要组成部分，成为生产线上的一个重要组成部分。在实际工作中，机械手主要是在焊接、装配、搬运、加工等方面。由于工业的发展，自然环境的恶劣，高温，有毒的气体，以及工作时的高放射性，都会给工人造成很大的伤害。机械手的出现，让工人们远离了危险，发挥出了巨大的作用。对公司来说，工人的数量越少，财务上的压力就越小，而工人们则可以在终端的操控下，不需要亲自动手。既能保证自己的身体健康，又能避免在工地上出现意外，以免危及到自己的生命。在发展过程中，机械臂在各领域的卓越表现被公认，并对工业化起到了积极的促进作用。随着现代工业的发展，机械臂的发展已经有了长足的进步，在许多方面都有了长足的进步，在这个过程中，它也表现出了许多独特的优点：兼容性强，实用性强，硬件配套齐全，可以在极短的时间内学会编程，所以在现代工业的发展中，PLC的应用越来越广泛，越来越广泛。因此我这次的设计重点是对机械臂的控制，图1-1为实际应用的情况。2系统总体方案设计机械手在汽车制造业中首次被应用，如装卸、加工、焊接和涂装。机械手的出现可以放松人们的手脚，扩展人们的大脑功能。在危险、有毒、有害、寒冷以及高温等恶劣的工作条件下可以替代人工。它可以提高重复单调的工人，提高生产力。目前，机械手主要用于制造电力、汽车、机械加工、材料加工等，随着现代科学技术的发展，人们可以使用机械手生产产品的空气机械手是一种机械手，具有动作快、结构简单、运动稳定等优点，可靠性高，节能，无污染环境等。它广泛应用于生产和生活中。PLC可根据相关要求选择相应的产品，控制机械手，完成复杂操作的逻辑控制。基于PLC的机械手是一种基于逻辑控制的仿真控制系统，具有相对稳定、适应环境的特点，具有较强的干扰能力和负载输出能力，能够进行多种程序设计。人体图像是人体的形象，它具有人体的灵活性和机械精度等优良功能，特别是在智能和个性方面，机械手有人体解决不了的应用。在很多环境条件较差的环境下，特别是在爆炸、易燃、有毒、低温、高温、放射性物质等危险环境下，可以代替人工进行长时间的危险作业。它在社会生活中有着广泛的应用，有着很好的研究和研究价值。2.1总体方案分析2.1.1机械手的组成图1组成框架图机械臂一般由控制系统、操作系统、驱动系统以及探测系统构成。（1）执行系统：执行系统是在运营商中工作的要素。（2）传输系统：系统传输，规则，机械传动和液压传输。（3）控制系统：控制和启动管理计划和推出预期和执行方案。（4）检测系统：用于检测系统或反馈的系统状态，例如系统反馈，警告反馈等。2.1.2机械系统设计分析机械手的设计限于结构部分，也就是机械部件的结构。机械部件主要由传动部件和传动部件组成。（1）执行系统执行系统是机器人执行动作所需的一组元素，包括框架、手臂、手腕等。（2）驱动系统这是一种用于驱动振荡器实现机械手运动的输出系统，包括机械传动、液压传动、气动传动和发动机传动。2.1.3机械手设计参数根据通用自动装卸机械手的结构，首先揭示了以下参数，并根据该表进行了后续设计。表1机械手设计参数表下臂回转（°）腰座升降（mm）上臂伸缩（mm）手旋转（°）夹持重量（kg）90/-902007003603整机重量（kg）重复精度（mm）整机尺寸（mm）150±0.21500*1500*300表中的参数基于初始状态，值为正顺时针和负逆时针。2.2总体控制方案设计如图2所示，该系统使用PLC作为主要控制单元，是系统的核心。可编程序控制器的可扩展I/O端口模块，可从不同的探测开关接受信号，并对特定的开关和传感器进行实时监测。该触摸屏能够设置、修改和记录主机的各个重要参数。每个部件的感应器都能获得机械手的内外信息。比如，位置传感器能够对机械手的实时状况进行检测，对特定的位置切换进行检测，也就是监控机械手的全部操作是否处于正确的位置，见图3。图2机械手控制系统整体架构图图3机械手控制系统示意图具体的工作程序：“启动”键、结合红灯、绿灯闪烁、系统检测执行机构在原点的位置、原点的位置是否达到了要求。输送带运行，并显示出输送带的转速。将货盘上的材料推进到料仓出口的材料检验点。该物质探测传感器能够探测物质的存在，是否有材料检测实施步骤，所述机械手移动材料。该机械手的运动顺序如下：伸缩机械手伸向前限，垂直机械手下降到下限，手指抓取物料，垂直机械手上升到上限，伸缩机械手收回到后限，将机械手的右手移至右侧，将机械手的伸缩臂延伸至前限，将机械手的垂直机械手降低至下限，并将其释放。实施这些步骤。当气动手指松开材料时，在材料出口的材料探测传感器会探测到有无材料，机械手回到原位，等待物料被抓取。返回顺序为：垂直机械手上升到上限，伸缩机械手回到后限，旋转机械手左转到左限。如果处理中的物料没有分类，即使在筒仓出口处检测到物料，机械手的手臂也不能活动。当下料口探测传感器探测到有料时，进行下一步；如果下料口传感器探测不到物料，则操作臂在原地待命，输送机将会停止运转。如果传感器在这个时候感应到有料，那么传送带就会开始工作，把材料送到分类中去。E步的执行。材料分选。当输送带运行时，传感器可以根据物料的颜色和性质来识别物料。通过PLC控制的电磁阀，可以通过汽缸来进行分类。如果该金属传感器探测到该物质是一种金属，则所述1棒圆柱移动以将所述材料推入所述存储装置。如果光传感器检测到的材料i是一个白色塑料工件，则杆2滚筒移动；如果光传感器检测到的材料ii是一个黑色塑料工件，则杆3滚筒移动。触摸屏显示工艺品的总数和每种工艺品的数量。将不同的工件推入相应的材料存储装置后，系统回到步骤。3工业机械手控制系统的硬件设计3.1PLC的简介上个世纪六十年代，随着可编程逻辑控制器的出现，它逐渐取代了传统系统中的继电器控制器。进入二十一世纪后，PLC的发展速度越来越快，SPS的应用领域也越来越广。随着数字化时代的到来，各行各业都在寻找新的机会和机会。PLC由于其在开关控制和逻辑控制方面的突出优势，在当今的工业领域中发挥着举足轻重的作用。随着汽车工业的发展，PLC的产品也跟着发展。纵观汽车工业发展的早期阶段，其在试图实现自动化时，常常使用继电器来达到控制要求。但它也有很多缺点，其中最明显的缺点有两个，第一，继电器的控制系统非常复杂，一旦出现故障，维修都需要耗费大量的时间和精力，后期的维修也非常困难。第二，它的生产效率并不尽如人意，随着汽车工业的不断发展，随着汽车技术的不断进步，控制器技术的发展速度越来越慢，难以契合汽车行业实际需求，这些都使得PLC技术的持续发展成为历史必然。到目前为止，我们已经在工业自动化的发展中，经过长期的研究和努力，已经取得了一系列的成绩。其中，控制系统逐渐向生活领域渗透，应用领域也有了长足的发展。控制器的主要优点是运算速度快，体积大，与早期的控制器相比，PLC的功能更加丰富和完善。在这种情况下，通过网络进行互动，效果会更好。我国在PLC的研发上，尽管落后于欧美，但其赶上的速度却是极快的，研究的效果也是喜人的。可以说，PLC由于其丰富、高效的功能，已经成为了国家智能化的一个重要组成部分，也是这一领域的主要技术。PLC在许多控制系统中都有着极高的可靠性，并且在它诞生的那一刻，就已经开始了不断的完善和完善，使得它的普及性也得到了极大的提升。现在的PLC程序，在设计周期上有很大的优势，而且后期的检查和维护也更加简单。此外，各种功能模块相继问世，使PLC的控制面板更加丰富，可以满足各种控制需求。3.2输入/输出信号本控制系统有13个输入开关量，分别为：系统启动按钮1个负责整个系统的启动；系统停止按钮1个负责整个系统的停止；选择按钮1个负责机械手自动控制和检测的切换；机械手的启动按钮1个负责检测时机械手的启动；机械手的停止按钮1个负责检测时机械手的停止；物品检测开关1个负责检测工作台上是否有物品；下降限位开关1个负责检测机械手到达最低位置；夹放检测开关1个负责机械手夹放物品的检测；上升限位开关1个负责检测机械手到达最高位置；右旋限位开关1个负责检测机械手是否右旋转180°；左旋限位开关1个负责检测机械手是否左旋转180°；建立输入信号名称与电气符号表2。表2输入信号名称与电气符号表序号名称电气符号1总启动按钮SB12总停止按钮SB23自动/手动选择按钮SB34机械手启动按钮SB45机械手停止按钮SB56工作台A物品检测开关SQ17工作台B物品检测开关SQ28工作台C物品检测开关SQ39机械手下降限位开关SQ410机械手夹紧检测开关SQ511机械手上升限位开关SQ612机械手左旋限位开关SQ713机械手右旋限位开关SQ8本控制系统由5个输出电磁阀，分别为：机械手下降电磁阀负责启动机械手的下降；机械手夹放电磁阀负责启动机械手夹放物品；机械手上升电磁阀负责启动机械手的上升；机械手右旋电磁阀负责启动机械手的右旋；机械手左旋电磁阀负责启动机械手的左旋。建立输出信号名称与电气符号表3。表3输出信号名称与电气符号表序号名称电气符号1机械手下降电磁阀YV12机械手夹放电磁阀YV23机械手上升电磁阀YV34机械手左旋电磁阀YV45机械手右旋电磁阀YV53.3PLC的选型PLC的模型具有明显的多样性，因此，在实际应用中，如何寻找出最适合自己的工作，并进行相应的选择，这是非常重要的。为了保证PLC的选择更加科学，可以从以下几个方面来进行：首先，将每一个入口和出口的数目都做了详细的说明，比如三菱FX系列PLC:10、14、20、30、32、64等。在选择PLC时，应对输入点控制器和输出点控制器进行清楚的核对，确认点数的状况，并保留10%的触点总数，作为预备点。其次，保证供电方式的适用性和有效性，保证其符合特定的设计要求。第三，对应地确定了输出信号的特性。目前PLC的输出类型可以分为继电器、晶体管和可控硅三种。继电器的输出方式具有输出频率高、通用性强等优点。从一般的系统类型来看，它在一定的输出信号中通常会有很好的应用效果。相比于信号的输出，可控硅的输出方式在信号的变化上更加的明显，但是它的输出功率和支持功率却是相对较低的。总体来说，在根据PLC的类型进行选型时，应根据实际需要，并通过层层的比较和细致的筛选，寻找出最适合PLC的产品。基于此本文选择三菱FX1N-60MRPLC。其具有以下特点：价格成本低，性能指数高，运行速度快，整体体积小等。使用者可以在基础单元中按自己的要求添加扩展模板，然后将输入与输出灵活结合。该软件的数据库能力是一个可用于内存8000步的数据库，它的最大容量可以达到16k，并且可以在不同的应用指令中包含多种简单指令。3.4I/O地址分配机械手的设计，必须围绕着个人的需求和自己的表现来进行，既可以让人工和自动化的操作井然有序地进行，也可以清楚的解释系统目前的行为。如图4所示，详细说明了该系统控制面板的细节。采用旋钮，可有效控制机械手的手工操作和自动化操作。如果设定为手动，则每一步都要由不同的按键来完成，如果是自动的，就可以不用人工来实现连续的循环，以保证各个工序的顺利进行。如果把它调整到初始位置，机械手就会恢复到待机状态。上升回原位停止启动底盘顺转手顺转夹紧下降前进后退放松底盘反转手反转手动自动回原位上升回原位停止启动底盘顺转手顺转夹紧下降前进后退放松底盘反转手反转手动自动回原位图4控制面板图据此设计的机械手PLC输入、输出分配如表4所示。表4I/O分配表输入信号输出信号手动SAX0上升/下降步进电机YA0Y0回原位SAX1YA1Y1连续SAX2YA2Y2回原位SB1X3前进/后退步进电机YA3Y3启动SB2X4YA4Y4停止SB3X5YA5Y5下降SB4X6夹紧YA6Y6上升SB5X7手顺转YA7Y7夹紧SB6X10手逆转YA8Y10松开SB7X11底盘顺转YA9Y11手顺转SB8X12底盘逆转YA10Y12手逆转SB9X13底盘顺转SB10X14底盘逆转SB11X15下限位SQ1X16上限位SQ2X17前限位SQ3X20后限位SQ4X21底盘顺限位SQ5X22底盘逆限位SQ6X23手顺限位SQ7X24手逆限位SQ8X25底旋转脉冲X26前行SB12X30后退SB13X313.5PLC外部接线PLC外部接线示意图如图5所示图5PLC外部电气接线4工业机械手控制系统的软件设计机械手包括四个主要部分，分别是公用程序、手动程序、自动程序和返回程序。其中，自动程序是指按照一定的次序，依次进行一次动作和无穷次动作。在设计中，采用了条件转移指令CJ，然后再进行跳跃程序，并在指针标记PX的基础上完成后续的程序，从而有效地解决了运行时间过长等问题。PLC接受“手动”方式，PLC完成通用程序，能有效地启动跳闸命令，然后跳到“手动程序”中进行操作。PLC的工作方式为“自动”运行。PLC将根据公共程序来实现相应的操作。图6程序结构图4.1公用程序设计请参阅图7中的公共工具。ZRST是一个完整的重置指令，它可以对所有的继电器进行重置。图7公用程序梯形图4.2自动操作程序设计在S1状态下，我们可以首先在原位按压X4按钮开始操作机械手。那么S2会在S1的时候进入一个重置状态，我们可以转动Y7和X24，这时状态就会变为S3，这样我们就能看到他们已经完成了Y2和X16的操作。我们可以看到，在S4的状态下，Y6将会有1秒的时间来提升，然后我们把T0打开操作变为为零，再跳到S5。将结束操作提升至Y0，并将X17开启；此时，进入S6以方便从Y4动作中退出；退回到最大的阶段，状态为S9，这样就方便了关机的操作。在这以后，限时X16开启，电磁关闭，共享中断。电磁力的消逝，必须有足够的延时。T1被延迟后1秒，该状态被转移到S13并且该恢复操作的终止。当返回到最大值时，X21会打开并进入S14。开启X21，使底盘完成顺转，为下一次周期作好准备。图8自动的功能流程图4.3手动单步操作程序设计在进行人工操作的时候，在点击按钮的时候，机械手就会继续按下按钮，进行相应的操作。具体的流程图如图9所示。图9手动操作程序梯形图4.4回原位程序设计回到主地址：当系统要回到主页的时候，点击X3，再打开M3。机械臂得到了释放，并逐渐升高。X17开启至极限，操作人员进行操作。进行向后的动作就像是一个反向的约束。X21开启，这时机械臂的动作在M3被重新设置的时候停止。可以参照图10来说明主要程序。图10回原位操作程序5、结论这个设计的目标就是让机械手的结构更加简单，更加清晰，并且详细的介绍了它的使用范围，保证了各种机械手的性能正常工作，尤其是PLC的软接线，它可以有效的实现对机械手的精确控制，并且保证了机械手的高质量持续性、有效性和灵活性。在机械臂的操纵中，各个零件之间的配合常常是必不可少的，因此，如何将控制方案结合起来，才能保证机