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(完好版)基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计当前位置：文档视界(完好版)基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计(完好版)基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计基于PLC的机械手分拣控制系统设计摘要：在现今的生活上,科技日新月益的进展之下,机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它能够搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动，能够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。机械手臂的应用也将会越来越广泛,机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，作业的准确性和环境中完成作业的能力。因而被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。结合近年来整个机械手的发展,并分析了机械手系统和机械手方面的设计，提出了用气动驱动和PLC控制设计方案。考虑了软、硬件各自的特点，对物料分拣机械手的整体构造、驱动系统、执行构造和控制系统进行了分析和设计，我们能够采用整体化的设计思想并进行互补和优化。在气动驱动和PLC控制设计方案中，其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警，分拣等功能。我们很容易得出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。通过以上部分的分析,得出了经济,实用,高可靠的材料分拣机械手设计方案,对于其他经济的PLC控制系统的设计也有一定的参考价值。关键词:机械手；触摸屏HMI；可编程控制器PLC；自动化控制；物料分拣AutomaticsortinglinePLCcontrolsystemdesignAbstract:Intoday'slife,scienceandtechnology,thedevelopmentofthenewmoon,themanipulatorintheadvancedmanufacturingfieldplaysanextremelyimportantrole,itcancarrygoods,sortinggoods,canrealizethemechanizationandautomationofproduction,canbeusedtoprotectthesafetyofhumanbody,theapplicationwillbemoreandmorewidely.Theapplicationofmechanicalarmisalsomoreandmoreextensive.Themachineisakindofhigh-techautomaticproductionequipmentwhichhasbeendevelopedinrecentdecades.Itiswidelyusedinmachinerymanufacturing,metallurgy,electronics,lightindustryandatomicenergy.Inthispaper,basedonthedevelopmentofmechanicalhandinrecentyears,combinedwiththedesignofthemanipulator,themechanicalhandtechnologyisanalyzed,andthedesignschemeofpneumaticdriveandPLCcontrolis文档视界2022/29ad2a8c9cc3d5bbfd0a79563c1ec5da50e2d6a2h41aohraauy.htmlingtheholisticdesignidea,consideringthecharacteristicsofthesoftwareandthehardware,thesoftwareandthehardwarearecomplementaryandoptimized.Thewholestructure,drivesystem,thestructureandcontrolsystemofthematerialsortingmanipulatorareanalyzedanddesigned.Initsdrivesystem,thecontrolsystemofthePLCcontrolunitisusedtocompletetheinitializationofthesystemfunction,themovementofthemanipulator,thefaultalarm,thesortingandotherfunctions.Atlast,asimple,easytoimplement,andthetheoreticalsignificanceofthecontrolstrategyisproposed.Throughtheworkabove,itisconcludedthattheeconomic,practical,highreliablematerialsortingmanipulatordesignscheme,thedesignofPLCcontrolsysteminothereconomictypealsocertainreferencevalue.Keywords：manipulator;touchscreen(HMI);programmablelogiccontroller(PLC);automaticcontrol;sortingmaterials目录1绪论(1)1.1机械手的简介(1)1.2课题选题意义及主要研究内容(1)1.2.1选题意义(1)1.2.2本课题的主要研究内容(2)2控制方案设计(2)2.1控制方案选择(2)2.2控制系统整体架构(2)2.3机械手自动分拣系统(4)3系统硬件的选型(6)3.1PLC种类及型号选择(6)3.2机械手执行系统的分析与选择(6)3.2.1机械手执行机构坐标形式的选择(6)3.2.2机械手执行机构坐标形式的分析(7)3.3机械手执行机构的组成(7)3.3.1手部的选择.错误!未定义书签。3.3.2手臂构造的选择(7)3.4机械手的驱动系统的分析与选择(8)3.5传感器的选择(9)3.5.1位置检测装置(9)3.5.2光纤传感器(9)3.5.3电感式传感器(10)3.6气缸装置(10)3.7触摸屏选择(10)3.7.1触摸屏特点(10)3.8变频器的选择(11)3.8.1硬件准备和接线(11)3.8.2可编程控制器的初始设定(11)当前位置：文档视界(完好版)基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计(完好版)基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计自动化专业2021级2班：陈浩指导老师：韩竺秦讲师1绪论在现今的科技的日新月益的进的展下,在现今的科技日新月益的进展之下,机械手在先进技术领域中承当着重要一部分。机械手不但能够搬运一些工件、分拣一些物品等，而且能够工作在一些人类标记为危险的地区,例如能够在高温区域工作,能在有毒的环境中工作,能在腐蚀的环境中工作，并且能够实现生产的自动化和机械化，因而，被广泛应用于冶金、电子、机械制造、原子能和轻工业等部门。1.1机械手的简介机械手作为一个尖端的产物取代一些传统的工业的设备是如今现今社会的必要工具,它能够根据各种自动化设备的工作需求或需要,来完成我们想要完成的任务，所以机械手在这个先进的领域中承当着很重要的一部分。它能够工作在一些人类标记为危险的地区,例如能够在高温区域工作,能在有毒的环境中工作,能在腐蚀的环境中工作，并能够实现生产的自动化和机械化。机械手是机器人的重要驱动部一件,其机械手的驱动装置所提供的安全性、高效性和平稳性都会直接影响机器人工作空间的轻量化要求、准确性和工作性能等，除此之外，机构尺寸也是关键之一。1.2课题选题意义及主要研究内容1.2.1选题意义为了适应工业需一要，例如一些可变换生产品一种的中小批量自动化生产、单调重复某一种运动的工作、柔性生产线动作灵敏多样等等，本论文研究PLC对物料分拣机械手的操控，利用一些适宜的传感器，使其机械手能够像人一样区分一些有颜色的物料或不同材质的物料把他们区分开来和像人一样灵敏地把一些不同颜色或材料的区分在指定的位置上，机械手可以以普遍使用于一些柔性生产线。有很多时候一些工作是作往复运动或旋转运动，人难免会出错，而机械手能够很好代替人来工作。本次设计主要是控制机械手的系统、驱动机械手的系统、执行机械手的系统的设计和完成机械手的硬件部分与软件部分设计。1在这种环境下，智能化的机械手获得快速的更新，智能化的机械手不仅能够能够实现一些我们要求的行动和动作，而且能够想人一样灵敏地运动，最重要就是能够实现负反应，也就是能够检测到环境的变化，自动地修改正确的运动参数和行动的规律。1.2.2本课题的主要研究内容智能化的机械手是将来机械手的发展趋势，希望在我国科研工作者的共同努力下，我国能在智能机械手领域获得优势地位，为工业化注入新的活力。本论文首要研讨物料分拣机械手：智能化的机械手的控制系统的设计和执行系统的分析与选取，还有其驱动系统的分析与选取。2控制方案设计2.1控制方案选择一般的运动控制系统主要分为下面几类：1、基于单一片机的运动控制系统单片机MCU具有耗能低、一般的功能都能实现、价格便宜等优点，但是，一般的单片机MCU由于集成简单，功能不能很精细，很难实现日常生活中的一些要求，所以在一些大的工业上很少会用到单片机CPU作为他们的控制系统。2、基于PLC的运动控制系统可编程序控制器，也被称为可编程逻辑控制器(PLC)。机械手控制系统在组成和功能上的适宜拆分，不但把成本降低了，还会增加其通用性，而且会让机械手更适宜一些特定的环境当中，比照单片机运动控制方案，可编程逻辑控制器(PLC)不但能够扩展输入/输出端口I/O，它的通讯也能快速响应的能力，还有就是他的抗干扰能力比起单片机当然强大很多了。为此本章采取PLC控制的方法。2.2控制系统整体架构如图2.2所示，该系统以PLC为主控部件，是这个系统的核心部分，可编程逻辑控制器(PLC)的可拓展I/O口模块能够接受各种检测开关传送回来的信号，和实时地监控一些开关和一些传感器的工作状态。触摸屏可为上位机，对整个系统的各个关键的参数进行设置、修正和记录。2当前位置：文档视界(完好版)基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计(完好版)基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计个执行机构能否处于原点位置，原点位置知足，执行步骤B。B传送带正转运行，触摸屏显示皮带运行速度。将料盘上的物料推送至料仓出口物料检测位置。物料检测传感器检测能否有料，若检测有料执行步骤C；C机械手搬运物料。机械手动作顺序如下：伸缩机械手臂伸出至前限位逐一垂直机械手臂下降至下限位逐一启动手指抓取物料逐一垂直机械手臂上升至上限位逐一伸缩机械手臂缩回至后限位逐一旋转机械手臂右转至右限位逐一伸缩机械手臂伸出至前限位逐一垂直机械手臂下降至下限位逐一气动手指释放物料。执行步骤D。D气动的手指释放物料后，落料口物料的检测传感器检测能否有料，同机会械手返回原点位置等待抓料。返回顺序如下：垂直机械手臂上升至上限位逐一伸缩机械手臂缩回至后限位逐一旋转机械手臂左转至左限位。若正在处理的物料未分拣完，即便检测到料仓出口处有料，机械手亦不动作。若落料口检测传感器检测有料，则执行步骤E；若落料口检测传感器检测无料，机械手处于原点位置等待，传送带停止运行。此时若传感器检测有料，则皮带运行，将物料送入分拣。执行步骤E。E物料分拣。传送带运行，传感器则根据物料的质料的颜色、性质等特征进行分辨，分别由PLC控制的电磁阀使气缸的动作，对物料进行分拣。若金属传感器检测物料为金属材质，则A杆气缸动作，将物料推入储料装置。若光传感器I检测物料为白色塑料工件，则B杆气缸动作；若光传感器II检测到物料为黑色塑料工件，则C杆气缸动作。触摸屏显示工件的总数量以及各类型工件的数量。气缸将不同的工件推入相应的储料装置中后，系统返回步骤B。2.3机械手自动分拣系统1、上电系统上电后，组合警示红灯闪烁，提示的系统处于待机形式。注：组合警示灯任何时候只要一个灯亮。2、工作形式生产线有三种操作形式：原点回归、手动操作、自动运行。使用触摸屏进行操作。3、原点回归4故障停机、紧迫停机或设备检验更改后，各个执行机构或许没有在工作原点状态，故系统上电后必须实行原点回归运作。“原点回归工作，按触摸屏的“回原启动按钮，各执行机构返回原点位置：1旋转机械手臂左转至左限位2垂直机械手臂上升至上限位3伸缩机械手臂缩回至后限位4气动手指张开5各推料气缸活塞杆内缩至后限位6转盘电机停止运行7皮带停止传送4、手动操作“手动操作形式，可在触摸屏上分别对各执行机构的运行的控制。5、自动运行选择“自动运行工作形式。A按触摸屏“启动按钮，组合警示红灯熄灭，组合警示绿灯闪烁，系统检测各个执行机构能否处于原点位置，原点位置知足，执行步骤B。B传送带正转运行，触摸屏显示皮带运行速度。将料盘上的物料推送至料仓出口物料检测位置。物料检测传感器检测能否有料，若检测有料执行步骤C；C机械手搬运物料。机械手动作顺序如下：伸缩机械手臂伸出至前限位垂直机械手臂下降至下限位启动手指抓取物料垂直机械手臂上升至上限位伸缩机械手臂缩回至后限位旋转机械手臂右转至右限位伸缩机械手臂伸出至前限位垂直机械手臂下降至下限位气动手指释放物料。执行步骤D。D气动手指释放物料后，落料口物料检测传感器检测能否有料，同机会械手返回原点位置等待抓料。返回顺序如下：垂直机械手臂上升至上限位伸缩机械手臂缩回至后限位旋转机械手臂左转至左限位。若正在处理的物料未分拣完，即便检测到料仓出口处有料，机械手亦不动作。若落料口检测传感器检测有料，则执行步骤E；5若落料口检测传感器检测无料，机械手处于原点位置等待，传送带停止运行。此时若传感器检测有料，则皮带运行，将物料送入分拣。执行步骤E。E物料分拣。若光传感器II检测到物料为黑色塑料工件，则C杆气缸动作。触摸屏显示工件的总数量以及各类型工件的数量。气缸将不同的工件推入相应的储料装置中后，系统返回步骤B。注：金属传感器只能感应金属物料，光传感器I只能感应高亮度物料，光传感器II只能感应黑色物料。6、停止与急停系统处于“自动运行形式下时，按下触摸屏“停止按钮，若机械手和传送带处于输送物料状态中，则必须完成物料分拣操作经过后停止。停止后，不管料仓出料口和皮带落料口能否有物料，生产线均不再动作。此时组合警示绿灯熄灭，组合警示红灯闪烁。在任何时刻，按下操作面板“急停开关，系统立即停止在当前位置，组合警示红灯闪烁，同时蜂鸣器鸣叫报警。松开“急停，系统不自动开场运行，组合警示红灯闪烁，蜂鸣器停止报警。3系统硬件的选型PLC作为控制系统当中的最重要一部分，如今已被应用得非常成熟的一种技术了。3.1PLC种类及型号选择当前的市场上PLC类型比拟多，如西门子、三菱、欧姆龙、施耐特等等200多家厂家，而PLC型号就有400多种。他们各种型号各有优缺点，这里就不逐一进行阐述。本论文采用的PLC的类型是FX2N系列，它具有32个输入口和32个输出口，能够足够本次的系统要求并留有一定的空出的输入，输出点。3.2机械手执行系统的分析与选择适宜的执行机构能够大大地提高机械手的各种性能，所下面面就开场选取一些适宜的执行机构。3.2.1机械手执行机构坐标形式的选择根据机械手的手臂运动形式的不同，现成的机械手的种类能够区分成4种:6