2022年机械手的PLC控制.docx

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1、精品学习资源毕业设计报告课题：机械手的 PLC 掌握系 部：机 电 系专 业：电气自动化班 级：电气 1332 姓 名：王琪学 号： 2021321026指导老师：贾君贤2021-6欢迎下载精品学习资源摘 要机械手是工业自动化系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一；机械手的机械结构采纳滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有沟通电机、传感器、等电子器件组成；该装置涵盖了可编程掌握技术，位置掌握技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一；本文介绍的机械手是由 PLC 输出三路脉冲，掌握机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给 PLC主机；位置信号由接近开关反馈给PLC

2、主机，通过沟通电机的正反转来掌握机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能；本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作敏捷多样，可代替人工在高温顺危急的作业区进行作业，并可依据工件的变化及运动流程的要求随时更换相关参数；关键词： 机械手 PLC沟通电机目录欢迎下载精品学习资源摘要 1引言 2第一章机械手机械结构31 1 传动机构 31. 2 机械手夹持器和机座的结构5其次章机械手PLC 及电机的应用 82. 1 PLC 简介 82 2 PLC 内部原理 102 3 机械手 PLC 挑选及参数 122. 4 机械手电机的选用13第三章机械手PLC 掌握系统设计 143. 1 机械手的

3、工艺过程 143 2 PLC 掌握系统 16致答谢词 22参考文献 23引 言在现代工业中，随着工业现代化的进一步进展, 自动化已经成为现代企欢迎下载精品学习资源业中的重要支柱 , 无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见；同时， 现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作；工业机械手是近代自动掌握领域中显现的一项新的技术，是现代掌握理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分；工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一；特别

4、在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛；在我国，近几年来也有较快的进展，并取得肯定的成效，受到机械工业和铁路工业部门的重视；本课题拟开发物料搬运机械手，采纳日本三菱公司的 FX2N系列 PLC， 对机械手的上下、左右以及抓取运动进行掌握；该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电气方面由沟通电机、操作台等部件组成；我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，掌握机械手完成各种动作；由于时间仓促和个人水平限制，我的设计存在着很多仍没来得及解决的问题，期望广大老师、同学能够赐予批判指正并予以解决；第一章 机械手机械结构1 1 传动机构1.1.1 螺旋机构欢迎下载精品学习

5、资源螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成，其主要功能是将转动变换为直线运动，并同时传递运动和动力，按螺旋副中的摩擦性质，螺旋机构可以分为滑动螺旋机构和滚动螺旋机构两种类型；按用途可以分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋三种类型；螺旋机构具有结构简洁，制造便利，传动平稳，无噪声易于自锁等优点；1.1.2 滑动螺旋机构螺旋副内为滑动摩擦的的螺旋机构，称为滑动螺旋机构；滑动螺旋机构所用的螺纹为传动性能好，效率高的矩形、梯形和锯齿形螺纹；滑动螺旋机构由螺母和螺杆组成；依据机构的组成及运动方式，滑动螺旋机构又分为以下两种；（ 1）由螺母和螺杆组成的滑动螺旋机构，螺母与机架固联，螺杆转动并移动（如图 1-1b 所示

6、），这种螺旋机构以传递动力为主，故又称传力螺旋机构；一般要求用较小的转矩产生较大的轴向力，多用在工作时间短，速度较低的场合；（ 2）由螺母、螺杆和机架组成的滑动螺旋机构，如图1-1a所示，螺杆转动，螺母移动，这种螺旋机构以传递运动为主，故又称为传导螺旋机构；本文所介绍的机械手的竖轴就是用的传导螺旋机构；这种传动形式结构紧凑， 刚度较大，传动效率高，精度高；（a）螺杆转动，螺母移动b螺母固定，螺杆转动并移动图 1-11.1.3 滚动螺旋机构欢迎下载精品学习资源螺旋副内为滚动摩擦的螺旋机构，称为滚动螺旋机构或滚珠丝杠；其机构特点是在螺杆和螺母之间设有封闭循环滚道，并在其间放如刚球，当螺杆转动时，刚

7、球沿螺旋滚道滚动并带动螺母作直线运动；按循环方式的不同，分为外循环和内循环两种形式；滚珠始终在循环过程中始终与螺杆保持接触的 循环叫内循环；滚珠在返回时与螺杆脱离接触 的循环叫外循环（如图1-2 所示）；外循环螺母只需设置一个反向器，当滚珠进入反向器时，就被阻挡而转弯，从返回通道回到滚道的另一端，形成一个循环回路；机械手的横向运动采纳的便是滚动螺旋传动；滚动螺旋机构摩擦阻力小，动作灵敏度高，传动效率高，可达 90%以上；用调整的方法可排除间隙，传动精度高；图 1-21. 2 机械手夹持器和机座的结构1.2.1 机械手夹持器机械手的机械夹持器多为双指手抓式，按其手抓的运动方式可分为平移型和回转型

8、；回转型手抓有可分为单支点和双支点回转型，按夹持方式可以分为外夹式和内撑式；按驱动方式可以电动、液压和气动三种；欢迎下载精品学习资源回转型夹持器结构较简洁，但当所夹持的工件直径有变动时，将引起工件轴心的偏移；对平移型夹持器，工件直径的变化不影响其轴心的位置；但其机械机构纷杂，体积大，制造精度要求高；所以当设计机械手夹持器的时 候，在满意工件的定位精度要求的条件下，尽可能的采纳结构比较简洁回转型夹持器；本文设计的机械手采纳的是楔槽杠杆式回 转型夹持器；如右图所示，装在杆上端的滚子3 和楔块之间为滚动接触；当电机带动连杆前进时，通过楔块 4 的斜面和杠杆 1，使两个手抓产生加紧动作和加紧力；当楔块

9、后移时，靠弹簧的拉力使手指松开；这种末端执行器由于楔块和滚子之间为滚动接触，摩擦力小，活动敏捷，且机构简洁；1.2.2 机座机座是机械手的支撑部件，机座承担机械手的全部重量和工作载荷，所以机座应有足够的强度、刚度和承载才能；另外机座仍要求有足够大的安装基面，以保证机械手工作时的稳固行；欢迎下载精品学习资源如图 1-3所示，机械手采纳一般轴承作为支撑元件的机座支撑结构；这种结构有制造简洁、成本低、安装调整便利等优点；图中电动机3 经减速器4、主动小齿轮 5、中间齿轮 6、大齿轮 7 驱动丝杆 2 旋转，从而驱动升降台上下运动；整个机座安装在基座 8 上；欢迎下载精品学习资源其次章 机械手 PLC

10、 及电机的应用2. 1 PLC 简介自二十世纪六十岁月美国推出可编程规律掌握器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器掌握装置以来， PLC 得到了快速进展，在世界各地得到了广泛应用；同时，PLC 的功能也不断完善；随着运算机技术、信号处理技术、掌握技术网络技术的不断进展和用户需求的不断提高，PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动掌握等功能；今日的PLC 不再局限于规律掌握，在运动掌握、过程掌握等领域也发挥着非常重要的作用；作为离散控的制的首选产品， PLC 在二十世纪八十岁月至九十岁月得到了快速进展，世界范畴内的 PLC年增长率保持为

11、20% 30%；随着工厂自动化程度的不断提高和 PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓；但是，在中国等进展中国家PLC 的增长非常快速；综合相关资料， 2004 年全球 PLC的销售收入为 100 亿美元左右，在自动化领域占据着非常重要的位置；PLC 是由摸仿原继电器掌握原理进展起来的，二十世纪七十岁月的PLC 只有开关量规律掌握，第一应用的是汽车制造行业；它以储备执行规律运算、次序掌握、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操 作，来掌握各类机械或生产过程；用户编制的掌握程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入 PLC 的用户程序储备器中；运行时按

12、储备程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作； PLC 的 CPU内有指示程序步储备地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算； PLC 每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期；不同型号的 PLC，循环扫描周期在 1 微秒到几十微秒之间； PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K 规律程序不到 1 毫秒；它把全部的输入都当成开关量来处理， 16 位（也有 32 位的）为一个模拟量；大型PLC使用另外一个 CPU来完成模拟量的运算；把运算结果

13、送给PLC的掌握器；相同 I/O点数的系统，用 PLC比用 DCS，其成本要低一些（大约能省欢迎下载精品学习资源40%左右）； PLC 没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以保护成本比 DCS要低很多；一个 PLC 的掌握器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000 多个 I/O ）；假如被控对象主要是设备连锁、回路很少，采纳PLC较为合适；PLC 由于采纳通用监控软件，在设计企业的治理信息系统方面，要简洁一些；近 10 年来，随着 PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开头采纳PLC 进行掌握， PLC 在我国的应用增长非常快速；随着中国经济的高速进展和基础自

14、动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC 在我国仍将保持高速增长势头；通用 PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式掌握器，但PLC相对一般嵌入式掌握器而方具有更高的牢靠性和更好的稳固性；实际工作中遇到的一些用户原先采纳嵌入式掌握器，现在正逐步用通用PLC或定制 PLC 取代嵌入式掌握器欢迎下载精品学习资源编程器输输入中央处理单元出电（ CPU ）电路路系 统 程 序 存 储 区用 户 程 序 存 储 区电源2. 2 PLC 内部原理PLC实质上是一种被专用于工业掌握的运算机，其硬件结构和微机是基本一的；如图 2.1 所示， PLC 硬件的基本结构图所示：图 2-1 PLC 硬件的基本结

15、构图（1） ）中心处理单元（ CPU）中心处理单元（ CPU）是 PLC 的掌握中枢；它依据 PLC系统程序赐予的功能，接受并储备从编程器键入的用户程序和数据，检查电源、储备器、I/O以及戒备定时器的状态，并能检查用户程序的语法错误；当PLC 投入运行时，第一它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区, 然后从用户程序储备器中逐条读取用户程序，经过命令说明后按指令的规定执行规律或算术运算等任务；并将规律或算术运算等结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内；等全部的用户程序执行完毕以后，最终将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环

16、运行，直到停止运行欢迎下载精品学习资源为止；（2） ）储备器与微型运算机一样，除了硬件以外，仍必需有软件；才能构成一台完整的PLC；PLC 的软件分为两部分 :系统软件和应用软件；存放系统软件的储备器称为系统程序储备器；PLC储备空间的安排：虽然大、中、小型PLC 的 CPU的最大可寻址储备空间各不相同，但是依据 PLC的工作原理， 其储备空间一般包括以下三个区域： 系统程序储备区，系统 RAM储备区（包括 I/O映象区和系统软设备等）和用户程序储备区；（3） PLC电源PLC 电源在整个系统中起着非常重要的作用；无论是小型的PLC，仍是中、大型的 PLC，其电源的性能都是一样的，均能对PLC

17、 内部的全部器件供应一个稳固牢靠的直流电源；一般沟通电压波动在正负10%（15%）之间，因此可以直接将 PLC接入到沟通电网上去；可编程序掌握器一般使用 220V 沟通电源；可编程序掌握器内部的直流稳压电源为各模块内的元件供应直流电压；某些可编程序掌握器可以为输入电路和少量的外部电子检测装置（如接近开关）供应24V 直流电源；驱动现场执行机构的电源一般由用户供应；可编程序掌握器是从继电器掌握系统进展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相像，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入、输出继电器等；这种运算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理结构在功能上某些相像之处；欢迎

18、下载精品学习资源2 3 机械手 PLC 挑选及参数综合上述原就机械手掌握系统主机为西门子的S7-224XP；2.3.1. 主要技术数据如下： 工作电源： 24VDC输入点数： 24输出点数： 24输入信号类型：直流或开关量输入电流： 24VDC 5mA模拟输入： -10V10V（ -20mA+20mA） 输出晶体管答应电流 0.3A/ 点（ 1.2A/COM） 输出电压规格： 30VDC最大负载： 9W 2.3.2.PLC 主机的组成（1） ）、输入单元输入单元由 8 个按扭、 8 个开关和 16 个接插件组成，它们分别与 PLC的 16个输入点相接；转变这些开关或按扭的通断状态，即可对主机输

19、入所需要的开关量； 16 个接插件可外接其它直流或开关量输入信号；（2） ）、输出单元输出单元由 24 个二极管和 24 个接插件组成，它们分别与 PLC的 24 个输出点相连；发光二极管是否发光，即可表示输出点的状态，使用者可得到主机的输出信息； 24 个输出接插件可外接其它需要掌握的设备；输出单元的4 个地端，分别引出到面板，其中只有C4 与 3V 电源共地；（3） ）、电源单元PLC主机左边有外接220V/AV 的电源插座，作为 PLC的工作电源；内装变压器，输出 3V 电源，供二极管使用；另外PLC的 24VDC和 24GND已引出到面板，供外接输入器件（如传感器）的工作电源用；欢迎下

20、载精品学习资源2. 4 机械手电机的选用Y2 系列三相异步电动机具有结构新奇、造型美观、噪音低、振动小、绝缘等级高等特点，产品现已达到九十岁月国际先进水平，是Y 系列电机的更新产品；外壳防护等级 IP54 ，它具有良好的起动性能和运行性能，结构简洁，工作牢靠，修理便利等特点，电机采纳E 级或 B 级绝缘，外壳防护等级为 IP44，冷却方式为 ICO141，额定频率为 50Hz，额定电压为 380V；竖轴驱动电机承载整个机械手的全部负载，需要功率较大，而机械手主要用于生产线夹持较轻巧物体，综合考虑，竖轴选用Y2-63M2-2 ，功率 250W ， 可满意生产需要；横轴主要驱动横臂的左右运动，承载

21、重量较小，选用Y2-63M1-2 ，功率180W ，即可满意生产需要；电动机 3 主要用来掌握机械手抓的加紧和放松，所承载负载最小，因此可选用Y2-63M1-4 ，功率 120W；欢迎下载精品学习资源第三章 机械手 PLC 掌握系统设计3. 1 机械手的工艺过程3.1.1 明白设备简况机械手的结构和各部分动作示意图，如图3-1所示；机械手的工作均由电机驱动，它的上升、下降、左移、右移都是有电机驱动螺纹丝杆旋转来完成的；分析工艺过程机械手的初始位置停在原点，按下启动后按扭后，机械手将下降夹紧工件上升右移再下降放松工件再上升左移八个动 作，完成一个工作周期；机械手的下降、上升、右移、左移等动作转换

22、，是由相应的限位开关来掌握的，而夹紧、放松动作的转换是有时间来掌握的；为了确保安全，机械手右移到位后，必需在右工作台上无工件时才能下降，如上次搬到右工作台上的工件尚未移走，机械手应自动暂停，等待；为此设置了一个光电开关，以检测“无工件”信号；3.1.2 掌握方面的要求：欢迎下载精品学习资源图 3-1 机械手结构图为了满意生产要求，机械手设置了手动工作方式和自动工作方式，而自动工作方式又分为单周期和连续工作方式；1） 手动工作方式：利用按钮对机械手每一步动作进行掌握；例如，按下“下降”按钮，机械手下降；按下“上升”按钮，机械手上升；手动操作可用于调整工作位置和紧急停车后机械手返回原点；2） 单周

23、期工作方式：按下启动按钮，机械手按工序自动自动完成一个周期的动作，返回原点后停止；3） 连续工作方式：按下按钮，机械手从原点，按步序自动反复连续工作， 在连续工作方式下设置两种停车状态：正常停车：在正常工作状态下停车；按下复位按钮，机械手在完成最终一个周期的工作后，返回原点自动停机；紧急停车：在发生事故或紧急状态时停车；按下紧急停车按钮，机械手停止在当前状态；当故障排除后，需手动回到原点；欢迎下载精品学习资源3 2 PLC 掌握系统3.2.1 确定输入 / 输出点数并挑选 PLC型号1） 输入信号位置检测信号：下限、上限、右限、左限共4 个行程开关，需要 4 个输入端子；“无工件检测”信号：用

24、光电开关作检测元件，需要1 个端子；“工作方式”挑选开关：有手动、单周期和连续3 种工作方式，需要3 个输入端子；手动操作：需要有下降、上升、右移、左移、加紧、放松6 个按钮，也需要6 个输入端子；自动工作：尚需启动、正常停车、紧急停车3 个按钮，也需要 3 个输入端子；以上共需要 18 个输入信号；2） 输出信号PLC 的输出用于掌握机械手的下降、上升、右移、左移、加紧、放松以三个电动机转速的掌握等，共需要6 个输出点；机械手从原点开头工作，需要一个原点指示灯，也需要1 个输出点；所以，至少需要 6 个输出点；由于机械手的掌握属于开关量掌握，在功能上未提出特别要求；因此任何型欢迎下载精品学习

25、资源号的小型 PLC均可满意要求；依据所需的I/O 总点数并留有肯定的备用量，可选用 S7-224XP，其输入和输出各24 点，继电器输出型； S7-224XP 的各项工作参数已在其次章介绍，在此不在做介绍；3.2.2 安排 PLC的输入 / 输出端子PLC的输入输出端子安排接线图，如图3-2 所示；3.2.3 PLC 掌握系统程序设计（ 1）手动程序手动操作不需要按工序次序进行动作，所以可按一般继电器程 序来设计；手动操作的梯形图，如图3-3 所示，手动按钮 I1.3-I2.0分别掌握下降、上升、右移、左移、加紧和放松各个动作；为了保证系统的的安全与进行，设置了一些必要的连锁；其中在左、右移

26、动的电路中加入I0.7作上限连锁，这是由于机械手只有处于上限位置时，才答应左、右移动；欢迎下载精品学习资源图 3-2输入/ 输出安排接线图欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源图 3-3 手动程序自动程序自动程序如图 3-4 所示；连续及单周期操作；当机械手在原点时，程序处于初始状态，执行下降动作；当下降到下限位开关时，机械手夹紧工件，然后执行上升动作；当达到上限位时，机械手方可作横向运动，到达右工作台上方；当检测到右工作台上无工件时，机械手方可下降；机械手将物件放到右工作台上后，机械手反向运 行，回到初始点；欢迎下载精品学习资源图 3-4 自动程序将如图 3-3 所示的自动操作梯形图，包括

27、单周期、连续操作在内的整个自动操作的梯形图；至此，机械手的掌握程序分段设计完毕；依据图3-2所示的总程序结构框图，将手动操作程序梯形图和自动程序梯形图嵌入，就得到整个程序的梯形图；欢迎下载精品学习资源致答谢词设计及论文是在我的指导老师贾君贤以及各位电气自动化专业的老师共同指导下完成的，我很感谢他们不计辛苦的指导我，同时也要感谢帮忙我的同 学，给我供应了珍贵的建议！指导老师的治学态度严谨，无私的贡献精神让我深有感受；从敬重的指导老师身上，我感受到了她的无私，也学到了更多了专业学问；同时也学到了很多做人的道理！我要向我的指导老师致以最崇高的敬意！欢迎下载精品学习资源参考文献1. 胡晓明主编电气掌握及 PLC 机械工业出版社 20062. 程周主编 PLC技术与应用 福建科学技术出版社 20043. 李中年主编掌握电气及应用清华高校出版社 20064. 冯辛安主编机械制造装备设计 机械工业出版社 20055. 廖常初主编可编程序掌握器应用技术重庆高校出版社 20026. 张继和 张润敏 梁海峰主编电机掌握与供电基础西南交通高校出版社20007. 田鸣主编 机械技术基础机械工业出版社 2005欢迎下载