基于PLC控制机械手设计.docx

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1、内容摘要系统的自动把握局部主要由硬件局部和软件局部组成。硬件局部主要是由步进电机、传感器、继电器等硬件来完本钱单元的动作。软件局部主要运用了 CAD、PLC 和组态王等软件工具。在这次设计中利用 PLC 编程来完成机械手单元整个动作。其中对单元操作进展了分步：如，绘制硬件连线、整个单元的流程图、用 CAD 软件绘制平面图、用组态王来描述机械手动作的整个过程。本单元只是现场总线的其中一局部，但是它完全表达出了现场总线的优点。第一章是概述，其次章是在这次设计中所用到的工具软件，第四、五章就是本次设计的重点。通过这次设计，让我更深入的了解了自己所学专业。由于时间仓促、水平有限，其中有很多缺乏之处在所

2、难免，敬请教师批判指正， 赐予多多指导。关键词：可编程把握器PLC; 机械手; 工作原理目录第一章 绪 论 21.1 争论意义现状分析及其意义 21.2 机械手的进展趋势.优点及其应用3其次章 系统设计中的应用软件6 2.1 PLC 软件62.2 CAD 软件72.3 组态王软件7第三章 硬件局部10第四章 软件局部16第五章 组态局部18第六章 结 论 22致 谢23参考文献 241第一章 绪论第一章 绪 论可编程序把握器(PLC)已在工业生产过程的自动把握中得到了广泛的应用。它是以微处理器为核心,综合计算机技术、自动把握技术和通信技术进展起来的一种通用的自动把握装置,它具有构造简洁、易于编

3、程、性能优越、牢靠性高、灵敏通用和使用便利等一系列优点 ;气动技术也是实现工业自动化的重要手段 , 并且已广泛地应用于各工业部门,在机械产品自动化、工业自动化及企业技术改造方面占有重要的地位。气压传动的介质来自于空气 ,环境污染小,工程简洁实现。机械手在工业自动化生产中得到了很好的利用,它可削减人的重复操作,并且它还可以完成人无法完成的操作,从而大大地提高工业生产效率。人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动扮装置，它照旧是个机器，它有三个特点，一个是有类人的功能，比方说作业功能，感知功能，行走功能，还能完成各种动作，它还有一个特点是依据人的编程能自动的工作，

4、这里一个显著的特点，就是它可以编程，转变它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。到目前为止，工业机器人是最成熟，应用最广泛的一类机器人，世界总量目前已经销售 110 万台，这是 1999 年的统计，但这 110 万台在已经进展装备使用的是 75 万台，这个量也是不小的。总体状况看，日本在工业机器人这一块，是首位的，成为机器人的王国，美国进展也很快速，目前在安装的台数方面，已经超过了日本，中国刚开头进入产业化的阶段，已经研制出多种工业机器人样机， 而有小批量在生产中使用，这也是整个在日本、美国以及我们国家在工业机器人状况的一些比较。1.1 争论意义现状分析及其

5、意义工业机械手是近几十年进展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动把握技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。3我国现有机器人争论开发和应用工程单位 200 多家 ,其中从事工业机器人争论和应用的有75 家 ,共开发生产各类工业机器人约800 台 ,90%以上用于生产中 ,引进工业机器人做应用工程的约 500 台。计算机把握系统是在自动把握技术和计算机技术进展的根底上产生的。在经济全球化的浪潮中，降低人力本钱，提高生产率，缩短订单处理时间等已成为生产企业的不断追求。为了到达这一目标，它们越来

6、越依靠于一代的硬件和软件系统。近年来，由于个人计算机简称 PC的高速率和对硬件与软件的几乎无限制的开放，使得 PC 的应用迅猛增长。将 PC 机 CPU 的高速处理性能和良好的开放性引入到计算机把握领域，形成了基于 PC 的把握系统。随着计算机把握技术在机械手应用中的不断深入，具有独立把握器、程序可变、动作灵敏、定位精度高、适用于可变换品种中小批量自动化生产的通用机械手得到快速进展。各国大企业工业机械化生产过程不同程度实现了工业机械手的计算机把握。1.2 机械手的进展趋势、优点及其应用工业机械手的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其表达了人的智能

7、和适应性。它能局部地代替人工操作；能依据生产工艺的要求，遵循确定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；能制作必要的机具进展焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的力气，在国民经济各领域有着宽阔的进展前景。广泛承受工业机械手，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全， 改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产本钱，有着格外重要的意义。工业生产上应用的机械手，由于使用场合和工作要求的不同，其构造型式亦各不一样，技术简洁程度也有很大差异。但它们都有类似人的手臂、

8、手腕和手的局部动作及功能；一般都能按预定程序，自动地、重复循环地进展工作。此外， 还有些非自动化的装备，具有与人体上肢类似的局部动作，构造上与工业机械手是全都的，亦可归属于工业机械手的范畴。例如，早期就有一种由人直接用绳索牵引进展操作的随动机械手和近期进展起来的由人工进展操纵的机械手如平衡吊，以及一些就近按钮把握或遥控的非全自动的单循环的机械手等。机械手的总体设计要进展全面综合考虑，尽可能使之做到构造简洁、紧凑、简洁操作、安全牢靠、安装修理便利、经济性好。机械手在工业生产中的应用， 几乎普及各行各业。归纳起来，大致有如下几个方面：1. 合单机实现自动化生产上消灭的很多高效专用加工设备如各种专用

9、机床等，假设工件的装卸等关心作业，连续由人工操作，不仅会增加工人劳动强度，同时亦不能充分发挥专用设备的效能，必定会影响劳动生产率的提高。假设承受机械手代替人工上、下料，则可转变上述不相适应的状况，实现单机自动化生产，并为实现多机床看管供给了条件。如：自动机床及其上下料机械手、冲压机械手、注塑机及其取料机械手等。2. 组成自动生产线在单机自动化的根底上，假设承受机械手自动装卸和输送工件，可使一些单机连接成自动生产线。目前在轴类和盘类工件的生产线上，承受机械手来实现自动化生产尤为广泛。如：轴类加工自动生产线及其上下料机械手、盘类加工自动生产线及其机械手、齿轮加工机床的上下料机械手等。3. 高温作业

10、自动化在高温环境下作业如热处理、铸造和锻造等，工人的劳动强度大，劳动条件差，承受机械手操作，更具有现实意义。如汽车钢板弹簧淬火机械手、压铸机用浇铸机械手等。4. 操作工具用机械手握持工具，在高温、粉尘及有害气体环境下进展自动化操作，可以使人脱离恶劣的劳动条件，并减轻劳动强度，提高劳动生产率和保证产品质量。如汽车车身等薄钢板的点焊工艺、自动喷漆或自动喷丸清砂工作等。5. 进展特别作业在现代科学技术中，原子能的应用，海底资源的开发，星际探究等等都已为人们所生疏。但放射性辐射，或海底、宇宙等环境，常常是人体不能直接接触或难以接近的，承受遥控机械手代替人们进展这种作业，既能完成这些特别作业， 又能长时

11、间地安全地进展工作，成为人类向的自然领域进军的一种有效手段。实践证明：工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度， 改善劳动条件，提高劳动生产率和生产自动化水平。工业生产中常常消灭的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作，承受机械手是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进展操作，更显示其优越性，有着宽阔的进展前途。总之，工业机械手的应用在工业生产中是多方面的，为了使机械手能发挥它的更多的作用，还应留意进展其他的关心设备与之协作。其次章 系统设计中的应用软件其次章 系统设计中的应用软件2.1 PLC 软件2.1.1 PLC 的构造PLC 是微

12、机技术和继电器常规把握概念相结合的产物，从广义上讲，plc 也是一种计算机系统，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入/输出接口，具有跟适合于把握要求的编程器，具有个适合与工业环境的抗干扰性能。因此，plc 市一中工业把握用的专用计算机，它的实际组成于一般微型计算机系统根本一样，也是硬件系统和软件系统两大局部组成。图 2.1 plc 构造示意图2.1.2 PLC 的工作原理PLC 与继电器构成的把握装置的重要区分之一就是工作方式不同，继电器把握是并行运行方式，即假设输出线圈通电或断电，该线圈的触点马上动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而 PLC 则不同，它承受循

13、环扫描9技术，只有该线圈通电或断电，并且必需当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说 PLC 以“串行”方式工作的， 这种工作方式可以避开继电器把握的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器把握装置是依据输入和规律把握构造就可以直接得到输出，而 PLC 把握则需要输入传送、执行程序指令、输出 3 个阶段才能完成把握过程。2.2 CAD 软件CAD计算机关心设计技术是随着计算机及其外围设备，计算机软件的快速进展而形成的一门兴技术，是电子信息技术与产业工程技术的结晶。CAD 技术及其应用程度已成为衡量一个国家科技现代化和现代制造业水平的重要标志。随着微型计

14、算机技术的快速进展，CAD 系统已开头从小型计算机向微型计算机转化，从而使 CAD 技术能在企业中被广泛承受，并产生了巨大的经济效益。在机电、建筑、艺术设计等行业，AutoCAD 软件在全球各种 CAD 软件中独占鳌头。它具有易于把握、使用便利、体系构造开放的特点。依据当今计算机硬件及软件的进展状况，估量 CAD 技术今后将在以下几个方面进展重点争论，并有望取得进展：CAD 系统的智能化；CAD 系统的集成化；CAD 系统的标准化；CAD 系统的可视化包括虚拟设计；网络化的 CAD 系统。CAD 技术的首要任务是为产品设计和生产对象供给便利、高效的数字化表示和表现Digital Represe

15、ntation and Presentation的工具。数字化表示是指用数字形式为计算机所创立的设计对象生成内部描述，象二维图、三维线框、曲面、实体和特征模型；而数字化表现是指在计算机屏幕上生成真实感图形、创立虚拟现实环境进展漫游、多通道人机交互、多媒体技术等。CAD 的概念不仅仅是表达在关心制图图形实现方面,它更主要地起到了设计助手的作用，帮助宽阔工程技术人员从繁杂的查手册、计算中解脱出来。极大地提高了设计效率和准确性，从而缩短产品开发周期、提高产品质量、降低生产本钱，增加行业竞争力气。2.3 组态王软件组态王开发监控系统软件是型的工业自动把握系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系

16、统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为把握层、监控层、治理层三个层次构造。其中监控层对下连接把握层，对上连接治理层，它不但实现对现场的实时监测与把握，且在自动把握系统中完成上传下达、组态开发的重要作用9。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，承受组态王对监控系统进展设计。组态软件也为试验者供给了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用 Windows 的图形编辑功能，便利地构成监控画面，并以动画方式显示把握设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表

17、。它还具有丰富的设备驱动程序和灵敏的组态方式、数据链接功能。1. 使用组态王实现把握系统试验仿真的根本方法：(1) 图形界面的设计(2)构造数据库(3)建立动画连接(4)运行和调试2. 使用组态王软件开发具有以下几个特点:(1) 试验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动把握系统课程的试验,从而大大削减购置仪器的经费。(2) 该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言, 操作简洁易学且编程简洁,参数输入与修改灵敏,具有屡次或重复仿真运行的把握力气,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线 ,能很直观地显示把握系统的实时趋势曲线,这些很强的交互力气使其在自动把握

18、系统的试验中可以发挥抱负的效果。3. 在承受组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面:(1) 图形,是怎样用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。(2) 数据,就是创立一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比方水位、流量等。(3) 连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入把握设备的指令。第三章 硬件局部第三章 硬件局部31 可编程程序把握器的硬件系统（1） 微处理器单元中心处理器CPU是 PLC 的核心局部，它包括微处理器和把握接口电路， 微处理器是 plc 的运算把握中心，有他实现规律运算，协调把握系统内部各

19、局部的工作。它的运行式依据系统程序所赐予的任务进展的。它通过系统总线与用户存储器、输入/输出I/O、通信端口等单元相连。通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。其主要功能是由编程器写入把握程序和数据到存储器、调用系统程序对用户程序进展编辑或编译并把相应的操作数转存到内存中去、从存储器上读取和执行程序，还可以进展 PLC 内部故障的诊断等。（2） 存储器依据存储器存储内容的不同，我们把存储器分为：系统程序存储器：用来存放系统程序的存储器。系统程序相当于计算机操作系统，主要包括检查程序、编译程序和监控程序，是 PLC 厂家依据选用的 CPU 的指令系统编写的，并固化到 ROM 里，

20、用户不能修改其内容。用户程序存储器：用来存放用户依据把握要求编制的程序。不同类型的PLC，其存储容量也不一样。数据存储器：用以存放 PLC 运行中的各种数据的存储器。由于运行中数据不断变化，所以这种存储器必需可读写。（3） 输入/输出I/O单元输入/输出I/O单元是 PLC 与外部设备连接的纽带。输入单元接收现场设备向 PLC 供给的开关量信号，经过处理后，变成 CPU 能够识别的信号。输出单元将CPU 的信号经处理后来把握外部设备的。（4） 电源局部电源单元数 plc 的电源供给局部。它的作用是把外部供给的电源变成系统内部个单元所需的电源，有的电源单元还想供给直流电源，给与开关量输入单元连接

21、的10现场但愿开关使用。电源还包括掉电保护电路和后被电池。以保持 ram 在外部电源后存储的内容不丧失，PLC 的电源议案赛用开关电源，其特点是输入电压范围宽，体积小，质量轻，效率高。抗干扰型好。断电不同型号的PLC 有不同的供电方式，所以 PLC 电源的输入电压既有 12V 和 24V 直流，又有 110V 和 220V 沟通。PLC 内部使用的电源是整体的供给中心，它的优劣直接影响到 PLC 的功能和牢靠性，因此目前大局部 PLC 承受开关式稳压电源供电。（5） 通信端口PLC 的 CPU 模块上至少有一个通信端口。通过这个通信端口，PLC 可以直接和编程器或上位机相连。（6） 编程器几乎

22、每个 PLC 厂家都有自己的编程器。用户通过编程器来编写把握程序，并通过编程器接口将自己的把握程序输入到 PLC。它还可以在线检测程序的运行状况。（7） 特别功能单元主要包括模拟量输入/输出单元、远程 I/0 模块、通信模块、高速计数模块、中断输入模块和 PID 调解模块等。随着 PLC 的进一步进展，特别功能单元的应用也越来越多。警灯直流减速电机图 3.1 机械手的主视图双作用气缸双作用气缸双作用气缸图 3.2 机械手的侧视图表 3.1 机械手工作所用电机及传感器3双作用气缸19203DSNU-16-100-PA1费斯托4单向截流阀197578GRLA-M5-QS-6-D2费斯托5舌簧开关1

23、64595SMEO-4-K-LED-24-B2费斯托6行程开关安装附件19275SMBR-162费斯托7截止阀162807HE-1/4-D-MINI1费斯托8单电控电磁阀173127MEH-5/2-1/8-B1费斯托9“1“型螺纹接头153002QS-1/8-63费斯托10“1“型螺纹接头153005QS-1/4-81费斯托11“1“型螺纹接头153003QS-1/4-61费斯托序号名称型号数量厂商1直流减速电机70ZYNJ55r/min3国产2继电器MY2N-DC24V6欧姆龙12消音器2307 U-1/82费斯托13警灯TH-DC24V1国产14微动开关12国产直流减速电机作用：其作用就是

24、在保证周密传动的前提下，主要被用来降低转速增大扭矩和降低负载/电机的转动惯量比。继电器作用：用小电流或低电压或小功率把握大电流或高电压或大功率的设备。双作用气缸作用：可以在活塞的两个面上施力以把握其主动运动可以双向作用的气缸叫双作用的。单向截流阀作用：当截流阀关闭、气源截流的同时，气动系统中的气压次压侧压力将通过截流阀的排气孔排空，便利系统的调试与修理。截止阀作用：截止阀只适用于全开和全关，不允许作调整和节流。截止阀属于强制密封式阀门，所以在阀门关闭时，必需向阀瓣施加压力，以强制密封面不泄漏。单电控电磁阀作用：单电控电磁阀，线圈通电气缸翻开,线圈释电后气缸关闭。微动开关作用：微动开关是一种施压

25、促动的快速开关，又叫灵敏开关。其工作原理是外机械力通过传动元件按销、按钮、杠杆、滚轮等将力作用于动作簧片上，并将能量积聚到临界点后，产生瞬时动作，使动作簧片末端的动触点与定触点快速接通或断开。降臂检测后退电机 1抬臂检测前进电机 1顺转检测顺转电机 1逆转检测逆转电机 1工件检测 1降臂止动气缸复位 1抬臂止动气缸至位 1直流电池吸铁 1后推限位 1前进限位 1止动气缸 1手动/自动按钮 1工作指示灯 1启动按钮 1停顿按钮 1 急停按钮 1图 33 电路连接图第四章 软件局部第四章 软件局部机械手电气把握系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续把握和手动把握等操作方式。工作方式的选择可以很便

26、利地在操作面板上表机械手工作的流程(1) 首先进展机械手的伸缩、升降、转盘和抓手的重启动和原点搜寻物体(2) 机械手的伸缩臂向前，同时转盘逆时针旋转，始终分别运行到逆时针限位点(3) 机械手下降，始终到下降到下限到位(4) 抓手电磁阀启动，抓手抓紧，抓起货物 A(5) 机械手的升起到上限到位(6) 机械手的转盘顺时针旋转到顺时针到位(7) 机械手下降到下降到位(8) 抓手电磁阀再次启动，抓手放松，货物 A 放下(9) 再次对机械手的升降进展原点搜寻(10) 机械手的伸缩臂、转盘进展原点搜寻，全部复位。17电源启动原点搜寻搜寻到位手臂逆时针旋转逆时针到位手臂下降下降到位抓手抓紧抓手转手到位手臂顺

27、时针旋转顺时针到位手臂下降下降到位抓手放松抓手放松到手臂抬起手臂抬起到位复位图 4.1 流程图第五章 组态局部第五章 组态局部本章中主要用组态王设计了机械的简图及其工作时候的指示灯的指示状况， 组态王开系统软件是型的工业自动把握系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为把握层、监控层、治理层三个层次构造。其中监控层对下连接把握层，对上连接治理层，它不但实现对现场的实时监测与把握，且在自动把握系统中完成上传下达、组态开发的重要作用，尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系

28、统要求及实现功能的分析，承受组态王对监控系统进展设计。组态软件也为试验者供给了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用 Windows 的图形编辑功能，便利地构成监控画面，并以动画方式显示把握设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵敏的组态方式、数据链接功能。19工件到位plc 启动移动至抓取点上方移动至抓取点汽缸动作，抓取工件汽缸动作完毕，抓取到工件移动至原点移动至放置点上方移动至放置点汽缸动作，放置工件汽缸动作完毕，放置工件图 5.1 动作流程图下面是机械手画面和工作指示状况的截图图 5.2 机械手图 5.3 工作状

29、况随着 Internet 科技日益渗透到生产、生活的各个领域，自动化软件的 e 趋势已进展成为整合 IT 与工厂自动化的关键。亚控科技始终是这个领域的开拓者， 组态王的 Internet 版本立足于门户概念，承受最的技术，功能更丰富，操作更简洁。整个企业的自动化监控将以一个门户网站的形式呈现给使用者，并且不同工作职责的使用者使用各自的授权口令完成各自的操作，这包括现场的操作者可以完成设备的起停、中控室的工程师可以完成工艺参数的整定、办公室的决策者可以实时把握生产本钱、设备利用率及产量等数据。组态王的 Internet 功能逼真再现场画面，使您在任何时间任何地点均可实时掌控企业每一个生产细节得以

30、实现，现场的流程画面、过程数据、趋势曲线、生产报表(支持报表打印和数据下载)、操作记录和报警等均轻松扫瞄。固然您必需要有授权口令才能完成这些。第六章 结论第六章 结 论本次毕业设计在功能上根本实现了 PLC 自动把握机械手动作的过程，并且能够实现机械手与 PLC 之间的相互通信，并能在发生技术故障的时候机械手自动停顿动作。本次毕业设计过程中遇到了很多的困难，特别是设计所涉及到的一些硬件的选择，由于要考虑到不同型号的硬件在参数上有很大的区分，因此在选择硬件的时候要特别留意选择本钱比较低而又能满足设计要求的硬件。经过三个多月的毕业设计，在于教师的指导下,学习 和稳固了 PLC 课程学习的内容，学习

31、 PLC 把握程序设计的根本方法和技巧。在这次的课程设计中,我更加深刻地了解到我的缺乏之处,我会更加努力学好学问,为将来做预备。23致 谢23参考文献参考文献1 孙树朴，郑征 电力电子技术，徐州中国矿业大学出版社，2023 年2 刘泉海，陈因电力电子技术，重庆重庆大学出版社 2023 3西门子 PLCQ 系列 I0 模块说明书4 西门子 PLCQ 系列 QO1H CPU 说明书5 可编程序把握器PLC教程天津轻工职业技术学院 2023.8 6伺服把握器说明书7PLC 应用开发技术与工程实践，人民邮电出版社，2023 年8刘柏生，PLC 编程有用指南，机械工业出版社，2023 年9 何衍庆、俞金寿编，可编程序把握器原理及应用技巧，化学工业出版社， 2023 年10 刘志远主编，可编程把握器原理及在机械手中的应用，中国电力出版社， 1999 年24