基于PLC的光源上泡机械手控制设计~.docx

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.53M 资料格式：docx 举报版权申诉

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第1章概述

1.1PLC介绍

1.2机械手背景介绍

1.3课题研究意义

第2章硬件设计

2.1 PLC的选择

2.2开关及电磁阀

2.2.1 开关

2.2.2 电磁阀

2.3 PLC的I/O外部地址分配

2.4 PLC外部接线图

2.4.1 PLC外部接线图

第三章软件设计

3.1 系统流程图

3.1.1 系统控制要求

3.1.2 系统控制框架图

3.1.3 主程序流程图

3.2 系统功能图

3.3 系统梯形图

3.3.1 梯形图

3.3.2 指令表

3.4 工作流程分析

第4章系统调试及分析

4.1软件仿真结果

4.2结果分析

个人总结

参考文献

基于 PLC 的光源上泡机械手控制设计摘要当面临人工无法实现的工作时，机械手成为了替代人工的替代品。在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的使用能够显著的提高生产效率，减少人为因素造成的废次品率。它的特点是通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器人的部分优点，尤其体现了人的灵活协调和机器人的精确到位。随着科学技术的发展，人们对机械手的安全性，可靠性，准确性有了充分认识，同时对其要求也越来越高。可编程控制器凭其稳定性，简单性，强大性成为了目前应用最广的工业自动化支柱之一。关键词：PLC，机械手，可编程控制器

目录第 1 章概述..................................................................................................1 1.1 PLC 介绍........................................................................................... 1 1.2 机械手背景介绍...............................................................................1 1.3 课题研究意义...................................................................................2 第 2 章硬件设计..........................................................................................3 2.1 PLC 的选择....................................................................................... 3 2.2 开关及电磁阀....................................................................................3 2.3 PLC 的 I/O 外部地址分配................................................................4 2.4 PLC 外部接线图............................................................................... 5 第 3 章软件设计..........................................................................................6 3.1 系统流程图.......................................................................................6 3.2 系统功能图.......................................................................................8 3.3 系统梯形图.......................................................................................9 3.4 工作流程分析.................................................................................11 第 4 章系统调试及分析........................................................................... 12 4.1 软件仿真结果.................................................................................12 4.2 结果分析.........................................................................................13 个人总结......................................................................................................14 参考文献..........................................................................................................

第 1 章概述 1.1 PLC 介绍 PLC 中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。在组成结构上，PLC 具有一体化结构和模块式结构两种模式。在控制估摸上，PLC 向小型化和大型化两个方向发展。随着中国经济的高速发展和基础自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控制器，但 PLC 相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用 PLC 或定制 PLC 取代嵌入式控制。在可以预见的将来，PLC 产业一定会有一个美好的未来。 1.2 机械手背景介绍机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统 FMS 和柔性制造单元 FMC 中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。机械手一般为三类：一是不需要人工控制的通用型机械手。它是不属于其他主机的独立装置。可以根据任务需要编制独立程序完成各项规定操作。它的特点是具备不同装置的性能之外还具备通用机械及记忆功能的三元型机械。二是需要人工操作的，起源于原子，军事工业。先是通过操作完成特定工序，后来逐步发展到无线遥控操作。第三类是专用机械手，通常依附于自动生产线上，用于机床的上下料和装卸工件。这种机械手国外叫做“Mechanical Hand”。它由主机驱动来服务，工作程序固定，一半是专用的。机械手首先是在美国开始研制。第一台机械手是在 1958 年美国联合控制公司研究制作出来的。结构是：主机安装一个 1

回转长臂，长臂顶端有电磁抓放机构。日本在工业上应用机械手最多，发展最快的国家，自 1969 年从美国引进两种机械手后开始大力研发机械手。前苏联自六十年代开始发展和应用，自 1977 年，前苏联使用的机械手一半来自国产一半来自进口。现代工业中，自动化在生产过程中已日趋突出，机械手就是在机械工业中为实现加工、装配、搬运等工序的自动化而产生的。随着工业自动化的发展，机械手的出现大大减轻了人类的劳动，提高了生产效率。采用机械手已为目前研究的重点。 1.3 课题研究意义在现代工业中，生产过程的机械化自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展，自动化已经成为现代企业当中的重要支柱，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控制领域中出现的一项新的技术，是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。尤其是在高温、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发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动不知疲倦、不怕危险、抓举重物的丽江比人手大的特点。工业机械手是近几十年发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。它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，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 2

第 2 章硬件设计 2.1 PLC 的选择本设计采用 FX2N-48MR PLC 硬件系统。主机中包括一定数量的 I/O 端口，同时还可以扩展各功能模块。FX2N-48MR 系列 PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。FX2N-48MR 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 FX2N-48MR 系列具有极高的性价格比。它具有以下特点：（1）灵活配置：除了大量满足特殊需求的特殊模块外，六个基本单元中的每一个都可以扩展到 256I/O。（2）高速运行：基本指令：0.08us/指令，应用指令：1.52 至数百 us/指令。（3）突出的寄存器容量：FX2N 系列包括 8K 步进内置 RAM 寄存器，可以扩展到 16RAM 或 EEPROM。（4）丰富的元件资源：3072 点辅助继电器，256 点定时器，235 点计数器， 8000 数据存储器。 2.2 开关及电磁阀 2.2.1 开关本设计采用的开关分为按钮开关与限位开关两种。按钮开关在低压控制电路中用于手动发出控制信号。本设计采用两个，分别为启动开关、停止开关。限位开关是利用运动部件的行程位置实现控制的电器元件，常用于自动往返的生产机械中。其不靠手动而是利用运动部件上的挡块碰压而使触头动作而实现电路的切换，达到控制运动部件行程位置的目的。本设计采用 5 个，分别是上升限位开关、下降限位开关、左旋限位开关、右旋限位开关。 1）上升限位开关。上升限位开关用于控制机械手在整体上升时的位置。在机械工作平台上方的合适位置上安装好限位开关，然后当机械手上升到可以接触到上升限位开关时， PLC 就控制机械手停止上升。 2）下降限位开关。下降限位开关用于控制机械手在整体下降时的位置。在机械工作平台下方的合适位置上安装好限位开关，然后当机械手下降到可以接触到下降限位开关时， PLC 就控制机械手停止下降。 3）左旋限位开关。左旋限位开关用于控制机械手手臂向左旋转时的定位。在机械工作平台的合适位置上安装好限位开关，然后当机械手手臂向左旋转接触到左旋限位开关时， PLC 就控制机械手停止向左运动。 4）右旋限位开关。右旋限位开关用于控制机械手手臂向右旋转时的定位。在机械工作平台的合适位置上安装好限位开关，然后当机械手手臂向右旋转接触到右旋限位开关时， PLC 就控制机械手停止向右运动。 3

2.2.2 电磁阀它是一种根据运动部件的行程位置而切换电路工作状态的。电磁筏的动作原理与控制按钮相似，在机械手设备中，事先将电磁阀根据工艺要求安装可以实现控制的足够量的电磁阀，部件在运行中，装在其上撞块压下行程开关顶杆，使电磁阀的触点动作而实现电路的切换，达到控制运动部件行程位置的目的。本设计采用 6 个电磁阀，分别是上升、下降、左旋、右旋、抓泡、放泡。 2.3 PLC 的 I/O 外部地址分配输入/输出信号在 PLC 接线端子上的地址分配是进行 PLC 控制系统设计的基础。对软件设计来说，I/O 地址分配以后才可以进行编程，对控制柜以及 PLC 外围接线来说，只有 I/O 地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。PLC 的 I/O 地址分配如表 2-1 所示。表 2-1 I/O 地址表 X000 X001 X002 X003 X004 X005 启动开关 SB1 上升限位开关 SB2 下降限位开关 SB3 左旋限位开关 SB4 右旋限位开关 SB5 停止开关 SB6 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 上升电磁阀下降电磁阀左旋电磁阀右旋电磁阀抓泡电磁阀放泡电磁阀在输入口 X002 到 X005 这 4 个输入口是机械手的限位控制，根据 PLC 主机 CPU 中的程序在机械手移到限位位置时控制机械手进行下一个动作。X001 和 X006 分别是启动和停止开关，机械手根据该开关的动作执行开始或关闭。Y001 到 Y005 这 6 个输出口，是 PLC 的输出口用来控制机械手。 2.4 PLC 外部接线图 2.4.1 PLC 外部接线图机械手外部 PLC 接线图如图 2-2 所示。 4

图 2-1 机械手控制硬件连接图 5

第三章软件设计 3.1 系统流程图 3.1.1 系统控制要求在光源机械中，上泡机械手的功能是从间歇运转的上泡盘上抓取泡壳，并将其送到运转的封口机上。为此，上泡机械手在一个工作循环中需要完成上升与下降、左旋与右旋、抓泡与放泡等一系列动作。在自动化生产线上，工作开始后，上泡机械手在一个工作循环中需要按顺序依次完成以下动作：上升、左旋、下降、抓泡、上升、右旋、下降、放泡。采用 PLC 实现机械手运动的自动控制，需要设置检测各步动作是否到位的传感器，并确定从一个工步到下一工步的转步条件。 3.1.2 系统控制框架图根据系统控制要求绘制系统框架图，如图 3-1 所示。图 3-1 系统控制框架图 3.1.3 主程序流程图根据系统控制要求，设计 PLC 系统的主程序，并绘制流程图。开始执行程 6

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