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基于PLC原理机械手大小球分捡.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.14M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    PLC 在机械手分选系统中的应用 PLC 在机械手控制系统中的应用 摘要： 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产 工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因为，它能大大地改善工人 的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投 入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为 广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。 在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开发物料搬运机械手，采用日 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控制。用于分捡大 小球的机械装置。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。 关键词：机械手 PLC 大小球 1
    PLC 在机械手分选系统中的应用 目 录 第 一 章 PL C 应 用 系 统 设 计 基 础 知 识 …… … … … … … … … … … 4 1.1 PLC 控制系统设计的原则和内容……………………………… 4 1.2 PLC 的选型………………………………………………….4 第 二 章 P L C 控 制 系 统 硬 件 设 计 … … … … … … … … … … … … . 6 2.1 按钮、行程开关的选型………………………………………6 2.2 接近开关、转换开关、刀开关的选型…………………………6 2.3 时间继电器、接触器的选型………………………………….7 2.4 熔断器、电动机的选型……………………………………….7 2.5 电磁阀的选型…………………………………………………8 第 三 章 P L C 机 械 手 在 大 小 球 分 选 系 统 中 的 设 计 … … … … … … 9 3.1 机械手的总体方案分析………………………………….9 3.2 控制面板的结构…………………………………………10 3.3 I/O 口设备及 I/O 点分配表………………………………12 3.4 状态编程图和步进梯形图……………………………….13 第 四章 调 试……… ……………… ……………… ……………… .16 第 五章 展 望与 未来 ……………………… …………………… … .17 第 六章 致 谢……… ……………… ……………… ……………… .18 参 考 文 献 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . 1 9 2
    PLC 在机械手分选系统中的应用 第一章 PLC 应用系统设计基础知识 PLC 应用系统设计主要包括硬件设计、软件设计、施工设计和安装调试等内容。 本课程设计着重在系统设计和程序设计。 1.1 PLC 控制系统设计的原则和内容。 PLC 的选择除了应满足技术指标的要求外，还应着重考虑产品的技术支持与售 后服务等情况。 最大限度地满足被控对象或产生过程的控制要求。对于一些原来用继电接触 器线路不易实现的要求，使用 PLC 后，将很容易实现。 在满足控制要求前提下，力求使控制简单、经济、操作和维护方便。对一些 过去较为繁琐的控制可利用 PLC 的特点加以简化，通过内部程序化外部接线及操 作方式。 保证控制系统的安全、可靠。同时采取“软件兼施”的办法。 考虑到生产的发展和工艺的改进，选择 PLC 容量及 I/O 点数时，应适当留有 裕量。一个系统完成后，往往会发现一些原来没有考虑到的问题，或者新提出的 问题 ，如果事先留有裕量。则 PLC 系统极易修改。同时对日后系统工艺的变更提 供方便。当然对于不同的用户，要求的侧重点不同，设计的原则也应有所区别， 如果以提高产品和安全为目标，则应将系统可靠性放在设计的重点，设置考虑采 取冗余控制系统；如果要求系统改善信息管理，则应将系统通信能力与总线网络 设计加以强化；如果系统工艺经常变更，则事先充分考虑。 1.2 PLC 的选型 在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比，具体考虑以下几 点。 1.2.1 性能与任务相适应 对于开关量控制系统的应用系统，当对控制要求不高时，可选用小型 PLC（如 西门子公司 S7-200 系列 PLC 或 OMON 公司系列 CPM1A/CPM2A 型 PLC）就能满 足要求，如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等。 对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，如对工业生产中常 遇到的温度、压力、流量、液位等连续量的控制，应选用带有 A/D 转换的模拟量输 入模块和带有 D/A 转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器和驱动装置， 并且选择运算功能较强的中小型 PLC，如西门子公司的 S7-300 系列 PLC 或 OMRON 公司的 COM/CQM1H 型 PLC。 对于比较复杂的中大型控制系统，如闭环控制、PID 调节、通信联信网 4 等， 可 选 用 中 大 型 PLC （ 如 西 门 子 公 司 的 S7-400 系 列 PLC 或 OMRON 公 司 的 C200HE/C200HG/C200HX、CV/CVM1 等 PLC）。当系统的各个控制对象分布在不 同的地域时，应根据各部分的具体要求来选择 PLC，一组成一个分布式的控制系统。 1.2.2 PLC 的处理速度应满足时实控制的要求 PLC 工作时，从输入信号控制存在着滞后现象，即输入量的变化，一般要在 1～ 2 个扫描周期之后才能反映到输出端，这对于一般工业控制是允许的。但有些设备 的实时性要求教高，不允许有教大的滞后时间。例如，PLC 的 I/O 点数在几十到几 千点范围内，这时用户应用程序的长短对系统的响应速度会有较大的差别。滞后时 间应控制在几十毫秒之内，应小于普通继电器的动作时间。 3
    PLC 在机械手分选系统中的应用 1.2.3 PLC 应用系统结构合理、机型系列应统一 PLC 的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把 PLC 的 I/O 和 CPU 放在 一块电路板上，省去插接环节，体积小，每一 I/O 点的平均价格比模块式的便宜， 适用于工艺过程比较稳定、控制要求比较简单的系统。模块式 PLC 的功能扩展，I/O 点数的增减，输入与输出点数的比例，都比整体式灵活。维修更换模块、判断与处 理故障快方便，适用于工艺过程变化教多、控制要求复杂的系统。在使用时，应按 实际具体情况进行选择。 结合以上几点，在设计 PLC 机械手在大小球分选系统中用的 PLC 的选型为 FX2N 系列的可编程控制器，FX2N 系列的 PLC 采用一体化箱体结构，其基本单元将 所有的电路，含 CPU、储存器、输入输出接口及电源等都装在一个模块内，是一个 完整的控制装置。这样结构紧凑，体积小巧，成本低，安装方便。FX2N 系列 PLCFX2N 系列基本单元的输入输出比为 1：1。为了实现输入输出点数的灵活配置及功能的灵 活扩展，FX2N 系列 PLC 还配有扩展单元、扩展模块及特殊功能单元。扩展单元是 用于增加 I/O 点数的装置，内部设有电源。扩展模块用于增加 I/O 点数及改变 I/O 比 例，内部无电源，用电由基本单元或扩展单元供给。因扩展单元及模块无 CPU，必 须与基本单元一起使用。特殊功能单元是一些专门用途的装置。FX2N 系列 PLC 都 是同宽同高不同长度的模块，这样几个模块拼装起来后就成了一个整齐的长方形结 构。根据输入和输出点的需要，即选择 FX2N—48MR-001 的 PLC。 4
    PLC 在机械手分选系统中的应用 第二章 PLC 控制系统硬件设计 2.1 按钮和行程开关的选择 2.1.1 按钮的选择原则： (1)根据使用场合，选择控制按钮的种类，如开启式，防水式，紧急式等。 (2)根据用途，选用合适的型式，如钥匙式，紧急试，带灯式等。 (3)按控制回路的要求，确定不同的按钮数，如单钮，双钮，三钮，多钮等。 (4)按工作状态指示和工作情况的要求选择按钮及指示灯的颜色。 按钮的参数：一般规格为交流 500V，允许持续电流为 5A，红色按钮表示停 止按钮，绿色表示启动，为了区别按钮颜色，按钮的选择为 LA25—D，指带指示灯 的按钮。 2.1.2 行程开关的选择： 行程开关的分类：直动式，滚动式和微动式三种。直动式行程开关的优点是结 构简单，成本低，但容易烧蚀触头。滚动式行程开关克服了直动式行程开关的缺点， 但其结构复杂，价格也较高，所以选择微动式行程开关体积小，动作灵敏，适用于 小型机构中使用。即型号为: LX32—4 S 2.2 接近开关、转换开关、刀开关的选择 2.2.1 接近开关的选择： 接近开关是一种对接近它的物体有“感知”能力的元件—位移传感器，利用传 感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，当有物体移向接近开关， 并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。在设计中，接近开 关 SQO 用于检测是否有球，SQ1—SQ5 分别用于传送机械手上下左右运动的定位。 接近开关分为霍尔接近开关，超声波接近开关，高频振荡式接近开关，霍尔接 开关用于检测磁场，一般用磁场钢作为被检测体。超声波接近开关适用检测不能或 不可触及的目标，其控制功能不受声、电、关等因素干扰，检测物体可以是固体、 液体、或粉末状态的物体，只要能反射波用的电子装置及调节检测范围用的程控桥 式开关等几个部分组成，高频振荡式接近开关用于检测各种金属，主要由高频振荡 器，集成电路晶体管放大器和输出器三部分组成。 接近开关的产品种类十分丰富，常用的国产解决开关有 LJ，3SG 和 LX18 等。LJ5 系列接近开关采用磁振荡原理，用来检测金属物体的存在。它采用国际统一的外形 及安装尺寸，圆柱螺纹安装，外壳防护等级 IP65，允许周围温度范围-25℃～-30℃。 同一产品适用电压范围为 AC30～200V，DC10～30V（二线型）和（三线型），开关寿 命可达 3000 万次以上，接近开关类型即为： LJ 5 A—10 / 3 3 0 2.2.2 转换开关的选择： 5
    PLC 在机械手分选系统中的应用 转换开关是一种多档位，多触点，能够控制多回路的主令电器，可以用于 控制小容量电动机的启动、换向、调速、正反转控制等，常用的万能转换开关 有 LW2、LW5、LW6、LW8 等系列，在设计机械手大小球分选系统中操作方式有手 动，单周期，连续。所以选 LW5 系列的万能转换开关比较使用。 2.2.3 刀开关的选择： 刀开关是一种手动电器，为了简单，方便，选择 HD 型单投刀开关，分为 1 级，2 级，3 级，其型号为 HD13B—200/3 2.3 时间继电器、接触器的选择 2.3.1 时间继电器的选择： 时间继电器在控制电路中用于时间的控制，有 JS23，JS27A，JSK□，7PR， SS—18 等系列的时间继电器。经过调查对比，JS27 系列时间继电器是国内厂家 90 年代针对起重电控行业特点开发的产品，适用于交流 50HZ，电压至 380V。 直流电压至 220V 的电路中，控制延时通断，能在起重机工作振动和户外等工作， 符合设计的要求，即时间继电器型号为 JS27A 2.3.2 接触器的选择： 接触器的选型： （1）根据负载性质选择接触器类别，一般交流负载选择交流接触器，直流 负载选择直流接触器。 （2）根据被控电路电流大小和使用类别选择接触器的额定电流。 （3）根据被控电路电压等级来选择接触器的额定电压。 （4）根据控制电路的电压等级选择接触器线圈的额定电压。 根据以上所述选择交流电磁式接触器，CJ12 系列接触器适用于交流 50HZ， 额定工作电压至 380V，额定电流至 600A 的电路中。供远距离接通如分断电路 及对电动机频繁进行等设备上。其型号为 CJ12—600。 2.4 熔断器、电动机的选择 2.4.1 熔断器的选择： 熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路，熔断器具有结构简 单，体积小，重量轻，使用维护方便，价格低廉，分断能力较高，限流能力良 好等优点，熔断器有 NT、RT、RL、RLS2、FA4 等型式的熔断器，RT 系列为有 填封闭管式熔断器，可在 500V 以下交流系统中作过载及短路保护用，这种熔 断器为螺栓连接，可直接连在母线排上，尤其适合开关熔断器组选用，RT15 型 熔断器最大额定电流 400A，额定分断能力 100KA。 2.4.2 电动机的选择： 电动机是选交流的，而电动机分为异步电动机和同步电动机两大类，异步 电动机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。由于异步电动机具有结构简单， 制造，使用方便，运行可靠，成本低廉，效率较高等优点而得到广泛应用。例 如，在工业生产中，异步电动机用于拖动中小型轧钢设备，各种金属切削机床， 6
    PLC 在机械手分选系统中的应用 轻工机械和矿山机械等；在农业生产中，异步电动机用于拖动水泵，粉碎机以 及其他农副产品的加工机械；在民用电器方面的电风扇、洗衣机、电冰箱、空 调机等也都是用异步电动机拖动的。所以电动机选交流异步电动机为好，即选 YZ 系列的三相异步电动机，为笼型异步电动机。 2.5 电磁阀的选择 电磁阀的分类：国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步 童先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小 类(直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动 活塞结构、先导活塞结构)。电磁阀的优点：耐高温电磁阀是间接先导式平衡 电磁阀，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、使用范围广等，设计所选用的电磁 阀为双线圈电磁阀 2 个，型号为 VF3230，单线圈电磁阀 1 个，型号为 VF3130。 7
    PLC 在机械手分选系统中的应用 第三章 PLC 机械手在大小球分选系统中的设计 3.1 机械手总体结构方案分析： 在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，如图 3.1 为使用传送带 将大、小球分类选择传送装置的示意图。为设计一个机械手对大小球进行分选， 实现将工件夹起后，通过电动机和限位开关把工件下放到指定的地方，机械手通 过 PLC 控制，可以达到整个过程的全自动依次运行。工作顺序是向系下，抓住 球，向上，向右运行，向下，释放，向上和向左运行至左上点（原点）抓球和释 放球的时间为 1 秒。 如图 3.1 8
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