【正文】 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PLC氣動機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄第1章 緒 論 1 機(jī)械手的概念 1 氣動機(jī)械手的簡介 1 氣動技術(shù) 1 氣動機(jī)械手 2 氣動機(jī)械手的發(fā)展趨勢 3第2章 方案論證 4 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 4 氣動搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu) 4 氣動搬運(yùn)機(jī)械手的工作原理 4 氣動搬運(yùn)機(jī)械手群 5 氣動搬運(yùn)機(jī)械手群結(jié)構(gòu) 5 氣動搬運(yùn)機(jī)械手群工作原理 6 本論文的主要內(nèi)容及達(dá)到的目標(biāo) 6 本系統(tǒng)的控制方案 6第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 8 PLC的簡介 8 8 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 8 PLC的系統(tǒng)組成 9 PLC的工作原理 11 輸入/輸出信號 13 PLC的選型 15 I/O地址分配 17 PLC外部接線 19 電氣控制原理 23第4章 軟件設(shè)計(jì) 24 機(jī)械手1控制程序 24 機(jī)械手2控制程序 27 機(jī)械手3控制程序 30 機(jī)械手群主程序 33第5章 結(jié)論 37參考文獻(xiàn) 38致 謝 39附 錄Ⅰ 40附 錄Ⅱ 55附 錄Ⅲ 60II第1章 緒 論機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機(jī)械手的概念我國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T12643–90)對機(jī)械手的定義：“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。”機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩大類。專用機(jī)械手：它作為整機(jī)的附屬部分，動作簡單，工作對象單一，具有固定(有時可調(diào))程序，使用大批量的自動生產(chǎn)。如自動生產(chǎn)線上的上料機(jī)械手，自動換刀機(jī)械手，裝配焊接機(jī)械手等裝置。通用機(jī)械手：它是一種具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、程序可變、動作靈活多樣的機(jī)械手。它適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)。它的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于柔性自動線。 機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。機(jī)械手?jǐn)U大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)的重復(fù)勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動搬運(yùn)小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(FMS )和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS )，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。 氣動機(jī)械手的簡介 氣動技術(shù)氣動技術(shù)—這個被譽(yù)為工業(yè)自動化之“肌肉”的傳動與控制技術(shù)，在加工制造業(yè)領(lǐng)域越來越受到人們的重視，并獲得了廣泛應(yīng)用。目前，伴隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)和自動化控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，氣動技術(shù)也不斷創(chuàng)新，以工程實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，得到了前所未有的發(fā)展。氣動技術(shù)(Pneumatics)是以壓縮空氣為介質(zhì)來傳動和控制機(jī)械的一門專業(yè)技術(shù)?！癙neumatics”一詞起源于希臘文的“Pneuma”，其原義為“呼吸”，后來才一演變成“氣動技術(shù)”。氣動技術(shù)因具有節(jié)能、無污染、高效、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單，以及防火、防爆、抗電磁干擾、抗幅射等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于汽車制造、電子、工業(yè)機(jī)械、食品等工業(yè)產(chǎn)業(yè)中。隨著新材料、新技術(shù)、新工藝的開發(fā)和應(yīng)用，氣動技術(shù)己經(jīng)突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造理念，正在IC/LCD、微電子、生物制藥、醫(yī)療機(jī)械等高技術(shù)領(lǐng)域扮演著重要角色。隨著生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，氣動技術(shù)應(yīng)用面迅速擴(kuò)大，氣動產(chǎn)品品種規(guī)格持續(xù)增多，性能、質(zhì)量不斷提高，市場銷售產(chǎn)值穩(wěn)步增長。在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國家，氣動元件產(chǎn)值已接近液壓元件的產(chǎn)值，而且仍以較快的速度在發(fā)展。氣動工業(yè)的高速增長，進(jìn)一步刺激了氣動技術(shù)的發(fā)展。氣動技術(shù)正朝著精確化、高速化、小型化、復(fù)合化和集成化的方向發(fā)展。 氣動機(jī)械手工業(yè)機(jī)械手使用最多的一種驅(qū)動方式是電機(jī)驅(qū)動。驅(qū)動電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)以及交流伺服電機(jī)。由于電機(jī)速度高，通常須采用減速機(jī)構(gòu)(如諧波傳動、RV擺線針輪傳動、齒輪傳動、螺旋傳動和多桿機(jī)構(gòu)等)。這類機(jī)械手的特點(diǎn)是控制精度高，驅(qū)動力較大，響應(yīng)快，信號檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方案。但是由于這類機(jī)械手價格昂貴，限制了在一些場合的廣泛應(yīng)用。因此，人們開始尋求其它一些經(jīng)濟(jì)適用的機(jī)械手驅(qū)動方式。隨著氣動技術(shù)獲得了快速發(fā)展，其利用成本性能比低廉及同時具有許多優(yōu)點(diǎn)的氣動設(shè)備，在滿足社會生產(chǎn)實(shí)踐需要的同時也越來越多的受到重視。氣動機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要實(shí)用技術(shù)。氣動機(jī)械手與其它控制方式的機(jī)械手相比，具有價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。 各種控制方式的比較項(xiàng)目氣壓傳動液壓傳動電氣傳動機(jī)械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜復(fù)雜較復(fù)雜安裝自由度大大中小輸出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高高續(xù)表 動作速度大稍大大小響應(yīng)速度慢快快中清潔度清潔可能污染清潔較清潔維護(hù)簡單比氣動復(fù)雜需要專門技術(shù)簡單價格一般稍高高一般技術(shù)要求較低較高最高較低控制自由度大大中小危險性幾乎沒問題注意火一般無問題無特殊問題氣動機(jī)械手是在己有的機(jī)械手基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。二者之間的區(qū)別在于氣動機(jī)械手發(fā)展的起點(diǎn)頗高，它強(qiáng)調(diào)模塊化的形式，把專用機(jī)械手和通用機(jī)械手結(jié)合起來?，F(xiàn)代氣動機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)由感知部分、控制部分、主機(jī)部分和執(zhí)行部分四個方面組成。采集感知信號及控制信號均由智能閥島來處理，氣動伺服定位系統(tǒng)代替了伺服電機(jī)、步進(jìn)馬達(dá)或液壓伺服系統(tǒng)；氣缸、擺動馬達(dá)完成原來由液壓缸或機(jī)械所作的執(zhí)行動作；主機(jī)部分采用了標(biāo)準(zhǔn)型材輔以模塊化的裝配形式，使得氣動機(jī)械手能拓展成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。人們根據(jù)應(yīng)用情況的要求，選擇相應(yīng)功能和參數(shù)的模塊，像積木一樣隨意的組合，這是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，代表氣動機(jī)械手今后的發(fā)展方向，也將始終貫穿著氣動機(jī)械手的發(fā)展及實(shí)用性。因此，氣動機(jī)械手可以代替一些功能不理想的工業(yè)機(jī)械手的地位，在目前的工業(yè)自動線上有著及其廣泛的應(yīng)用前景。 氣動機(jī)械手的發(fā)展趨勢盡管世界工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展放緩，使得氣動機(jī)械手的發(fā)展受到一定的影響，然而，作為新興科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)物，氣動機(jī)械手的發(fā)展勢不可擋。目前，氣動機(jī)械手的發(fā)展呈現(xiàn)出了以下趨勢：結(jié)構(gòu)模塊化控制智能化感覺功能變強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)用與集成化可靠性越來越高易操作更靈活向微型化方向發(fā)展第2章 方案論證 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 氣動搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)機(jī)械手的種類很多，但按手臂坐標(biāo)類型來分主要有直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)坐標(biāo)式、SCARA型。本論文所針對的機(jī)械手屬于圓柱坐標(biāo)式，機(jī)械手主要是由基座和手臂兩部分組成?；闹饕蝿?wù)是支撐和完成手臂回轉(zhuǎn)。手臂裝在基座上，作上下直線運(yùn)動，手部可夾緊/放松。機(jī)械手手部機(jī)械手橫臂機(jī)械手立柱機(jī)械手基座 機(jī)械手原理圖本機(jī)械手的全部動作由氣缸驅(qū)動。氣缸由電磁閥控制。驅(qū)動部分有升降氣缸、擺動氣缸和手部驅(qū)動氣缸。 氣動搬運(yùn)機(jī)械手的工作原理本機(jī)械手采用氣壓驅(qū)動，使用的是壓力為0. 6 MPa，最高可達(dá)1 Mpa。這個機(jī)械手具有二個直線運(yùn)動和一個旋轉(zhuǎn)運(yùn)動自由度，用于將原工作臺上的物品搬到其左側(cè)工作臺上。機(jī)械手的全部動作由氣缸驅(qū)動，氣缸由電磁閥控制，整個機(jī)械手在工作中能實(shí)現(xiàn)上升/下降、左旋轉(zhuǎn)/右旋轉(zhuǎn)、夾緊/放松功能，是目前較為簡單的、應(yīng)用比較廣泛的一種機(jī)械手。開始下降抓緊上升左旋下降放松上升右旋 結(jié)束原位其升降運(yùn)動通過升降氣缸、垂直導(dǎo)柱、滑動導(dǎo)柱、垂直導(dǎo)軌及升降位置微動開關(guān)相互配合完成，升降工作行程為0~1500mm。轉(zhuǎn)動是通過擺動氣缸、軸向止推軸承、擺動臂及擺動位置微動開關(guān)協(xié)調(diào)完成，轉(zhuǎn)動工作行程為0~180176。手部是通過氣缸、彈簧的作用來夾持物品，夾持力是靠調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)壓縮量來調(diào)整。 氣動搬運(yùn)機(jī)械手群 氣動搬運(yùn)機(jī)械手群結(jié)構(gòu)本論文的控制對象是由三個機(jī)械手組成的機(jī)械手群。機(jī)械手1機(jī)械手2機(jī)械手3工作臺A工作臺B工作臺C紅外檢測紅外檢測紅外檢測三個機(jī)械手、三個工作臺和三個紅外檢測器固定在一個大型的基座上。每個機(jī)械手的手部正下方都有工作臺，用于放置物品。在每個機(jī)械手的基座和工作臺之間都有一個紅外檢測器，用于檢測工作臺上是否有物品。機(jī)械手把物品從右面的工作臺上移到左面的工作臺上。 氣動搬運(yùn)機(jī)械手群工作原理當(dāng)系統(tǒng)工作開始時，工作臺A上有物品時，機(jī)械手1首先工作，完成8個基本操作后（即一個循環(huán)），把物品放在工作臺B上，機(jī)械手2便啟動工作，同樣完成一個循環(huán)后，把物品放在工作臺C上，機(jī)械手3啟動工作，這樣3個機(jī)械手不斷的循環(huán)工作；當(dāng)系統(tǒng)工作結(jié)束時，機(jī)械手1首先完成一個循環(huán)后停止，然后機(jī)械手機(jī)械手3也順序依次停止工作。 本論文的主要內(nèi)容及達(dá)到的目標(biāo)本論文主要內(nèi)容是以氣動搬運(yùn)機(jī)械手作為控制對象，用PLC作為控制器，最終實(shí)現(xiàn)對氣動搬運(yùn)機(jī)械手群自動運(yùn)行的控制。本論文要達(dá)到的目標(biāo)是，當(dāng)系統(tǒng)工作開始時，機(jī)械手1首先工作，完成8個基本操作后（即一個循環(huán)），機(jī)械手2便啟動工作，同樣完成一個循環(huán)后，機(jī)械手3啟動工作，這樣3個機(jī)械手不斷的循環(huán)工作；當(dāng)系統(tǒng)工作結(jié)束時，機(jī)械手1首先完成一個循環(huán)后停止，然后機(jī)械手機(jī)械手3也順序依次停止工作。每個機(jī)械手的完成8個基本操作，第1步當(dāng)工作臺上有物品時，機(jī)械手下降。第2步是機(jī)械手在最低位抓緊物品。第3步是機(jī)械手夾緊物品上升。第4步是機(jī)械手夾緊物品右旋180度。第5步是機(jī)械手夾緊物品下降。第6步是在最低位時松開物品。第7步機(jī)械手上升。第8步是機(jī)械手左旋180度，回到原位。 本系統(tǒng)的控制方案為了實(shí)現(xiàn)對氣動搬運(yùn)機(jī)械手群的自動控制，本系統(tǒng)采用PLC做控制器。本系統(tǒng)的輸入開關(guān)量為數(shù)字信號，直接連接PLC，PLC通過中間繼電器對電磁閥加以控制。右旋限位開關(guān)停止按鈕啟動按鈕物品檢測開關(guān)下降限位開關(guān)夾放檢測開關(guān)上升限位開關(guān)左旋限位開關(guān)P L C上升電磁閥夾放電磁閥右旋電磁閥左旋電磁閥選擇按鈕下降電磁閥繼電器繼電器繼電器繼電器繼電器第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) PLC的簡介 可編程控制器的概念可編程控制器(Programmable Logical Controller)簡稱PLC。國際電工委員會（IEC）在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中，對PLC作了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令。并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！爆F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程是復(fù)雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。PLC一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程技術(shù)人員的歡迎。PLC具有如下特點(diǎn)：編程方法簡單易學(xué)。功能強(qiáng)，性能價格比高。硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)?？煽啃愿?，抗干擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。維修工作量小，維修方便。體積小，能耗低。 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用受到限制。但最近十年來，PLC的應(yīng)用面越來越廣，其主要原因是：一方面由于處理器芯片及有關(guān)元件的價格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增加，能解決復(fù)雜的計(jì)算和通信問題。目前PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。PLC的應(yīng)用范圍通常分成以下5種類型：順序控制這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是最適合PLC使用的領(lǐng)域，它用來取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)控制、生產(chǎn)自動線控制等。例如：注塑機(jī)械、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、包裝機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制。運(yùn)動控制PLC制造商目前已提供了拖動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，在多數(shù)情況下，PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置，每個軸移動時，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，保持運(yùn)動平滑。相對來說，位置控制模塊比CNC裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作更方便，過程控制PLC還能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度等。PID模塊提供了使PLC具有了閉環(huán)控制的功能，即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某個變量出現(xiàn)偏差時，PID控制算法會計(jì)算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定值上。數(shù)據(jù)控制在機(jī)械加工中，PLC作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于CNC和NC系統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)控制。通信控制PLC的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程I/O的通信、多臺PLC之間的通信、PLC和其他智能控制設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。PLC與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。 PLC的系統(tǒng)組成PLC種類繁多，但其組成和工作原理基