【正文】 基于 PLC 氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 摘 要 為工業(yè)機(jī)械手研制一個(gè)技術(shù)性能優(yōu)良的控制系統(tǒng)對(duì)于提高工業(yè)機(jī)械手的整體技術(shù)性能來說具有十分重要的意義本論文正是針對(duì)這一課題選擇了可編程控制器 PLC 作為工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)這對(duì)提升工業(yè)機(jī)械手的整體技術(shù)性能起到了良好的作用 本論文的控制對(duì)象是由三個(gè)搬運(yùn)機(jī)械手組成的機(jī)械手群每個(gè)機(jī)械手完成八個(gè)基本動(dòng)作三個(gè)機(jī)械手互相配合動(dòng)作機(jī)械手由氣缸驅(qū)動(dòng)氣缸受電磁閥控制限位開關(guān)檢測(cè)機(jī)械手是否到達(dá)固定位置 可編程控制器 PLC 控制每個(gè)機(jī)械手的動(dòng)作 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手群的自動(dòng)運(yùn)行本論文可編程控制器 PLC 選用西門子公司 S7– 200PLC 各硬件部分的設(shè)計(jì)和介紹 PLC梯形圖的編寫上在整體設(shè)計(jì)過程中按照提出問題分析問題解決問題的主導(dǎo)思想對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作做出了細(xì)致的闡述 關(guān)鍵詞可編程控制器 PLC 氣動(dòng)機(jī)械手梯形圖 CPU224 Abstract Develops a technical performance fine control system for the industry manipulator regarding enhances the industry manipulators overall technical performance to have the extremely vital significance The present paper is precisely in view of this topic chose programmable logical controller PLC to take the industry manipulators control system this to promoted the industry manipulators overall technical performance to play the good role The present paper controlled member is by three the manipulator group which transports the manipulator to be posed each manipulator pletes eight elementary actions three manipulators coordinate the movement mutually The manipulator actuates by the air cylinder air cylinder solenoid valve control The limit switch examines the manipulator whether arrives the stationary position The programmable logical controller PLC controls each manipulators movement realizes the manipulator group automatic movement Present paper programmable logical controller PLC selects SIEMENS Corporation S7– 200 series CPU224 and expanded the EM221 numeral quantity load module and the EM222 relay output module Manipulators switch quantity signal direct input PLC PLC controls through the intermediate relay to the solenoid valve On the software has designed the master routine and the subroutine The master routine controls the manipulator group movement the subroutine controls each manipulator to act The present paper key point places the PLC various hardware part the design and the introduction in the PLC trapezoidal chart pilation Defers to in the overall design process asks the question the analysis question solves the problem the guiding ideology has made the careful elaboration to the overall system design work Key wordsProgrammable Logical Controller PLC Air Ooperated MmanipulatorTrapezoidal CchartCPU224 目 錄 第 1 章 緒 論 1 11 機(jī)械手的概念 1 12 氣動(dòng)機(jī)械手的簡(jiǎn)介 1 121 氣動(dòng)技術(shù) 1 122 氣動(dòng)機(jī)械手 2 123 氣動(dòng)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 3 第 2 章 方案論證 4 21 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 4 211 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu) 4 212 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的工作原理 4 22 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群 5 221 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群結(jié)構(gòu) 5 222 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群工作原理 6 23 本論文的主要內(nèi)容及達(dá)到的目標(biāo) 6 24 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 31 PLC 的簡(jiǎn)介 8 311 可編程控制器的概念 8 312 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 8 313 PLC 的系統(tǒng)組成 9 314 PLC 的工作原理 11 32 輸入輸出信號(hào) 13 33 PLC 的選型 15 34 IO 地址分配 17 35 PLC 外部接線 19 36 電氣控制原理 23 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 24 41 機(jī)械手 1 控制程序 24 42 機(jī)械手 2 控制程序 27 43 機(jī)械手 3 控制程序 30 44 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 60 緒 論 機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景 – 90FMS 和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)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(dòng)機(jī)械手的簡(jiǎn)介 氣動(dòng)技術(shù) 氣動(dòng)技術(shù)這個(gè)被譽(yù)為工業(yè)自動(dòng)化之肌肉的傳動(dòng)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(dòng)化控制技術(shù)的迅猛發(fā)展氣動(dòng)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(dòng)技術(shù) Pneumatics 是以壓縮空氣為介質(zhì)來傳動(dòng)和控制機(jī)械的一門專業(yè)技術(shù) Pneumatics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(dòng)技術(shù) 氣動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)技術(shù)己經(jīng)突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造理念正在 ICLCD 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(dòng)化程度的不斷提高氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用面迅速擴(kuò)大氣動(dòng)產(chǎn)品品種規(guī)格持續(xù)增多性能質(zhì)量不斷提高市場(chǎng)銷售產(chǎn)值穩(wěn)步增長(zhǎng)在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美日本等國(guó)家氣動(dòng)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(dòng)工業(yè)的高速增長(zhǎng)進(jìn)一步刺激了氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展氣動(dòng)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(dòng)機(jī)械手 工業(yè)機(jī)械手使用最多的一種驅(qū)動(dòng) 方式是電機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng) RV 擺線針輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)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(dòng)力較大響應(yīng)快信號(hào)檢測(cè)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(jià)格昂貴限制了在一些場(chǎng)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(dòng)方式隨著氣動(dòng)技術(shù)獲得了快速發(fā)展其利用成本性能比低廉及同時(shí)具有許多優(yōu)點(diǎn)的氣動(dòng)設(shè)備在滿足社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐需要的同時(shí)也越來越多的受到重視氣動(dòng)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(dòng)機(jī)械手與其它控制方式的機(jī)械手相比具有價(jià)格低廉結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單功率體積比高無污染及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)表 11 給出了各種控制方式的比較 表 11 各種控制方式的比較 項(xiàng)目 氣壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 電氣傳動(dòng) 機(jī)械傳動(dòng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)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 111 結(jié)構(gòu)模塊化 2 控 制智能化 3 感覺功能變強(qiáng) 4 系統(tǒng)應(yīng)用與集成化 5 可靠性越來越高 6 易操作更靈活 7 向微型化方向發(fā)展 方案論證 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 氣動(dòng)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(duì)的機(jī)械手屬于圓柱坐標(biāo)式如圖 21 所示機(jī)械手主要是由基座和手臂兩部分組成基座的主要任務(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(dòng)手部可夾緊放松 圖 21 機(jī)械手原理圖 本機(jī)械手的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)氣缸由電磁閥控制驅(qū)動(dòng)部分有升降氣缸擺動(dòng)氣缸和手部驅(qū)動(dòng)氣缸 氣動(dòng) 搬運(yùn)機(jī)械手的工作原理 本機(jī)械手采用氣壓驅(qū)動(dòng)使用的是壓力為 0 6 MPa 最高可達(dá) 1 Mpa 這個(gè)機(jī)械手具有二個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度用于將原工作臺(tái)上的物品搬到其左側(cè)工作臺(tái)上機(jī)械手的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)氣缸由電磁閥控制整個(gè)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(jiǎn)單的應(yīng)用比較廣泛的一種機(jī)械手機(jī)械手的工作流程如圖 22 所示 圖 22 工作流程 其升降運(yùn)動(dòng)通過升降氣缸垂直導(dǎo)柱滑動(dòng)導(dǎo)柱垂直導(dǎo)軌及升降位置微動(dòng)開關(guān)相互配合完成升降工作行程為 01500mm 轉(zhuǎn)動(dòng)是通過擺動(dòng)氣缸軸向止推軸承擺動(dòng)臂及擺動(dòng)位置微動(dòng) 開關(guān)協(xié)調(diào)完成轉(zhuǎn)動(dòng)工作行程為 0180176。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(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群結(jié)構(gòu) 本論文的控制對(duì)象是由三個(gè)機(jī)械手組成的機(jī)械手群其結(jié)構(gòu)如圖 23 所示 圖 23 機(jī)械手群結(jié)構(gòu) 三個(gè)機(jī)械手三個(gè)工作臺(tái)和三個(gè)紅外檢測(cè)器固定在一個(gè)大型的基座上每個(gè)機(jī)械手的手部正下方都有工作臺(tái)用于放置物品在每個(gè)機(jī)械手的基座和工作臺(tái)之間都有一個(gè)紅外檢測(cè)器用于檢測(cè)工作臺(tái)上是否有物品機(jī)械手把物品從右面的工作臺(tái)上移到左面的工作臺(tái)上 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群工作原理 當(dāng)系統(tǒng)工作開始時(shí)工作臺(tái) A上有物品 時(shí)機(jī)械手 1首先工作完成 8個(gè)基本操作后即一個(gè)循環(huán)把物品放在工作臺(tái) B上機(jī)械手 2便啟動(dòng)工作同樣完成一個(gè)循環(huán)后把物品放在工作臺(tái) C上機(jī)械手 3啟動(dòng)工作這樣 3個(gè)機(jī)械手不斷的循環(huán)工作當(dāng)系統(tǒng)工作結(jié)束時(shí)機(jī)械手 1首先完成一個(gè)循環(huán)后停止然后機(jī)械手 2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(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手作為控制對(duì)象用 PLC 作為控制器最終實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群自動(dòng)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(shí)機(jī)械手 1首先工作完成 8個(gè)基本操作后即一個(gè)循環(huán)機(jī)械手 2便啟動(dòng)工作同樣完成一個(gè)循環(huán)后機(jī)械手 3啟 動(dòng)工作這樣3個(gè)機(jī)械手不斷的循環(huán)工作當(dāng)系統(tǒng)工作結(jié)束時(shí)機(jī)械手 1首先完成一個(gè)循環(huán)后停止然后機(jī)械手 2 機(jī)械手 3 也順序依次停止工作 每個(gè)機(jī)械手的完成 8個(gè)基本操作第 1步當(dāng)工作臺(tái)上有物品時(shí)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(shí)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(duì)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群的自動(dòng)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(hào)直接連接 PLCPLC 通過中間 繼電器