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(3)可采用上位机,远程控制机械手的上升、下降、左移、右移、手爪张开、闭合。
(4)采用电机驱动控制方式。
机械手的全部动作由气缸驱动,而气缸又由相应的电磁阀控制,可以完成俩个工作台之间的工件搬运,完成动作包括左右,上下及工件的夹紧和放松六个动作过程,并可实现手动和自动两个操作过程。
本课题结合学生的将来的职业岗位,主要要求学生根据机械手的工作原理及控制特点,设计该类型机械手的PLC控制过程,包括PLC的选型,即采用的类型。
确定输入输出端口的个数。
完成左右,上下及工件的夹紧和放松六个动作过程梯形图。
实验二:
机械手PLC控制设计
摘要
随着科学技术的日新月异,自动化程度要求越来越高,市场竞争激烈、人工成本上涨,以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式,不但占用空间也不容易更变生产线结构,加上需要人力监督操作,更增加生产成本,原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。
减轻劳动强度,保障生产的可靠性、安全性,降低生产成本,减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。
它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品;
充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制;
充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点,采用标准化、模块化、系统化设计,配置灵活、组态方便。
本论文可编程控制器(PLC)选用西门子(SIEMENS)公司S7-200系列的CPU224.机械手的开关量信号直接输入PLC,PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制,而电磁阀通过控制相应的汽缸,完成俩个工作台之间的工件搬运,包括左右,上下及工件的夹紧和放松六个动作过程,并可实现手动和自动两个操作过程。
关键词:
PLC,可编程控制器,机械手
一、控制系统结构·
·
5
二、控制要求·
三、机械手顺序功能图·
6
四、输入、输出分配·
7
五、程序设计及工作过程分析
5.1程序设计·
5.2程序梯形图·
9
5.3过程分析·
12
六、方案特点及存在的问题·
13
七、课程设计心得与总结·
参考文献
一、控制系统结构
机械手系统结构如图所示。
此面板中的启动、停止用动断按钮来实现,限位开关用钮子开关来模拟,电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。
二、控制要求
图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手,上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。
当某个电磁阀线圈通电,就一直保持现有的机械动作,例如一旦下降的电磁阀线圈通电,机械手下降,即使线圈再断电,仍保持现有的下降动作状态,直到相反方向的线圈通电为止。
另外,夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成,线圈通电执行夹紧动作,线圈断电时执行放松动作。
设备装有上、下限位和左、右限位开关,它的工作过程如图所示,有八个动作,即为:
机械手要求具有以下几种工作方式:
1.手动操作:
用各自的控制按钮来一一对应地接通或断开各动作的工作方式。
2.单周期操作:
按下起动按钮,机械手传送工件运行一次后,停在原位后等待下次启动。
3.连续操作:
按下起动按钮,机械手能自动连续往复运行。
三、机械手顺序功能图
四、输入、输出分配
输入信号
输出信号
启动按钮SB1
I0.0
电磁阀下降YV1
Q0.0
停止按钮SB2
I0.1
电磁阀上升YV3
Q0.1
左限位SQ4
I1.0
电磁阀左行YV5
Q0.2
右限位SQ3
I1.1
电磁阀右行YV4
Q0.3
上限位SQ2
I1.2
夹紧YV2
Q0.4
下限位SQ1
I1.3
原位HL
Q0.5
5.1程序设计
语言表:
①LDI0.0③LDM0.2
OQ0.0OQ0.0
ANQ0.4=Q0.4
ANM0.5④LDNI1.3
ANI1.3AQ0.4
ANQ0.2LDNI1.3
ANQ0.5ANQ0.4
ANQ0.3AM0.5
ANQ0.1OLD
=M0.1OQ0.1
②LDNQ0.4ANI1.2
ANM0.5ANQ0.2
AI1.3ANQ0.0
=M0.2ANQO.3
=Q0.1
⑤LDQ0.4⑧LDNQ0.4ANI1.0
AI1.2AM0.1ANQ0.3
OQ0.3LDQ0.4ANQ0.0
ANI1.1AM0.3ANQ0.1
ANQ0.0OLD=Q0.2
ANQ0.1OQ0.0
ANQ0.2ANI1.3
=Q0.3=Q0.0
⑥LDI1.1⑨LDNQ0.4
OQ0.0AI1.0
AQ0.40Q0.5
ANI1.3ANI1.3
ANQ0.1ANI0.1
ANQ0.2ANQ0.1
ANQ0.3ANQ0.3
=M0.3=Q0.5
SM0.4RM0.4,1
⑦LDQ0.4RM0.5,1
AM0.4⑩LDNQ0.4
AI1.3AI1.2
RQ0.4OQ0.2
SM0.5,1ANI0.1
5.2程序梯形图
1)电磁阀下降
2)夹紧
3)电磁阀上升
4)电磁阀右行
5)电磁阀左行
4.1
主程序设计
5.3过程分析
①机械手动作过程的实现
机械手的动作过程如图3-1所示。
从原点开始,按下启动按钮,下降电磁阀通电,机械手下降。
下降到底时,碰到下限位开关,下降电磁阀断电,下降停止;
同时接通夹紧电磁阀,机械手夹紧。
夹紧后,上升电磁阀通电,机械手上升。
上升到顶时,碰到上限位开关,上升电磁阀断电,上升停止;
同时接通右移电磁阀,机械手右移。
右移到位时,碰到右限位开关,右移电磁阀断电,右移停止。
若此时右工作台上无工件,则光电开关接通,下降电磁阀通电,机械手下降。
下降到底时,碰到下限开关,下降电磁阀断电,下降停止;
同时夹紧电磁阀断电,机械手放松。
放松后,上升电磁阀通电,机械手上升。
同时接通左移电磁阀,机械手左移,左移到原点时,碰到左限位开关,左移电磁阀断电,左移停止。
至此,机械手经过八部动作完成了一个周期的动作。
图3-1机械手动作过程
六、方案特点及存在的问题
在设计机械手没考虑到断电情况,一旦断电后恢复将会导致机械手难以控制,将会导致工程事故。
这是一个很现实的问题,作为设计者必须考虑到的一点。
在正常情况下,做每一动作时,其他的步骤的开关将处于关闭状态。
它的可靠性高,实用性强、灵活性好、功能齐全,并且编程简单、使用方便。
七、课程设计心得与总结
经过一段时间的设计,可编程控制器和机械手的设计完毕,机械手的模型已设计完毕,其功能基本达到要求。
整个系统稳定性好,而且只要修改控制程序,就可以让机械手作出不同的动作,控制的柔性很好。
系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程,更是进一步学习与探索的过程。
在这个过程中,我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的认识,对机械手的工作原理有了进一步的掌握,对控制系统的分析与设计有了切身的认识和深刻的体会,并在学习和实践过程中增长了知识、丰富了经验。
控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程,必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施、系统运行于调试的过程来进行。
系统的分析和设计是一项既复杂又辛苦的工作,同时也是一个充满乐趣的过程,在设计过程中,要边学习,边实践,遇到新的问题就不断探索和努力直到问题得到解决。
在设计中,体会到理论必须和实际相结合。
虽然收集了大量的资料,但在实际应用中却有很多差异,出现了许多意想不到的问题。
许多问题都是书本上是这样,而在实际运用中却很不一样,在经过多次分析修改后,才设计出达到要求的系统。
目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面,无论数量、品种和性能方面还是不能满足工业发展的需要。
在国内主要是逐步扩大应用范围,重点发展铸造、热处理方面的机械手,以减轻劳动强度,改善作业条件,在应用专用机械手的同时,相应的发展通用机械手,有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。
将机械手各运动构件,如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构,设计成典型的通用机构,所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构,即可组成不同用途的机械手。
既便于设计制造,有便于更换工件,扩大应用范围。
同时要提高速度,减少冲击,正确定位,以便更好的发挥机械手的作用。
总之,随着PLC传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高,更重要的是机械手的安全性高,节省人工,提高效率和品质,延长机器寿命,防模具损坏,降低产品不良率,节省原料,降低成本,节省人力,从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。
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[8]王永华主编.现代电气及可编程控制技术[M],北京航空航天大学出版社,2003
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