瓷磚自動包裝線的PLC控制畢業(yè)論文

1、瓷學院畢業(yè)設計（論文）說明書中文題目：瓷磚自動包裝線的PLC控制 英文題目：THE PLC CONTROL OF AUTOMATIC PACKAGING LINE OF TILES院 系：科技藝術學院 專 業(yè)： 07自動化(1)班姓 名： 石文貴 學 號： 0 指導教師：起訖時間：2011年3月19 5月20日摘要本文敘述了一種基于PLC控制的五自由度應用型氣動機械手的設計。文中詳細介紹了機械手的整體設計、氣壓傳動系統(tǒng)設計、電氣控制系統(tǒng)設計等具體容。氣動機械手由于具有易實現直線運動、控制簡便、介質便宜、傳動快速、壓力低、安全無污染、環(huán)境適應性強等特點,從而廣泛應用于電子工業(yè)、包裝機械、印染機械

2、、食品機械、農業(yè)機械等領域?？删幊绦蚩刂破?即PLC)作為一種工業(yè)環(huán)境下的計算機控制裝置,由于其極高的可靠性與應用極為方便,國外正在迅速普與,并高速發(fā)展,日益成為機電控制與過程控制不可缺少的核心部件。在工業(yè)生產流水線中，利用氣動機械手可以準確、快速地進行物品搬運，勞動強度大大減輕，生產的自動化程度得到提高。而氣動技術與PLC技術相結合，則可以更為方便的實現機電一體化控制。關鍵詞:五自由度機械手 可編程序控制器 氣壓傳動 電氣控制系統(tǒng) 順序功能圖 順序控制 步進指令 自動控制ABSTRACTIn this paper, a PLC-based control of five degree of

3、freedom pneumatic robot application design. Described in detail the overall design of the robot, pneumatic drive system design, electrical control system design details. Pneumatic Manipulator with easy to achieve as a result of linear motion control is simple, inexpensive media, drive fast, low-pres

4、sure, safe non-polluting, environment and other characteristics of adaptability, which is widely used in the electronics industry, packaging machinery, printing and dyeing machinery, food machinery, agricultural machinery and other fields. Programmable logic controller (PLC) environment as an indust

5、rial computer control devices, because of its high reliability and its application is extremely convenient, both at home and abroad is rapidly increasing, and the rapid development of increasingly mechanical and electrical control and process control can not be the lack of the core components. In th

6、e industrial production line, the use of pneumatic robot can accurately, quickly and goods handling, greatly reduced labor intensity, degree of automation of production is improved. The PLC technology and aerodynamic technology, you can more easily control the realization of mechanical-electrical in

7、tegration.KEYWORDS: Five degrees of freedom manipulator PLC Pneumatic TransmissionElectrical Control SystemSequential Function ChartSequence ControlStep instructionsAutomatic Control目 錄第0章緒論- 4 -第一章瓷磚與生產介紹- 5 -1.1 瓷墻地磚的品種- 5 -1.2 瓷墻地磚性能指標與檢測方法- 5 -第二章瓷磚包裝中的機械手- 7 -2.1 瓷磚包裝設備的發(fā)展- 7 -2.2 自動包裝線的分類- 8 -

8、2.3 機械手在自動包裝中的應用- 9 -第三章機械手控制方式的比較- 11 -3.1 繼電器控制方式- 11 -3.2 單片機控制方式- 11 -3.3 微型計算機控制方式- 12 -3.4 PLC控制方式- 12 -3.5 選擇PLC的原因- 13 -第四章控制模型的設計- 14 -4.1模塊式機械手與組成- 14 -4.2 總體方案的設計- 15 -4.3 機械手控制系統(tǒng)實例分析- 16 -第五章 PLC設計- 21 -5.1 PLC的簡介- 21 -5.2 PLC的硬件組成- 21 -5.3 PLC控制I/O分配明細- 22 -5.4PLC的I/O電氣接線圖- 25 -5.5軟件的設計

9、- 26 -第六章典型電路- 32 -6.1 主電路設計- 32 -6.2 手動啟動電磁閥電路- 32 -6.3 氣動回路圖- 33 -第七章元器件的選擇- 34 -7.1 PLC的選擇- 34 -7.2 電磁鐵的選擇- 35 -7.3 電磁閥的選擇- 35 -7.4 接近開關- 37 -7.5 組合開關、斷路器的選擇- 38 -第八章電氣控制裝置工藝設計- 39 -第九章總結- 41 -第十章經濟分析- 42 -9.1 目標成本- 42 -9.2 初步計算成本- 42 -9.3 經濟分析與市場前景預算- 42 -致- 43 -參考文獻- 44 -附錄附表1 元件清單附表2 電磁閥狀態(tài)表附圖1

10、 控制面板布置示意圖附圖2 電氣箱元件排列圖0 緒 論近年來，建制造從華東和等中高檔建集中產區(qū)向全國遷移；優(yōu)質建企業(yè)通過產業(yè)遷移加快產業(yè)區(qū)域布局，同時，優(yōu)質建企業(yè)的遷移也帶動新建產區(qū)由低檔建生產向中高檔建生產提升。全國圍的建筑瓷轉移、擴、重新布局也帶動全國建產業(yè)的發(fā)展。從建筑瓷整個行業(yè)來看，市場空間仍然很大。雖然建筑瓷業(yè)在歐美已屬“夕陽產業(yè)”，但在中國還是“產業(yè)”，還會有很大的發(fā)展。美國金融海嘯對中國建行業(yè)有影響，但并沒有想象的那么大，也沒有那么可怕。中國建業(yè)完全有能力輕松邁過這場經濟災難。隨著我國建筑瓷行業(yè)發(fā)展環(huán)境進一步改善，行業(yè)整體也將進一步提高。預計2010-2011年，我國建筑瓷行業(yè)增

11、長速度將有所降低，收入年均增長率將達到32.0%，利潤年均增長率將達到40.2%；2011年，行業(yè)收入將達到4798.0億元，利潤將達到287.3億元。建筑瓷制品由于主要用于墻建筑或裝飾，對于產品輻射防護的安全性顯得尤為重要。盡管原材料的放射性核素的含量隨著產地的不同而不同，但考慮到我國經濟建設的快速發(fā)展，我國原材料的使用量以與所使用原料的生產地也在不斷變化，因此，為保護人體健康應對產品放射性進行控制。1 瓷磚與生產介紹1.1 瓷墻地磚的品種(1)功能墻地磚多孔性瓷坯體的利用：通過使用高溫能分解大量氣體的原料和加入適量的化學發(fā)泡劑，制成體積密度只有0610gcm3，甚至更低的多孔性瓷坯體，這種

12、比水還輕的瓷材料有多種用途。a保溫節(jié)能磚：坯體表面施釉，具有保溫節(jié)能效果，也便于清洗。不施釉的保溫節(jié)能磚，表面粗糙，具有古樸典雅、返古歸真的效果。b吸音磚：坯體空隙率高達4050，能起到減音效果，并有防火、保溫作用，在室音響設計中，利用吸音磚可獲得最佳殘音效果。c輕質屋瓦：制成屋面用瓦，可減輕房屋承重。d滲水路面磚：在磚形成多孔連貫的氣孔結構，能將地面水滲透到地下，具有普通廣場磚的風格，又有透水、保水、防滑功能，是目前廣場磚的替代品?？轨o電磚；在人們日常工作活動中會產生靜電。在安放精密儀器的機房，在存放易燃、易爆物品的倉庫，靜電是非常有害的，為此，設計制造了抗靜電磚。抗靜電磚通常是在釉或坯中加

13、入具有半導體性能的金屬氧化物，使磚具有半導體性能，避免靜電積累，達到抗靜電的目的。(2)新型墻地磚微晶玻璃磚：磚的地層采用瓷料、面層采用微晶玻璃，成型采用二次布料技術，用輥道窯燒成。降低了生產成本，解決了微晶玻璃鋪貼不便的問題。拋晶磚：又稱拋釉磚、釉面拋光磚。是在坯體表面施一層燒后約15mm厚的耐磨透明釉，經燒成、拋光而成的。具有彩釉磚裝飾豐富和瓷質磚吸水率低、材質性能好的特點，又克服了彩釉磚釉上裝施不耐磨、抗化學腐蝕性能差和瓷質磚裝飾方法簡單的弊端。拋晶磚采用釉下裝飾、高溫燒成、釉面細膩、高貴華麗，屬高檔產品。1.2 瓷墻地磚性能指標與檢測方法 1. 尺寸偏差：用游標卡尺或直鋼尺測

14、磚的長度、寬度與厚度（國標：指每塊磚4個變長平均尺寸與工作尺寸的偏差）國標為±0.6%：2. 表面質量：將不少于1的磚正面向上平鋪好，并使其各部分光線達到一定標準，然后在規(guī)定距離用眼目測；國家標準拋光磚：A、 斑點、起泡、溶洞、落臟、磕碰、麻面：相聚1m處目測不明顯B、 裂紋、漏拋、漏磨、磨痕、磨劃：不允許C、 色差：距磚3m處目測不明顯國家標準釉面磚：A、缺釉、斑點、落臟、棕眼、熔洞、釉泡、剝邊，坯粉： 相距1m處目測不明顯B、裂紋：不允許C、色差：距磚3m處目測不明顯3、變形：邊直度：測量相鄰的邊長并做比較，偏差國標0.5%直角度：以中線與相對應的邊長作比較，偏差0.6%平整度：

15、用對角線的長度與中心凹陷高度作比較，偏差0.5%4、吸水率：以產品在一定條件下吸收水分來表示，它表示的是坯體燒制的致密程度，吸水率越低，表示產品的致密度越好，另外吸水率還對產品的抗凍性有較大影響。5、莫氏硬度：將試樣正面朝上、放平，然后手持實驗用礦物質施力均勻的在試樣正面刻畫，再用肉眼觀察其劃痕情況；莫氏硬度越大，瓷磚的質量越好。6、耐磨性：產品表面抵抗外來物質研磨破壞的能力，一般用耐磨轉數來表示，轉數越多，耐磨性越好。7、耐急冷急熱性：產品抵抗外界溫度急劇變化而不被破壞的能力。8、耐酸堿性：用10%的強堿或強酸與磚面接觸24小時，用酒精清洗釉面后，用HB鉛筆劃線，國家標準，用干布擦掉為A級用

16、濕布擦掉為B級，擦不掉為C級。9、光澤度：將具有一定要求的黑玻璃的反光能力與被測此片的反光能力相比較，國家標準55度。2 瓷磚包裝中的機械手2.1 瓷磚包裝設備的發(fā)展現代化瓷磚包裝的技術特點，主要表現在重視技術創(chuàng)新，以高新技術來推動創(chuàng)新。重視基礎學科研究，大膽吸收其它行業(yè)科研成果，運用到新型包裝設計與研制中來?，F在，建筑衛(wèi)生瓷行業(yè)，瓷磚實現了機電一體化。瓷磚包裝機械設備加工精度高，定位準確，選用控制精度高的機械手依照最佳方案設計、制造出各種一體化瓷磚自動包裝線方案，因而能保證瓷磚包裝的質量與工作效率。瓷磚自動包裝線的問世是科信達在創(chuàng)新篇章上發(fā)出的又一強音。該設備采用模塊化設計方法，分為摞磚、對

17、齊、送紙、折紙、打包五大模塊，根據用戶的條件與需要合理優(yōu)化配置模塊，使生產效益最大化；而且摞磚模塊采用的是升垛式摞磚方式，反應迅速，不損傷瓷磚的表面。同時，該設備適合塑料角支撐和泡沫支撐兩種主流紙盒折疊包裝方式，并通過簡單的模塊調整，能適用于600×600800×800瓷磚的包裝。每分鐘能達到6盒的工作頻率，以每盒4塊600×600mm的瓷磚計，連續(xù)工作22小時則可包裝11400。該設備采用觸摸屏的人機對話界面方式，更容易、更直觀地對包裝線進行操作、調試與維護；并采用PLC控制方式，實時監(jiān)控每個模塊的運行動作。高速度、高效率、易操作，使科信達的瓷磚自動包裝線一經推

18、出便得到了市場的認可，成為企生產中的好幫手。 科信達自主研發(fā)的精明眼檢測生產線，一經問世，便引發(fā)了機裝備業(yè)的又一次轟動。用于在線檢測瓷磚磚體尺寸（邊長、邊直度、大小頭角度、對角線、對角線差值）的精明眼檢測生產線，顛覆了傳統(tǒng)的人工檢測的生產工藝流程，解決了解決瓷企業(yè)大批量生產時人工檢測速度慢，人為誤差大，精度不統(tǒng)一，勞動量大等一系列的問題。而該公司最近又在原基礎上，改進、完善，推出了第二代精明眼檢測生產線，增加了人機界面設置，自動程度更高，操作更簡單；測量產品的速度與精度都有進一步的提升。而且該設備達到了100在線測量，使企可通過實時測量，報告磚體尺寸的變化，利于與時調整機器設備參數保

19、證產品質量。同時，用戶可按企業(yè)產品標準自行設定參數，設備將根據客戶設定的分級尺寸圍，對產品進行分級處理，保證出廠產品尺寸完全符合設定要求。后續(xù)的困扎、纏繞包裝，采用光、機、電、儀一體設計，應用了稱量傳感技術，采用了DSP、PLC控制，產品具有自動化程度高、高效、安全、便捷等特點，其自動化包裝機單元、碼垛單元與調試監(jiān)控等技術有創(chuàng)新。具有800包/小時的生產能力，適應了我國高速發(fā)展的規(guī)?；a和高效能現代化倉儲物流業(yè)發(fā)展的需要。2.2 自動包裝線的分類自動包裝線是按包裝的工藝過程，將各自動包裝機和有關輔助設備，用輸送裝置連結起來，并具有獨立控制裝置的工作系統(tǒng)。它能使被包裝物品和包裝材料按預定的包裝

20、要求和工藝順序，經由各包裝機完成包裝的全過程。在自動包裝線中，工人不需要直接參與操作，其主要任務不外乎是監(jiān)視、調整和控制，以保證自動包裝線的正常運行。自動包裝線有許多突出的優(yōu)點，如可提高包裝質量、提高生產能力、改善勞動條件、減少占地面積、降低生產成本等。它特別適用于少品種、大批量的產品包裝中。是包裝工業(yè)的發(fā)展方向。自動包裝線一般可按下列方式進行分類：（1） 按各包裝機間的連接特征分類剛性自動包裝線。各包裝機間用輸送裝置直接連接起來，以一定的生產節(jié)拍運行。若某一臺設備發(fā)生故障停車，將引起全線停車。柔性自動包裝線。這種自動線在各包裝機間均增設儲料器，由儲料器對后續(xù)包裝機供料，若某臺機器發(fā)生故障，并

21、不影響其它機器的工作，因此生產率較高，但投資較大。半柔性自動包裝線。這種自動線把全線分成若干段，對故障少者不設儲料器，使之具有“剛性”；對故障多者設置儲料器，使之具有“柔性”。既保證了高生產率，投資又不過大。(2)按組合布局分類串聯自動包裝線。各包裝機按工藝流程單臺順序連結。各單機生產節(jié)拍一樣。并聯自動包裝線。為了平衡生產節(jié)拍，提高生產能力，將一樣包裝機分成數組，共同完成同一包裝操作。這樣的自動線稱并聯自動包裝線。這類線中需設置一些換向或合流裝置?；炻撟詣影b線。它是在一條包裝線中同時采用串聯和并聯兩種形式。其目的是平衡各包裝機的生產節(jié)拍。該線一般較長，機器數量較多，故輸送、換向、分流、合流裝

22、置種類多且復雜。2.3 機械手在自動包裝中的應用2.3.1 機械手概況機械手是工業(yè)自動控制領域中經常用到的一種能夠自動抓取、操作的裝置。多用于自動生產線、自動機的上下料、數控設備的自動換刀裝置中。機械手一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成,主要完成移動、轉動、抓取等動作。由于氣動技術是以壓縮空氣為介質,以氣源為動力的能源傳遞技術,其工作可靠性高、使用壽命長、對環(huán)境沒有污染,所以在機械手的驅動系統(tǒng)中常采用氣動技術?？刂葡到y(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng),它通過控制驅動系統(tǒng),讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進行工作,并檢測其正確與否。可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，集計算機技術、自動化控制技術

23、于一體的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)。PLC一般采取易于理解和掌握的梯形圖語言與面向工業(yè)控制的簡單指令,形象直觀，特別適合現場操作人員使用。與傳統(tǒng)的繼電接觸器控制線路相比，PLC控制系統(tǒng)具有結構簡單，可靠性高，抗干擾能力強，故障率低，設計、安裝簡單,易于操作、維修與維護等特點，現已廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)中。機械手控制系統(tǒng)越來越多的由可編程控制器(即PLC)來實現，用它控制機械手來完成各種規(guī)定2.3.2 機械手整體設計的基本要求對機器使用功能方面的要求:實現預定的使用功能是機械設計的最基本的要求，好的使用性能指標是設計的主要目標。另外操作使用方便、工作安全可靠、體積小、重量輕、效率高、外形美觀、噪聲低等往

24、往也是機械設計時所要求的。對機器經濟性的要求:機器的經濟性體現在設計、制造和使用的全過程中，在設計機器時要全面綜的進行考慮。設計的經濟性體現為合理的功能定位、實現使用功能要求的最簡單的技術途徑和最簡單合理的結構2.3.3 對零件設計的基本要求機械零件是組成機器的基本單元，對機器的設計要求最終都是通過零件的設計來實現的，所以設計零件時應滿足的要從設計機器的要求中引伸出來的，即也應從保證滿足機器的使用功能要求和經濟性要求兩方面考慮。要求在預定的工作期限正常可靠的工作，從而保證機器的各種功能的正常實現。這就要求零件在預定的壽命期不會產生各種可能的失效，即要求零件在強度、剛度、振動穩(wěn)定性、耐磨性和溫升

25、等方面必須滿足必要的條件，這些條件就是判定零件工作能力的準則。設計時應合理地選擇材料和毛坯的形式、設計簡單合理的零件結構、合理規(guī)定零件加工的公差等級以與認真考慮零件的加工工藝性和裝配工藝性等。另外要盡量采用標準化、系列化和通用化的零部件。2.3.4 手部結構機械手手部(末端執(zhí)行器)結構形式多樣，但總的設計都有如下幾點基本要求:一、應具有適當的夾緊力和驅動力，手指握力(夾緊力)大小要適宜，力量過大則動力消耗多，結構龐大，不經濟，甚至會損壞抓取物體;力量過小則夾持不住或產生松動、脫落。二、手指應具有一定的開閉圍，手應具有一定的開閉角度(手指從開到閉合繞支點所轉過的角度)或開閉圍(對平移型手指從開到

26、閉合的直線移動距離)，以便于抓取或退出物體。三、應保證抓取物體在手指的夾持精度，應保證每個被抓取的物體，在手指都有準確的相對位置。四、要求結構緊湊、重量輕、效率高，在保證自身剛度、強度的前提下，盡可能使結構緊湊、重量輕，以利于減輕手臂的負載。3 機械手控制方式的比較目前，我國國的控制方式有以下幾種，通過它們之間的對比，我們可以發(fā)現PLC控制方式更具有獨特的優(yōu)越性。3.1 繼電器控制方式這種方式簡單直接，工作穩(wěn)定可靠，成本低，但速度慢，效率低。隨著生產規(guī)模的發(fā)展，機車對加工精度和生產效率與安全性有了更高的要求，繼電器、接觸器的斷續(xù)控制方式不能連續(xù)準確地反映信號。除此之外，隨著工業(yè)自動化程度的不斷

27、提高，使用繼電器電路構成的工業(yè)控制系統(tǒng)的缺陷不斷暴露出來。首先表現在設計施工方面，繼電器控制完成一項控制工程設計、施工、調試必須順序進行，工作周期長、修改困難等缺點很快體現出來。工程越大其缺點就越突出，成千上萬根導線連接得密如蛛網，只要有一個電器、一根導線發(fā)生故障，系統(tǒng)就不能工作，大大降低了可靠性。3.2 單片機控制方式單片微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是一種非常活躍和頗具有生命力的機種，較適用于控制領域，通常情況下，單片機由單塊集成電路芯片構成，部含有計算機的基本功能部件：中央處理器CPU、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只、需要和適當的軟件與外部設備相結合，便可成為一個單片

28、機控制系統(tǒng)。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，尤其是八位單片機已經成為當前單片機的主流。單片機的改善主要在以下四個方面：（1）為了提高工作速度和精度，CPU的功能有了明顯的增強；（2）部集成存儲器的容量和常用的I/O接口電路的種類和數量明顯增多；（3）隨著芯片部功能的增強和部資源的豐富，單片機所需要的引腳數也要相應地增加；（4）在很多應用場合，單片機有很小的體積，只需較低的工作電壓和極小的功耗。所以大多數單片機采用CMOS工藝，并增強了空閑和掉電兩種工作方式。盡管如此，其硬件制作質量和抗干擾措施很難達到高標準，且其環(huán)境適應能力差，難以在惡劣的工作條件下工作。3.3 微型計算機控制方式微

29、型計算機開發(fā)系統(tǒng)是一種專門用途的微型計算機系統(tǒng)，他有齊全的硬件和豐富的軟件資源，它不僅可以用來設計和調試微型計算機樣機，而且也可以為微型計算機開發(fā)相對路的軟件。利用微型計算機可以實現圖形顯示、輔助繪圖與設計。但微機控制方式需要掌握難懂的匯編、BASIC、FORTRAL、PASCAL、C等語言，需要較高級的操作人員和環(huán)境要求，且不能應用于比較惡劣的工作環(huán)境。而PLC控制方式對操作人員的要求一般，不用學習專門的計算機語言，不需要用到較專業(yè)的軟件知識，只是需要了解較簡單的梯形圖語言、操作系統(tǒng)等。且PLC 的I/O接口多，各種配件齊全，很容易構成系統(tǒng)。3.4 PLC控制方式20世紀70年代末期，可編程

30、控制器進入了實用發(fā)展階段。計算機技術已經全面引入了可編程控制器中，使其擁有了更高的運算速度，超小型的體積，更可靠的抗工業(yè)干擾設計，使其功能發(fā)生了質的飛躍。模擬量運算PID功能與更高的性價比奠定了它在現代工業(yè)中的地位。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點更加適用于現代工業(yè)控制的需求。從規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機以與超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，這些單元用于壓力、溫度、速度、位移等各式各樣的控制場合；從產品配套上來說，生產了各種人機界面單元、通訊單元，使應用到可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。這種控制方式的特點很多，有：可靠性高，擴展能力強，邏輯運算能力強

31、，輸入輸出電路一律采用光電隔離，部采用電磁屏蔽，從而能更好地適用于工作環(huán)境；配套齊全，功能完善，實用性強；易學易用，深受工程技術人員歡迎。PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，它體積小，重量輕，能耗少；系統(tǒng)設計工作量小，維護方便，便于維修和改造。PLC用存儲邏輯代替界限邏輯，大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計以與建造的周期大大縮短，是現代工業(yè)工作控制系統(tǒng)的良好選擇。通過上文對各種控制方式的比較，我們可以看出此次課題應該采用PLC控制方式更加合理。21世紀，可編程控制器會有更大的發(fā)展，將在工業(yè)以與工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越重要的作用。3.5 選擇PLC的原因次設計選擇PLC是因為它有它自身的

32、優(yōu)點：(1) 好的通用性。PLC采用存儲邏輯 , 其控制邏輯是以程序方式存儲在存中 , 要改變控制邏輯 , 只需改變程序即可 ,因而可通過編程來實現各種控制功能。而傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)要改變控制功能需重新設計和連線 , 耗時長、耗資大。(2) 高的可靠性。一方面 PLC在硬件上采用了諸如隔離、濾波、屏蔽、接地等一系列抗干擾措施 , 在模板機箱進行了完善的電磁兼容性設計 , 對元器件進行了精心的挑選; 另一方面 , 它采用了諸如數字濾波、指令復執(zhí)、程序卷回、差錯校驗等一系列軟件抗干擾措施與故障診斷技術 , 以與在系統(tǒng)一級的冗余配置等。因而它的可靠性很高 , 其平均無故障時間可達 25萬小時以上。(

33、3) 強的功能。PLC不僅具有邏輯運算和控制 , 以與順序控制等功能 , 而且還具有模擬轉換、數模轉換、高速計數、速度控制、位置控制、模擬量調節(jié) (如 PID 控制 )以與遠程通訊、生產監(jiān)控等功能。 (4) 編程簡單,使用方便。PLC編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖 , 它是一種面向控制過程、面向問題的 “自然語言”編程方式 , 容易掌握。對于企業(yè)中一般的電氣技術人員和技術工人 , 這種面向生產、面向用戶的編程方式 , 與常用的微機語言相比更容易接受。在PLC出現之前，大多數控制設備是用硬接線邏輯設備。由于他們的邏輯性比較強，所以要對他們改動會比較困難，在更新機械設備的同時，只能研究新

34、的控制設備，這不僅延長了生產周期，而且也提高了生產成本，在產品更新很快的今天，這些不足之處會大大限制企業(yè)的發(fā)展，降低企業(yè)的競爭力。而PLC的出現解決了以上的難題。它替代了硬接線控制設備，實現了軟件編程，用程序來描述控制過程，要更改生成過程只需要改變程序就可以了。這大大縮短了生產周期，效率得到了明顯的改善。4 控制模型的設計機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用于按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和自動包裝等方面。機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持

35、工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有（23）個自由度。設計的是一個五自由度工件搬運氣動機械手。4.1模塊式機械手與組成模塊式機械手是將一些通用部件，根據作業(yè)的要求，選擇必要的能完成預定機能的單元部件，以

36、底座為基礎進行組合，配上與其相適應的控制部分，即成為能完成特殊要求的機械手。通過模塊選擇與組合以構成一定圍的不同功能或同功能不同性能、不同規(guī)格的系列產品。并且在產品變化或臨時需要對機械手進行新的分配任務時，可以允許方便的改動或重新設計其新部件，能很快地投產，降低安裝和轉換工作的費用。各模塊劃分，如圖4-1所示。圖4-1 機械手各模塊的組成4.2 總體方案的設計本課題目標是實現生產瓷磚連續(xù)自動包裝,為5個自由度機械手控制系統(tǒng).執(zhí)行件作循環(huán)往復的直線水平運動和旋轉運動,并且運動中速度要調節(jié),運動總體方框圖見圖4-2。因此,采用氣動元件構成所需驅動系統(tǒng)。PLC控制器手指吸瓷磚面磚豎放檢測瓷磚系統(tǒng)小臂

37、對瓷磚分組（五個一組）瓷磚合格輸入檢測信號到控制器分析大臂放下合格瓷磚打包機完成封裝和打包至生產線圖 4-2 瓷磚自動包裝機械手運動框圖4.3 機械手控制系統(tǒng)實例分析4.3.1機械手的結構該氣動機械手具有五自由度（手指運動不計入自由度數），結構示意圖，如圖4-3 所示。臂部有3個自由度，即大臂45°旋轉、小臂五個位置的伸縮、手腕90°旋轉；手指有1個自由度，即手指的吸合和斷開；還有腰關節(jié)180°的旋轉。該氣動機械手具有五自由度（手指運動不計入自由度數），結構示意圖，如圖 所示。臂部有3個自由度，即大臂45°旋轉、小臂五個位置的伸縮、手腕90°旋

38、轉；手指有1個自由度，即手指的吸合和斷開；還有腰關節(jié)180°的旋轉。圖4-3 機械手的機構組成4.3.2 機械手的動作流程機械手的動作如圖4-4所示，它是一個水平/垂直位移和旋轉的機械設備，用來將瓷磚由右工作臺搬到左工作臺。左工作臺是一個傳送帶,有步進電機控制(M1),手指每取走一塊瓷磚傳送帶就步進一個位置,為下一塊瓷磚做好準備.同時在機械手動作之前,光電開關檢測傳送帶是否有瓷磚,以防止誤動作,損壞機構.它的動作循環(huán)是：原位手腕旋轉90°光電檢測信號手指吸盤吸合瓷磚手腕旋轉90°大臂旋轉45°腰關節(jié)旋轉180°大臂旋轉45°小臂伸出一

39、個位置手腕旋轉90°手指吸盤斷開放下第一塊瓷磚大臂旋轉90°手腕旋轉90°小臂縮回一個位置腰關節(jié)旋轉180°回到原位手腕旋轉90°手指吸盤吸合手腕旋轉90°大臂旋轉45°腰關節(jié)旋轉180°大臂旋轉45°小臂伸出一個位置手腕旋轉90°手指吸盤斷開放下第二塊瓷磚大臂旋轉90°手腕旋轉90°小臂縮回一個位置原位手腕旋轉90°手指吸盤吸合手腕旋轉90°大臂旋轉45°腰關節(jié)旋轉180°大臂旋轉45°小臂伸出一個位置手腕旋轉90°

40、;手指吸盤斷開放下第三塊瓷磚大臂旋轉90°手腕旋轉90°小臂縮回一個位置腰關節(jié)旋轉180°回到原位原位手腕旋轉90°手指吸盤吸合手腕旋轉90°大臂旋轉45°腰關節(jié)旋轉180°大臂旋轉45°小臂伸出一個位置手腕旋轉90°手指吸盤斷開放下第四塊瓷磚大臂旋轉90°手腕旋轉90°小臂縮回一個位置腰關節(jié)旋轉180°回到原位原位手腕旋轉90°手指吸盤吸合手腕旋轉90°大臂旋轉45°腰關節(jié)旋轉180°大臂旋轉45°小臂伸出一個位置手腕旋轉9

41、0°手指吸盤斷開放下第五塊瓷磚大臂旋轉90°手腕旋轉90°小臂縮回一個位置腰關節(jié)旋轉180°回到原位。一個包裝箱五塊瓷磚包裝完成,通信系統(tǒng)通知下一級系統(tǒng)進行打包、運走,一個循環(huán)過程結束.圖4-4 機械手的動作模型4.3.3 機械手的工作過程分析本論文機械手的全部動作由氣缸驅動，而氣缸又由相應的電磁閥控制。其中，手腕的旋轉由單線圈兩位電磁閥控制。例如，當手腕向下旋轉電磁閥通電時，手腕旋轉，當碰到限位開關SQ2時停止。而當線圈斷電時，手腕向上旋轉而當碰到限位開關SQ1時停止。當腰旋轉電磁閥得電時，腰部旋轉，碰限位開關SQ4停止，而斷電時復位。機械手的工作過程

42、如下：1） 原位狀態(tài)下（機械手大臂在右限位、手腕在上限位SQ1、小臂在左限位SQ9動作），按啟動按鈕，機械手手腕開始動作。2） 手腕旋轉90°，當碰到限位開關SQ2動作，手腕旋轉結束，機械手手指吸盤吸瓷磚。3） 吸合瓷磚延時1S，手指動作結束，機械手大臂開始旋轉。4） 大臂旋轉45°碰限位開關SQ3動作，旋轉結束，機械手腰開始動作。5） 腰旋轉180°碰限位開關SQ4動作，旋轉結束，大臂開始動作。6） 大臂旋轉180°將第一塊瓷磚放入包裝箱1中。7） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時1S。同時，向PLC發(fā)出信號，小臂收縮一個位置。8） 小臂收縮到行程開關SQ8

43、受壓動作，收縮停止，腰旋轉180°。9） 重復步驟1）5）。10） 大臂旋轉180°將第二塊瓷磚放入包裝箱1中。11） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時1S。同時，向PLC發(fā)出信號，小臂收縮一個位置。12） 小臂收縮到行程開關SQ7受壓動作，收縮停止，腰旋轉180°。13） 重復步驟1）5）。14） 大臂旋轉180°，將第三塊瓷磚放入包裝箱3中。15） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時1S。同時，向PLC發(fā)出信號，小臂收縮一個位置。16） 小臂收縮到行程開關SQ6受壓動作，收縮停止，腰旋轉180°。17） 重復步驟1）5）。18） 大臂旋轉180°

44、;將第四塊瓷磚放入包裝箱4中。19） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時1S。同時，向PLC發(fā)出信號，小臂收縮一個位置。20） 小臂收縮到行程開關SQ6受壓動作，收縮停止，腰旋轉180°。21） 重復步驟1）5）。22） 大臂旋轉180°將第五塊瓷磚放入包裝箱5中。23） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時1S。同時，向PLC發(fā)出信號，小臂收縮一個位置。24） 小臂收縮到行程開關SQ5受壓動作，收縮停止，腰旋轉180°。25） 完成五塊瓷磚的包裝，一個工作循環(huán)完畢。轉入下一次循環(huán)。機械手按上述順序周而復始地包瓷磚。即為瓷磚自動包裝線。瓷磚通過傳送帶送到機械手，傳送帶為步進式控制。

45、每當機械手從傳送帶上取走一塊瓷磚時，該傳送帶向前步進一個步距，將使機械手在下一個工作循環(huán)取走瓷磚。當機械手準備下降時，為了確保安全，必須在工作臺無工件時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到工作臺上的工件尚未過來，機械手應自動停止下降，用光電開關X008進行無工件檢測。傳送帶由電動機M1驅動，機械手腰部的回轉運動由氣動閥Y1、Y2控制，大臂的旋轉運動由氣動閥Y3、Y4控制，機械手的手指吸合與斷開由氣動閥Y5控制，小臂的伸縮運動分別有氣動閥Y6、Y7、Y8、Y9、Y10控制。機械手的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為步進、單周期和連續(xù)操作方式。手動操作：與時用按鈕操作

46、對機械手的每一步運動單獨進行控制。例如當選擇大臂旋轉運動時，按下按鈕，機械手大臂旋轉。當選擇吸合/斷開運動是，按下啟動按鈕，手指吸合；按下停止按鈕，手指斷開。步進操作：每按下一次啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。單周期操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止。連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手的動作將自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。5 PLC設計5.1 PLC的簡介隨著微電子技術、計算機技術、通信技術、容錯控制技術、數字控制技術的飛速發(fā)展，可編程序控制器的數量、

47、型號、品種以異乎尋常的速度發(fā)展。目前，可變程序控制器的生產廠家眾多，產品型號、規(guī)格不可勝數，但主要分為歐、日、美三大塊。在中國市場上，歐洲的代表是西門子公司，日本的代表是三菱和歐姆龍公司，美國的代表是AB與GE公司。各大公司在中國均推出自己的從微型到大型的系列化產品。令人感到遺憾的是，國產PLC始終沒有突破性的發(fā)展，占有市場份額很小。目前，在中國市場上最具競爭力的西門子公司、三菱公司、歐姆龍公司、AB公司所推出的PLC均為從小到大全系列的產品，可以滿足各種各樣的要求。5.2 PLC的硬件組成 PLC的硬件組成與微型計算機相似，其主機由CPU板、存儲器、輸入輸出（IO）接口、電源等幾大部分組成；

48、可配備如編程器、圖形顯示器、通信接口等外部設備CPU也稱中央處理器，是由一片或幾片大規(guī)模集成電路芯片組成的，相當于人的大腦，是PLC的核心部分；CPU的作用是可通過接口與軟件向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出各種命令，同時對被測參數進行巡回檢測、數據處理、控制運算、報警處理與邏輯判斷等，實現對整個PLC的工作過程進行控制；目前大多數小型PLC都用8位或者16位單片機作CPU。 RAM為隨機存儲器，一般都是CMOS型的，耗電極微，在PLC常用鋰電池作后備，失電時也不會丟失程序；ROM為只讀存儲器，系統(tǒng)程序固化在其中，用戶不可更改，失電不受影響；EPROM為可擦除存儲器，其寫入和擦除時都必須要用專用的寫入器和擦

49、除器，用戶很不方便；EEPROM為電可擦除只讀存儲器，其部的程序可通過編程器的寫入和擦除。 IO接口是輸入（IN）輸出（OUT）接口的簡稱，是PLC主機與被控對象進行信息交換的紐帶；PLC通過IO接口與外部設備進行數據交換，PLC的輸入輸出信號有開關量、模擬量、數字量三種類型，所有的輸入輸出信號均經過光電等隔離，大大增強了PLC的抗干擾能力。  常見的輸出形式有繼電器輸出、晶閘管（SSR）輸出、晶體管輸出。特點是：繼電器輸出型：CPU驅動繼電器線圈，令觸點吸合，使外部電源通過閉合的觸點驅動外部負載，其開路漏電流為零，響應時間慢（約10ms），可帶較大的外部負載；晶體管輸出型：CPU通

50、過光耦合使晶體管通斷，以控制外部直流負載，響應時間快（約0.2ms），可帶外部負載?。豢煽毓栎敵鲂停篊PU通過光耦合使三端雙向可控硅通斷，以控制外部交流負載,開路漏電流大,響應時間較快(約1ms)。  可編程控制系統(tǒng)指以可編程控制器為核心單元的控制系統(tǒng)，一般由控制器（PLC）、編程器、信號輸入部件、輸出執(zhí)行部件等組成，見PLC控制系統(tǒng)組成圖（以FX2型PLC為例）。可編程控制系統(tǒng)可在不改變系統(tǒng)硬件接線的情況下，通過改變PLC的用戶程序來改變被控對象的運行方式，大提高了控制系統(tǒng)的靈活性。5.3 PLC控制I/O分配明細概括地講，PLC的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式，每一次掃

51、描所用的時間成為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序知道用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復始地重復上述循環(huán)掃描的。執(zhí)行用戶程序時，需要各種現場信息，這些現場信息已接到PLC的輸入端。PLC采集現場信息即采集輸入信號有兩種方式：1） 集中采樣輸入方式。2） 立即輸入方式。5.3.1 輸入/輸出分析 分析系統(tǒng)信號輸入/輸出要求，系統(tǒng)I/O信號全部為開關量，其中：1）輸入信號為12個開關量信號，它們分別為：起動、停止、連續(xù)/單循環(huán)選擇、手指下限位、手指上限位、大臂左限位、腰右限位、小臂五個限位、吸合瓷磚。2）輸出信號為12 個開關量控

52、制信號它們分別為：瓷磚進料傳送帶A、手腕旋轉、小臂收縮、小臂伸、小臂復位、大臂旋轉、腰旋轉、抓瓷磚和放瓷磚。5.3.2 用戶程序容量估計 分析系統(tǒng)控制要求，一個工作循環(huán)分為11個工步，每一工步完成一些簡單動作。因此，控制用的程序估計較短，約在三百步之。綜合分析系統(tǒng)要求，考慮系統(tǒng)的經濟性和技術指標，選用三菱公司微型PLC，本文選用FX1S32MR001型號。5.3.3 安排I/O端口與所用部元件地址 機械手控制系統(tǒng)I/O地址表見表 51表51 機械手PLC控制I/O地址表輸入輸出器件代號地址號功能說明器件代號地址號功能說明SQ0X0無瓷磚檢測開關KM1Y1手腕氣缸下旋轉SQ1X1手腕旋轉上限位K

53、M2Y2手腕氣缸上旋轉SQ2X2手腕旋轉下限位KM3Y3大臂氣缸外旋轉SQ3X3大臂旋轉外限位KM4Y4大臂氣缸旋轉SQ4X4大臂旋轉限位KM5Y5腰氣缸左旋轉SQ5X5腰旋轉左限位KM6Y6腰氣缸右旋轉SQ6X6腰旋轉右限位KM7Y7小臂收縮2位置SQ7X7小臂1限位開關KM8Y8小臂收縮3位置SQ8X8小臂2限位開關KM9Y9小臂收縮4位置SQ9X9小臂3限位開關KM10Y10小臂收縮5位置SQ10X10小臂4限位開關KM11Y11吸瓷磚SQ11X11小臂5限位開關KM12Y12小臂復位到1位置開關0X12啟動按鈕M1(KM13)Y13傳送帶A運行開關1X13單步執(zhí)行HLY14報警燈指示開

54、關2X14循環(huán)執(zhí)行開關3X15緊急停止5.4 PLC的I/O電氣接線圖機械手的PLC I/O電氣接線圖如圖51所示。SQ0SQ11十二個接近開關、開關03分別接X0X11、X12、 X13 、X14、 X15的16個輸入，輸出Y1y10、Y12分別接中間繼電器的KM1KM10、KM12；Y11接電磁鐵YC；報警指示燈接Y14。PLC輸出信號通過中間繼電器控制電磁閥的通斷，從而控制氣流回路來控制機械手的位置動作。手指的吸合/斷開瓷磚由電磁鐵控制。同時，當發(fā)生誤動作時，發(fā)出報警信號，輸出報警燈HL。圖5-1 PLC電氣接線圖5.5 軟件的設計5.5.1控制流程圖由系統(tǒng)的控制要求，設計控制程序流程圖（見圖5-1）。圖5-1 控制程序流程圖5.5.2 機械手順序控制梯形圖圖5-2 程序控制步進圖5.5.3 指令表根據梯形圖可得控制指令表（如表5-2所示）步數操作數操作碼步數操作數操作碼步數操作數操作碼1LDM800234SETS2474LDIX52SETS036STLS2475OUTY54STLS037LDIX276ANDX55LDX138ANIY277OUTT7K106ANDX539OUTY280LDT77ANDX240ORIX281SETS298ANDX441OUTT3K1083STLS299A