【基于PLC上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)8700字（論文）】

基于PLC上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u7532第1章前言 312291第2章PLC的選型與機(jī)械手的組成 3282982.1PLC的基本概念 3227252.1.1PLC的基本結(jié)構(gòu) 4201152.1.2中央處理器CPU 576472.1.3存儲(chǔ)區(qū) 5295102.2機(jī)械手的組成 6268432.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu) 6101552.2.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 10188832.2.3位置檢測裝置 11205652.2.4傳動(dòng)系統(tǒng) 1173592.2.5機(jī)械手控制系統(tǒng) 1425355第3章基于PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15270683.1PLC的選型 15297893.2系統(tǒng)控制原理 16138393.2.1I/O分配表 16212903.2.2PLC軟件編程元件 171173.3限位開關(guān)選型 17105423.4光電開關(guān)選型 1886773.5電動(dòng)機(jī)選型 1943573.6電磁閥選型 20250963.7PLC控制系統(tǒng)硬件接線圖 2121834第4章結(jié)論 2217489參考文獻(xiàn) 24

第1章前言現(xiàn)在工業(yè)水平的不斷提高，科學(xué)技術(shù)逐漸成為第一生產(chǎn)力也給人們的生活帶來了本質(zhì)性的變化，大大提升了工作環(huán)境和幸福指數(shù)。現(xiàn)在的自動(dòng)化技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，也普遍使用于自動(dòng)化制造行業(yè)之中。因?yàn)楝F(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械相結(jié)合，制造業(yè)生產(chǎn)效率得以提升。機(jī)械臂是在此發(fā)展時(shí)期出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)。消耗優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備。它可以在制造業(yè)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)時(shí)為了提高生產(chǎn)效率降低勞動(dòng)成本，使工作更簡單化、安全化。隨著機(jī)械臂技術(shù)的不斷發(fā)展，大量機(jī)械臂已開始用于工業(yè)領(lǐng)域的焊接，注塑，夾持，組裝和其他工業(yè)生產(chǎn)。在生產(chǎn)線之中，機(jī)械手把一條傳送帶上的物品傳送到需要加工的工作臺(tái)臺(tái)上。機(jī)械手的提升，降低，伸展，收縮，夾緊和壓力釋放動(dòng)作均由繼電器控制，以操作液壓傳動(dòng)系統(tǒng)軟件，行程開關(guān)和光電開關(guān)用于檢查機(jī)械手和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手所在的部分。皮帶和機(jī)械手的左右旋轉(zhuǎn)由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)有相應(yīng)的防護(hù)措施。第2章PLC的選型與機(jī)械手的組成2.1PLC的基本概念現(xiàn)代國際社會(huì)法律規(guī)定,加工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)應(yīng)迅速積極響應(yīng)國際市場需求,生產(chǎn)開發(fā)出一種具有小批量的,多樣化的,多規(guī)模的,低成本高質(zhì)量的現(xiàn)代化產(chǎn)品。為了更好地滿足這一要求,生產(chǎn)線設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有很高的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)能力。PLC恰好滿足此要求。它是基于微控制器的通用工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)備。PLC具有廣泛的應(yīng)用范圍,功能齊全,易于使用。長期以來,它已廣泛用于各種工業(yè)設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。PLC在家庭自動(dòng)化等其他行業(yè)的應(yīng)用也取得了快速的發(fā)展趨勢。PLC仍處于不斷發(fā)展的趨勢,設(shè)備的功能不斷被豐富,資源對(duì)全球開發(fā)不封所。它在工業(yè)生產(chǎn)互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)中也具有無可爭議的影響。PLC具有廣泛的應(yīng)用范圍和較高的普及度,這是控制計(jì)算機(jī)和設(shè)備的其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所無法比擬的。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（IEC）于1985年提出的PLC規(guī)格化建議中將PLC定義如下：“可編程控制器是一種用于數(shù)字化操作的電子控制系統(tǒng)，專為在工業(yè)自然環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)用研究所設(shè)計(jì)。其運(yùn)用了用戶可以自由編寫程序的微處理器。存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)執(zhí)行“或”運(yùn)算的命令，還可以根據(jù)數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出進(jìn)行數(shù)字化的顯示，可以根據(jù)實(shí)際的控制要求編寫相關(guān)程序，與PLC相關(guān)的外圍機(jī)械設(shè)備相結(jié)合，加快了工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程也加速了可編程控制器的硬件和軟件的開發(fā)進(jìn)度”從上述的描述可以了解到，可編程控制器是一種新興工業(yè)計(jì)算機(jī)，通過對(duì)軟件的編輯就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部硬件的控制。PLC除了可以完成程序的執(zhí)行意外還可以與其他工業(yè)硬件進(jìn)行相互的信息交換。2.1.1PLC的基本結(jié)構(gòu)可編程控制器（俗稱PLC）：這是一種專門應(yīng)用于各種數(shù)字化操作的電子控制系統(tǒng),專門為各種工業(yè)自然環(huán)境中的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它通過選擇一種類型的可編程控制器或者存儲(chǔ)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)程序流,執(zhí)行"或"的運(yùn)算,順序控制,時(shí)間,計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算以及其他以用戶為中心的命令，并根據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)字輸入，輸出來控制工業(yè)制造中的各種機(jī)械。PLC實(shí)現(xiàn)執(zhí)行控制，其基本的控制原理時(shí)通過算法來優(yōu)化控制系統(tǒng)輸入/輸出，并配合外部元件加以實(shí)現(xiàn)。輸入/輸出的相互轉(zhuǎn)變加上外部的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就構(gòu)成了可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制最基本的兩個(gè)關(guān)鍵要素,可編程控制器在設(shè)計(jì)時(shí)參考了計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu),包括中央處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)、輸入電路與輸出電路、通訊及電源構(gòu)成。PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1PLC的基本結(jié)構(gòu)2.1.2中央處理器CPU中央處理器（CPU）作為PLC最重要的元件。其根據(jù)可編程控制器的控制要求開發(fā)的功能有：1.人為編寫的程序和數(shù)據(jù)的讀寫；b.監(jiān)控PLC各個(gè)組件的工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)人為編寫的程序有錯(cuò)誤時(shí)可以報(bào)警提示·。當(dāng)可編程控制器運(yùn)用到工業(yè)制造之中時(shí)，第一步是掃描整個(gè)控制系統(tǒng)并記錄下輸入/輸出的工作狀態(tài)后存入相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域，其次在人工編程設(shè)計(jì)的軟件程序中執(zhí)行，通過對(duì)人工編寫的程序的運(yùn)算，將運(yùn)算的結(jié)果傳送給PLC的外部執(zhí)行器件。待CPU運(yùn)算完人工編寫的控制程序時(shí)，將輸入/輸出映象寄存區(qū)的各種數(shù)據(jù)傳送給對(duì)應(yīng)的輸出元件。2.1.3存儲(chǔ)區(qū)PLC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域由用戶程序和系統(tǒng)程序兩部分組成。系統(tǒng)程序區(qū)域的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；用戶程序的保存區(qū)域稱為用戶程序存儲(chǔ)器，因此在數(shù)據(jù)層面上將其定義為上述兩部分。可編程邏輯控制器儲(chǔ)存區(qū)域的制定：雖然各種可編程邏輯控制器的中央處理器的最大FPU空間均不一樣，但是根據(jù)PLC的運(yùn)行方式，其儲(chǔ)存區(qū)域一般含有以下幾點(diǎn)：（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)（2）系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（3）用戶程序存儲(chǔ)區(qū)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：PLC的基本操作程序均存放于此區(qū)域。包括監(jiān)控程序、控制程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。本類程序通常被固件生產(chǎn)廠商燒錄在EEPROM內(nèi)，用戶沒有權(quán)限對(duì)其進(jìn)行讀寫。PLC的工作性能主要由該類軟件和組成的硬件所決定。PLC的RAM儲(chǔ)存包括I/O映象寄存區(qū)以及各類電氣元件，如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中間變量存儲(chǔ)器、等存儲(chǔ)器。（3）用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：該區(qū)域儲(chǔ)存由人工進(jìn)行開發(fā)的軟件程序。各個(gè)型號(hào)不相同的PLC，儲(chǔ)存大小也不盡相同。2.2機(jī)械手的組成本文所設(shè)計(jì)的機(jī)械手設(shè)備主要由系統(tǒng)輸入、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。2.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.手爪結(jié)構(gòu)機(jī)械手的通用性是更重要的是，如果特征太簡單，沒有太多的價(jià)值，所以在這個(gè)多才多藝的加強(qiáng)，有必要手操縱的機(jī)制做一個(gè)結(jié)構(gòu)，可以更換，另外，可以變成一種氣動(dòng)吸盤的結(jié)構(gòu)。這種手的結(jié)構(gòu)是手指和力的傳遞的簡單結(jié)合。這種制度形式多樣，適應(yīng)面廣。對(duì)手部的基本要求（1）具有足夠的夾緊力；手指的夾緊力對(duì)于機(jī)械手整體設(shè)計(jì)也很重要。在計(jì)算夾緊力的時(shí)候還需要考慮到一些因素。例如慣性力和振動(dòng)，一定要保證不會(huì)干擾到機(jī)械手的正常工作。（2）手指間應(yīng)具有一定的開閉角；手指的開閉角度用來保證物體在達(dá)到指定位置4后可以正常的分離或進(jìn)入。一般情況下，當(dāng)工作條件較好，環(huán)境允許時(shí)，最好是打開和關(guān)閉更大的范圍。（3）保證工件準(zhǔn)確定位；設(shè)計(jì)中一定有誤差，因此在設(shè)計(jì)中采用了IT8級(jí)，從而保證工件的定位。（4）具有足夠的強(qiáng)度和剛度；設(shè)計(jì)手的時(shí)候必須要考慮到材料具有合適的強(qiáng)度和剛度，滿足工作要求。（5）考慮被抓工件的形狀要求。設(shè)計(jì)任務(wù)要求：工件為圓柱形，外徑40-60mm，長度范圍40-60mm，質(zhì)量小于500g。因此，可以將齒輪加工旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)成夾緊機(jī)械手來完成圓柱形零件，使傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)簡單。為了簡化結(jié)構(gòu)，不僅可以提高齒輪和連接臂的整體強(qiáng)度，還可以對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳細(xì)的設(shè)計(jì)。圖2-2手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖2.上臂結(jié)構(gòu)上臂采用底板和外罩的復(fù)合結(jié)構(gòu)。為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)所需的性能，采用了重量大幅減輕的鈑金風(fēng)車鑲嵌結(jié)構(gòu)。嵌體的主要功能是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)端的結(jié)構(gòu)。另外，為了防止灰塵等雜物進(jìn)入外罩。設(shè)計(jì)材料選用低密度鋁材，可減輕重量，使用更方便。圖2-3上臂側(cè)板結(jié)構(gòu)圖3.下臂結(jié)構(gòu)因?yàn)橄卤墼O(shè)計(jì)使用的是同步帶結(jié)構(gòu)，所以下臂和上臂的設(shè)計(jì)有一些相似的地方，上臂依舊依賴同步帶的傳動(dòng)，下臂的位置可以通過同步帶進(jìn)行調(diào)整。所以，因?yàn)橄卤鄣脑O(shè)計(jì)需求，它由三塊隨槽移動(dòng)的板組成。U型槽結(jié)構(gòu)，在U型槽外側(cè)設(shè)計(jì)了兩組滑動(dòng)動(dòng)力件，上臂結(jié)構(gòu)固定在滑塊上，保證了上臂的正確直線運(yùn)動(dòng)。圖2-4下臂設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖4.腰座結(jié)構(gòu)機(jī)械手手臂主要靠腰部支撐，同時(shí)保證手臂旋轉(zhuǎn)過程的穩(wěn)定。所以，腰部轉(zhuǎn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性都很重要，可以避免受到慣性作用。另外，減速器按照實(shí)際情況安排，不僅是安裝，還必須具備以下條件。（1）強(qiáng)度剛度都適合。（2）這機(jī)械臂不受到振動(dòng)影響。（3）良好的熱穩(wěn)定性。（4）加工方面，運(yùn)輸過程平穩(wěn)。如圖4-4所示，機(jī)械手腰部主要由滑動(dòng)件、支撐件、傳動(dòng)件等輔助部件組成。腰部的驅(qū)動(dòng)原理與手臂相同，電機(jī)通過螺桿旋轉(zhuǎn)，滑塊使滑塊向下滑動(dòng)。導(dǎo)軌兩端裝有防撞塊。展開至腰部，但必須配備減速裝置，其支撐臂、腰管、滑塊均采用KBM系列鋁合金線材。緩沖塊由WS系列銅合金制成。與其他機(jī)械手不同，旋轉(zhuǎn)電機(jī)安裝在腰部和腰管上。電機(jī)通過減速器轉(zhuǎn)動(dòng)的接頭固定支撐臂，腰部支撐臂兩端固定在跑道上，滑塊固定在滑臺(tái)上，防撞緩沖器安裝在滑塊座上。圖2-5腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2.2.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)械手的動(dòng)力來源。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常分為由液壓裝置所組成的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、由氣壓泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)以及由齒輪、傳動(dòng)軸等機(jī)械元件所構(gòu)成的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械手的抓取、運(yùn)動(dòng)等操作均由控制系統(tǒng)控制完成。在目前的工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械手控制系統(tǒng)主要分為傳統(tǒng)以繼電器構(gòu)成的電子控制系統(tǒng)以及有智能操作設(shè)備所構(gòu)成的可開發(fā)程序控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)中設(shè)備通常裝配有EEPROM等程序存儲(chǔ)裝置。機(jī)械手能夠讀取其中的程序信息，并按照程序指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)（如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間），同時(shí)，程序可以對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視并傳達(dá)給上位機(jī)。當(dāng)機(jī)械手發(fā)生故障或產(chǎn)生危險(xiǎn)動(dòng)作時(shí)，控制系統(tǒng)可以通知上位機(jī)并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。2.2.3位置檢測裝置位置檢測裝置通常由一系列的檢測傳感器所組成。傳感器可以將機(jī)械手的是是運(yùn)動(dòng)軌跡和位置傳達(dá)給控制系統(tǒng)。通過傳感器返回?cái)?shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較可以適時(shí)調(diào)整機(jī)械手移動(dòng)位置，從而使整個(gè)機(jī)械手提高控制精度。2.2.4傳動(dòng)系統(tǒng)1.動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)通常機(jī)械手一般有三種驅(qū)動(dòng)方式：（1）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)電力驅(qū)動(dòng)是目前最常見的傳動(dòng)方式。實(shí)際能量比手工簡單，速度快，效率高。電力傳動(dòng)還會(huì)連接著減速機(jī)，這會(huì)影響機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)。電機(jī)主要有直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩類。設(shè)計(jì)了交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開放式控制方式。雖然這種控制方法相對(duì)簡單，但由于其功耗小，控制精度低，功耗低。它通常用于機(jī)器人系統(tǒng)。（2）液壓驅(qū)動(dòng)器在液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)中，因?yàn)槭艿捷^強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)功率，且上述結(jié)構(gòu)較為簡單，無需減速齒輪。所以，液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人更適合伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式。（3）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器氣壓傳動(dòng)裝置雖然相對(duì)簡單，但在相同的功率下沒有液壓驅(qū)動(dòng)，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)力較小。由于電壓低，上述控制速度非常不方便，可用于一些低精度的液位控制系統(tǒng)。通過對(duì)三種驅(qū)動(dòng)方式的比較，本文機(jī)器人在電氣驅(qū)動(dòng)方式的選擇上采用了直流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。2.電機(jī)選型電機(jī)作為機(jī)器人前進(jìn)的動(dòng)力源，是整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備。它對(duì)安全性和可靠性有一定的影響。電機(jī)的選擇有多鐘，專用進(jìn)口機(jī)器人操作的部件相對(duì)較小，所需的部件相對(duì)較小。由于位置精度較高，所以選用伺服電機(jī)作為設(shè)計(jì)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)可選用110-02030型伺服電機(jī)，額定功率600W，額定電壓220V，額定功率1.96N·m。3.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)圖2-6齒輪設(shè)計(jì)確定齒輪的類型和精度，確定齒的材質(zhì)和數(shù)量1）在這種變速模式下，設(shè)計(jì)選用壓力角為20度的圓柱齒輪。2）高精度新型串并混聯(lián)上下料機(jī)械手，7級(jí)精度選擇。3）目前選用的材料為45鋼齒輪，硬度范圍為229至286HBS。4）齒輪1齒數(shù)，傳動(dòng)比選取，齒輪2齒數(shù)為防止齒數(shù)嚙合破壞，齒數(shù)互質(zhì)，選擇按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)算，即2.2.5機(jī)械手控制系統(tǒng)機(jī)械手的工作流程圖如圖2-9,2-10所示。圖2-9系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2-10機(jī)械臂系統(tǒng)示意圖根據(jù)上圖分析，按下啟動(dòng)按鈕傳送帶開始工作，當(dāng)工件接觸到光電開關(guān)時(shí)傳送帶停止工作，同時(shí)機(jī)械臂開始動(dòng)作，機(jī)械臂在原點(diǎn)時(shí)，機(jī)械臂伸出當(dāng)接觸到伸出限位I0.0時(shí)機(jī)械臂開始下降，當(dāng)機(jī)械臂接觸到下降限位I0.3時(shí)機(jī)械手臂進(jìn)行延時(shí)后夾緊，夾緊延時(shí)后機(jī)械手開始上升，當(dāng)接觸到上升限位I0.2時(shí)機(jī)械手臂開始回縮，機(jī)械手回縮時(shí)接觸到回縮限位I0.1時(shí)，機(jī)械手開始右轉(zhuǎn)，當(dāng)機(jī)械臂右轉(zhuǎn)達(dá)到右轉(zhuǎn)限位I0.5時(shí)，機(jī)械手開始伸出當(dāng)接觸到伸出限位I0.0時(shí)機(jī)械臂開始下降，當(dāng)機(jī)械臂下降到下降限位I0.3時(shí)機(jī)械臂進(jìn)行短暫延時(shí)后機(jī)械手將所夾的工件放在工作臺(tái)上進(jìn)行加工，機(jī)械手放松后開始上升，當(dāng)接觸到上升限位I0.2時(shí)機(jī)械臂開始回縮當(dāng)機(jī)械臂回縮到回縮限位I0.1時(shí)機(jī)械臂左轉(zhuǎn)到初始位置實(shí)現(xiàn)一個(gè)循環(huán)。第3章基于PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1PLC的選型PLC技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。全球已有二百多個(gè)公司集團(tuán)生產(chǎn)可編程控制器以及可編程控制器的相關(guān)產(chǎn)品，其中較為優(yōu)秀的PLC生產(chǎn)公司有德國SIEMENS、美國羅克韋爾、日本MITSUBISHI、OMRON公司等。得益于西門子公司強(qiáng)大的軟硬件實(shí)力，在上述公司中，使用較為廣泛的PLC設(shè)備主要是西門子公司所生產(chǎn)。西門子PLC不僅時(shí)常應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，在國內(nèi)基建方面也有所使用。目前，西門子公司生產(chǎn)的PLC，在國家的各個(gè)行業(yè)應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。歐姆龍所生產(chǎn)的PLC設(shè)備主要宗旨是小型化、集成化，在小型工業(yè)控制現(xiàn)場和流水線被廣泛使用。相較于西門子公司所生產(chǎn)的PLC，歐姆龍實(shí)現(xiàn)了PLC在硬件集成化技術(shù)上的突破，但究與其控制精度不理想，程序指令讀取方面的設(shè)計(jì)缺陷，難以應(yīng)用在大型工業(yè)控制場合。本次設(shè)計(jì)確認(rèn)選型為西門子（SIMENS）S7-200SMART系列PLC，CPU型號(hào)為SR30繼電器輸出，220VAC供電，18輸入/12輸出。選擇此型號(hào)的PLC足夠本次設(shè)計(jì)的使用，同時(shí)還有剩余的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可以為后續(xù)的升級(jí)留出足夠的空間。S7-200SMART系列PLC的CPU掃描周期和掃描速率更快，通過西門子設(shè)計(jì)的12nm制程工藝的SR30高速芯片，將基本指令的反應(yīng)時(shí)間控制在0.15納秒以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了小型PLC的高精度、高反應(yīng)速度的控制要求，因此在同級(jí)別PLC中首屈一指，遙遙領(lǐng)先。SMART系列PLC在通訊方面也做出了改進(jìn)。他在原有的RS485通訊的基礎(chǔ)上還增加了以太網(wǎng)通訊接口，大大提升了PLC的通訊擴(kuò)展能力，還提升了PLC的傳輸速率。S7-200SMART系列PLC延續(xù)了其父版本S7-200的基本編程語言設(shè)計(jì)思想，只有極少數(shù)的與硬件相關(guān)的指令與其不同所有上手也十分的簡單。考慮經(jīng)濟(jì)性，S7-200SMART系列PLC為小型PLC也是應(yīng)用最為廣泛的PLC其價(jià)格低廉，體積小巧且性價(jià)比高，抗干擾能力強(qiáng)后期維護(hù)也更加的方便。3.2系統(tǒng)控制原理3.2.1I/O分配表PLC控制的機(jī)械手輸入分配表如表3-1所示。表3-1輸入分配表輸入名稱地址輸入名稱地址伸出限位I0.0傳送熱繼電保護(hù)I1.2回縮限位I0.1旋轉(zhuǎn)熱繼電保護(hù)I1.3上升限位I0.2物料檢測I1.4下降限位I0.3手動(dòng)伸出回縮I1.5左轉(zhuǎn)限位I0.4手動(dòng)上升下降I1.6右轉(zhuǎn)限位I0.5手動(dòng)夾緊放松I1.7夾緊限位I0.6手動(dòng)左轉(zhuǎn)I2.0手動(dòng)啟動(dòng)按鈕I0.7手動(dòng)右轉(zhuǎn)I2.1自動(dòng)啟動(dòng)按鈕I1.0復(fù)位按鈕I2.2停止按鈕I1.1PLC控制的機(jī)械手輸出分配表如表3-2所示。表3-2輸出分配表輸出名稱地址輸出名稱地址伸出電磁閥Q0.0右轉(zhuǎn)Q0.5報(bào)警指示燈Q0.1夾緊電磁閥Q0.6上升電磁閥Q0.2傳送帶Q0.7自動(dòng)運(yùn)行指示燈Q0.3手動(dòng)運(yùn)行指示燈Q1.0左轉(zhuǎn)Q0.43.2.2PLC軟件編程元件本次設(shè)計(jì)使用SIMATICS7-SMART系列PLC作為本次設(shè)計(jì)所使用的硬件，編程中所用到的元件如表3-2所示。表3-3內(nèi)部元件表名稱用途輸入變量（I）系統(tǒng)輸入輸出繼電器（Q）系統(tǒng)輸出中間繼電器（M）中間輸出變量定時(shí)器（T）計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器（C）計(jì)數(shù)特殊繼電器（SM0.1）初始化脈沖3.3限位開關(guān)選型作為按鈕的變種形式，限位開關(guān)被應(yīng)用于控制系統(tǒng)的各個(gè)使用場景中。限位開關(guān)（或行程開關(guān)）與傳統(tǒng)按鈕的區(qū)別在于其控制源是機(jī)械設(shè)備而并非人工。根據(jù)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行軌跡，在設(shè)備運(yùn)行至某一點(diǎn)位時(shí)，限位開關(guān)被觸發(fā)，使程序得以反應(yīng)，從而改變機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)路線。綜上所述，限位開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制，包括自動(dòng)啟動(dòng)、停止、以及變向運(yùn)動(dòng)等。限位開關(guān)主要分為被機(jī)械設(shè)備直接觸發(fā)的直動(dòng)式限位開關(guān)、通過機(jī)械擺錘裝置間接觸發(fā)的單輪旋轉(zhuǎn)式限位開關(guān)、以及單輪式限位開關(guān)的升級(jí)版本（雙向觸發(fā)）的雙旋轉(zhuǎn)式限位開關(guān)等多種行程開關(guān)。在本次設(shè)計(jì)中采用的是直動(dòng)式限位開關(guān)其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。頂桿2-彈簧3-常閉觸頭4-觸頭彈簧5-常開觸頭圖3-1直動(dòng)式限位開關(guān)結(jié)構(gòu)圖當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的擋板撞到直動(dòng)式限位開關(guān)的頂桿時(shí)，頂桿向下移動(dòng)，此時(shí)限位開關(guān)的常閉觸頭斷開常開觸頭閉合，當(dāng)擋板移走后由于彈簧的作用限位開關(guān)的各個(gè)觸頭回復(fù)到起始狀態(tài)。生產(chǎn)限位開關(guān)的工廠有很多，本次設(shè)計(jì)選用的限位開關(guān)的型號(hào)選擇為德力西LXK3-20S直動(dòng)式限位開關(guān)其工作電壓為AC220V，額定電流為1.6A可以滿足本次的設(shè)計(jì)需求。3.4光電開關(guān)選型光電開關(guān)由光發(fā)射元件和接收元件所組成。其工作原理是發(fā)射端與接收端中光束被移動(dòng)物體所阻擋時(shí)，光電開關(guān)被觸發(fā)。光電開關(guān)很廣泛的應(yīng)用于機(jī)械臂的動(dòng)作限位、記錄運(yùn)動(dòng)次數(shù)、檢測物料位置的一類非接觸式的開關(guān)。根據(jù)光線檢測形式的不同，光電開關(guān)主要被分為有光線對(duì)射式、反射式、夾角式、光導(dǎo)纖維式等多種工作方式的光電開關(guān)。在本次設(shè)計(jì)中采用的是對(duì)射式光電開關(guān)，這類光電開關(guān)一般由發(fā)送器、接收器和檢測電路三部分組成發(fā)送器和接收器在一個(gè)水平線上相向安裝，發(fā)送器發(fā)出光束由接收器接收當(dāng)有物體經(jīng)過時(shí)接收器的透光亮就會(huì)發(fā)生變化其工作原理如圖3-2所示。圖3-2對(duì)射式光電開關(guān)工作原理圖本次設(shè)計(jì)選用的光電開關(guān)的型號(hào)為E3F-20C1/20L，其工作電壓為6~36V，可以感應(yīng)的距離為30CM-20M，優(yōu)點(diǎn)有可以檢測的距離比較廣，檢測精度高等，可以滿足本次設(shè)計(jì)對(duì)于檢查物料時(shí)檢測精度和檢測距離的需要。3.5電動(dòng)機(jī)選型本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中所需要的電動(dòng)機(jī)主要的用途為帶動(dòng)機(jī)械手的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，并且因?yàn)闄C(jī)械手本身具有一定的重量，夾起的重物也有一定的重量，在旋轉(zhuǎn)的過程中速度不可以太快，所以對(duì)所選擇的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩有一定的要求，根據(jù)上述的要求所以本次設(shè)計(jì)選用減速電機(jī)作為機(jī)械手左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的電機(jī)。減速電機(jī)一般分為直流減速電機(jī)和交流減速電機(jī)，在本次設(shè)計(jì)中采用的是交流減速電機(jī)，交流減速電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)為交流電動(dòng)機(jī)和微型齒輪減速箱，齒輪減速箱的作用就是提供一個(gè)比較低的轉(zhuǎn)速和比較大的轉(zhuǎn)矩。與此同時(shí)，齒輪減速箱不同的減速比也可以提供不同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，這樣就加大了減速電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，可以在不同的行業(yè)中使用功率不同的直流減速電機(jī)，減速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有體積較小、噪音低、功耗低、耐用等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)選用的減速電機(jī)的型號(hào)為YS-70KTYZ永磁交流減速電動(dòng)機(jī)，此型號(hào)電動(dòng)機(jī)可以滿足本次設(shè)計(jì)所需，其主要參數(shù)如表3-4所示。表3-4減速電動(dòng)機(jī)參數(shù)銘牌參數(shù)額定電壓AC220V額定功率40W是否正反轉(zhuǎn)是轉(zhuǎn)速2.5r/min此型號(hào)的電動(dòng)機(jī)可以滿足本次設(shè)計(jì)機(jī)械手左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的要求。3.6電磁閥選型電磁閥由電磁感應(yīng)線圈和永磁鐵、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所組成，屬于執(zhí)行器的一種。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，電磁閥的主要應(yīng)用場合為氣動(dòng)閥門、液體閘門等。究與電磁閥優(yōu)秀的工作特性，電磁閥在氣動(dòng)和液壓方面得到了廣泛的應(yīng)用。電磁閥的種類有很多種例如二位三通式電磁閥、二位四通式電磁閥、二位五通式電磁閥等多種不同種類的電磁閥。不同的電磁閥其適合的工作場合也不盡相同，本次設(shè)計(jì)主要采用的電磁閥類型為二位四通式電磁閥，二位五通是電磁閥和二位四通式電磁閥在控制方面達(dá)到的控制效果是相同的，不同點(diǎn)在于二位五通是電磁閥更適合應(yīng)用于氣動(dòng)控制系統(tǒng)中氣體可以直接有電磁閥排除不需要回收。而二位四通式電磁閥又被稱為換向閥是主要適合應(yīng)用在液壓領(lǐng)域的電磁閥。主要特點(diǎn)是可以很方便的回收液壓油使其可以達(dá)到重復(fù)利用的目的。二位四通式電磁閥的工作原理（如圖3-3所示）當(dāng)電磁閥失電時(shí)液體由B口進(jìn)入液壓缸由A口流出液壓缸，此時(shí)液壓桿處于原點(diǎn)起始位置。圖3-3電磁閥工作原理當(dāng)電磁閥線圈通電時(shí)液體由A口流入液壓缸由B口流出液壓缸，此時(shí)由于壓力的作用使液壓桿伸出，當(dāng)電磁閥失電，由于彈簧的作用使得液體流向變?yōu)锽口流入A口流出使液壓桿回歸原位如圖3-4所示。圖3-4二位四通電磁閥工作原理圖本次設(shè)計(jì)選用的二位四通電磁閥型號(hào)為DSG-02-2B2-A220-DL，電磁閥的工作電壓為交流220V，帶自復(fù)位式電磁閥其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電磁閥得電時(shí)液壓桿伸出，當(dāng)電磁閥電時(shí)，電磁閥可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位，可以滿足本次設(shè)計(jì)的需求。3.7PLC控制系統(tǒng)硬件接線圖PLC外部接線圖是可以直觀表示出外部接線原理，外部接線圖如圖3-5所示。圖3-5PLC外部接線圖第4章結(jié)論在基于PLC控制的機(jī)械手控制系統(tǒng)中，對(duì)于機(jī)械手的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及控制方法進(jìn)行了分析分析和研究，在了解了機(jī)械手臂的控制方法，并采用西門子系列PLC及西門子PLC編程軟件對(duì)所提出的控制方法加以實(shí)現(xiàn)。在本次的設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的上升和下降動(dòng)作、機(jī)械手的伸出和回縮動(dòng)作、機(jī)械手的夾緊和放松動(dòng)作、到整個(gè)機(jī)械手的向左旋轉(zhuǎn)和向右旋轉(zhuǎn)動(dòng)作硬件部分配合限位開關(guān)和光電開關(guān)來使機(jī)械手達(dá)到限位的目的。并且可以通過控制程序可以使機(jī)械手臂按照規(guī)定的動(dòng)作軌跡