機(jī)械手說明書

電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)說明書題目機(jī)械手控制院系機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械工程及自動(dòng)化(電梯工程)班級(jí)0722112學(xué)號(hào)072211221學(xué)生姓名孫奇指導(dǎo)教師胡朝斌、易風(fēng)機(jī)械工程學(xué)院2014年6月目錄一、緒論…………..3二、機(jī)械手的工作原理……………………42.1機(jī)械手的概述……………………..42.2機(jī)械手的工作原理………………5三、機(jī)械手的工作流程圖.....................................................7四、輸入和輸出點(diǎn)分配圖及原理接線圖…………8五、元器件選型清單……….10六、控制程序…………………..146.1初始化流程圖設(shè)計(jì)……………..146.2手動(dòng)操作梯形圖………………….156.3回原點(diǎn)方式順序功能圖………166.4自動(dòng)方式順序功能圖………….176.5PLC總程序梯形圖……………….18七、總結(jié)……………23參考文獻(xiàn)……………24緒論1.1可編程序控制器的應(yīng)用和開展概況可編程序控制器〔programmablecontroller〕，現(xiàn)在一般簡(jiǎn)稱為PLC〔programmablelogiccontroller〕，它是以微處理器為根底，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技開展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。1.2PLC的應(yīng)用概況PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴(kuò)大，對(duì)于而今的PLC幾乎可以說但凡需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來PLC的性價(jià)比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。按PLC的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面。〔1〕用于邏輯控制這是PLC最根本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯控制等?！?〕用于模擬量控制PLC通過模擬量I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量控制?！?〕用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制〔NC〕及計(jì)算機(jī)控制〔CNC〕緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。〔4〕用于工業(yè)機(jī)器人控制〔5〕用于多層分布式控制系統(tǒng)高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。1.3PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用〔1〕可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)〔2〕控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)由于PLC是采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)控制功能，對(duì)同一控制對(duì)象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。〔3〕編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便〔4〕組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣PLC既可用于開關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此，PLC應(yīng)用范圍很廣?！?〕體積小、重量輕、功耗低PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時(shí)功耗也很低，空載功耗約1.2KW。機(jī)械手通常應(yīng)用于動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合來代替人的反復(fù)的操作，從而節(jié)省人的勞動(dòng)，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經(jīng)常被應(yīng)用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的電氣及流水線控制，而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng);控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng);編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便;組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣;體積小、重量輕、功耗低等有點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于類似機(jī)械手的控制動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合，本設(shè)計(jì)正是以PLC控制為根底從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)。機(jī)械手的工作原理2.1機(jī)械手的概述機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中開展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速開展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的開展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：〔1〕機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍?！?〕在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件?！?〕可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)?！?〕在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。〔5〕宇宙及海洋的開發(fā)?！?〕軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。2.2機(jī)械手的工作原理機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動(dòng)控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。圖1機(jī)械手傳送示意及操作面板控制器如圖1所示機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、回復(fù)位、單步、單周期和連續(xù)等五種工作方式。手開工作方式時(shí)，用各按鈕的點(diǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作；回復(fù)位工作方式時(shí)，按下“回復(fù)位”按鈕，那么機(jī)械手自動(dòng)返回原位；單步工作方式時(shí)，每按一次起動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一步；選擇單周期工作方式時(shí)，每按一次起動(dòng)按鈕，機(jī)械手只運(yùn)行一個(gè)周期就停下；連續(xù)工作方式時(shí)，機(jī)械手向前執(zhí)行一步；只要按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手就會(huì)連續(xù)循環(huán)動(dòng)作，直到按下停止按鈕，機(jī)械手才會(huì)最后運(yùn)行到原位并停下；而在傳送工件的過程中，機(jī)械手必須升到最高位置才能左右移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)碰到其它工件。圖2機(jī)械手傳送示意及操作動(dòng)作示意圖圖3機(jī)械手傳送示意及操作動(dòng)作執(zhí)行圖如圖2，3、其功能是將工件從A移送到B處。氣動(dòng)機(jī)械手的升降和左右移動(dòng)分別使用了雙線圈的電磁閥，在某方向的驅(qū)動(dòng)線圈失電時(shí)能保持在原位，必須驅(qū)動(dòng)反方向的線圈才能反向運(yùn)動(dòng)。上升、下降對(duì)應(yīng)的電磁閥線圈分別是YV2、YV1，右行、左行對(duì)應(yīng)的電磁閥線圈分別是YV3、YV4。機(jī)械手的夾鉗使用單線圈電磁閥YV5，線圈通電時(shí)夾緊工件，斷電時(shí)松開工件。通過設(shè)置限位開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分別對(duì)機(jī)械手的下降、上升、右行、左行進(jìn)行限位，而夾鉗不帶限位開關(guān)，它是通過延時(shí)1.7s來表示夾緊、松開動(dòng)作的完成的。機(jī)械手的工作流程圖輸入和輸出點(diǎn)分配圖及原理接線圖輸入輸出輸入繼電器電路元件作用輸出繼電器電路元件作用X0FR過載保護(hù)Y0KM1下降X1SQ1下限位Y1KM2夾緊松開X2SQ2上限位Y2KM3上升X3SQ3右移限位Y3KM4右移X4SQ4左移限位Y4KM5左移X5SB1上升X6SB2左移X7SB3放松X10SB4下降X11SB5右移X12SB6夾緊X20SA手動(dòng)X21回原點(diǎn)X22單步運(yùn)行X23單周期運(yùn)行X24自動(dòng)運(yùn)行X25SB7回原點(diǎn)起動(dòng)X26SB8自動(dòng)起動(dòng)X27SB9停止表1機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表圖4機(jī)械手控制的輸入/輸出接線圖元器件選型及清單氣爪選平行型:因?yàn)槲矬w重1kg，所以由表3.1得氣爪內(nèi)徑40mm，夾爪為標(biāo)準(zhǔn)型，所以氣爪型號(hào)為：HFZ40〔亞德客〕〔2〕氣缸1〔上下移動(dòng)〕選擇選用雙軸氣缸使氣缸具有較好的抗彎曲及抗扭轉(zhuǎn)性能，可承受較大的欲動(dòng)負(fù)載和側(cè)向負(fù)載氣爪與工件總重不超過2kg由表3.2得內(nèi)徑32mm行程選200mm因?yàn)樾璋惭b電磁傳感器所以選用帶磁石的所以選擇型號(hào)為TN-32*200-S〔亞德客〕的氣缸作為氣缸1?！?〕氣缸2〔左右移動(dòng)〕選擇因?yàn)樽笥揖嚯x500mm，所以只能選擇單軸的。由于行程為500mm，考慮剛度要求內(nèi)徑選較大的，由表3.3得選內(nèi)徑63mm的氣缸。因?yàn)樾璋惭b電磁傳感器，所以選用帶磁石的。密封材料選NBR，固定形式為L(zhǎng)B所以氣缸1的型號(hào)為：SC-63*500-S-LB〔亞德客〕元器件清單元件型號(hào)三菱PLCFX2-48MR氣缸1〔上下移動(dòng)〕TN-32*200-S(亞德客)氣缸2〔左右移動(dòng)〕Sc-50*500-S-H-LB(亞德客)氣爪HFZ-40(亞德客)電磁閥3V32010AI(亞德客)組合開關(guān)HZ10-25/3交流接觸器CJ10-20，線圈電壓380V熱繼電器JR16-20/3，整定電流8.8A熔斷器R16-15/4A三聯(lián)按鈕LA4-3H接線端子排JX2-1015，500V〔10A，15節(jié)〕傳感器開關(guān)類型安裝位置輸入代碼電磁開關(guān)氣缸1X16電磁開關(guān)氣缸1X17電磁開關(guān)氣缸2X20電磁開關(guān)氣缸2X21接近開關(guān)傳輸帶1X22接近開關(guān)傳輸帶2X23接近開關(guān)氣爪X24控制程序6.1初始化流程圖設(shè)計(jì)機(jī)械手處于原位時(shí)把M8044置ON，以便給自動(dòng)程序初始步向下一步轉(zhuǎn)換提供必要條件，在梯形圖中要用M8000運(yùn)行監(jiān)視特殊輔助繼電器作為IST的執(zhí)行條件。IST的源文件取X20，就意味著X20-X27共8個(gè)輸入繼電器具有了PLC外部接線的功能，因此IST指令中指定的自動(dòng)操作用到的最低元件號(hào)為S20，根據(jù)一個(gè)周期8步，又指定了自動(dòng)操作用到的最高元件號(hào)為S27，初始化流程圖如下圖6.2手動(dòng)操作梯形圖手動(dòng)操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方式來設(shè)計(jì)梯形圖?！笆謩?dòng)操作時(shí)”按下放松按鈕時(shí)，機(jī)械手卡抓松開，當(dāng)松開放松按鈕時(shí)，機(jī)械手卡爪在液壓缸作用下自動(dòng)加緊并保持；按下上升按鈕，上升輸出Y002保持接通；按下下降按鈕，Y000保持接通；在上限位按下右行按鈕，右行輸出Y003接通，至行程開關(guān)SQ3閉合。手動(dòng)操作梯形圖設(shè)置有互鎖，只有在小車處于左限位〔即X004閉合〕或右限位〔即X003閉合〕時(shí)機(jī)械手的上升下降動(dòng)作才能進(jìn)行，只有當(dāng)機(jī)械手處于下限位〔即X001接通〕機(jī)械手的加緊放松動(dòng)作才可以手動(dòng)控制；為了平安，同一個(gè)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)線圈不能同時(shí)接通，設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了自鎖開關(guān)，防止線圈同時(shí)接通造成的短路。6.3回原點(diǎn)方式順序功能圖在“返回原位”狀態(tài)下，“夾緊”與“下降”動(dòng)作應(yīng)被停止，上限位未動(dòng)作時(shí)，應(yīng)進(jìn)行“上升”；上限位動(dòng)作時(shí)，“右行”動(dòng)作應(yīng)停止，并左行至左限位位置。6.4自動(dòng)方式順序功能圖自動(dòng)程序包括了單步、單周期、自動(dòng)三種工作方式。機(jī)械手的夾緊與松開是由Y1的ON與OFF實(shí)現(xiàn)的，在機(jī)械手夾緊后的上升、右移和下降過程中必須一直保持夾緊的狀態(tài)，所以S21步夾緊用的是置位指令。如果S21步僅僅驅(qū)動(dòng)Y1的置位指令而用Y1的常開觸點(diǎn)作為轉(zhuǎn)換條件，那么