基于PLC的搬运机械手控制系统设计论文

《基于PLC的搬运机械手控制系统设计论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的搬运机械手控制系统设计论文（48页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、基于PLC的搬运机械手控制系统设计摘 要 随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运，可以更好的节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。 本机械手的机械结构主要是曲轴在两条生产线之间搬运任务的搬运机械手控制系统进行设计。采用了电气一体化的设计方案，使用带自锁功能的气缸实现了机械手对工件的抓放和保证了在断气状态下机械手状态的保持，通过伺服电机来实现机械手在水平、竖直方向快速精确的移动。采用SIEMENS公司的SIMATIC S7-200系

2、列PLC作为核心控制器，外扩定位模块EM253模块对伺服电机进行精确的定位控制，从硬件和软件两个方面进行设计，完成了PLC在搬运机械手中硬件连接，I/O点分配和应用程序的设计，实现了机械手的上电初始化、零点复位、故障报警、手动运行、半自动运行和在无人看守时的自动运行。最终达到设计要求，完成搬运目的。关键词 搬运机械手 定位模块EM2253 控制系统 可编程PLC SIMATIC S7-200系列PLC核心控制器。目 录目 录21引言11.1 搬运机械手的应用简况11.2 机械手的应用意义22 系统设计22.1 系统结构及流程22.2 系统主要部件选择42.2.1 气缸的选择52.2.2 阀门的

3、选择62.2.3 行程开关的选择62.2.4 接近开关的选择62.2.5 驱动电机的选择63控制系统的硬件设计73.1 控制系统功能73.2 控制系统硬件结构83.2.1 位控模块83.2.3 控制系统硬件结构93.3 操作面板的设计93.4 PLC系统设计113.4.1 PLC的I/O分配表113.4.2 PLC的I/O接线图113.5 运动控制系统的实现123.6 控制系统电路设计174 系统软件的设计与实现194.1 系统工作方式194.2 程序设计194.2.1 主程序设计194.2.2 初始化子程序设计204.2.3 复位子程序设计204.2.4 报警子程序设计214.2.5 手动运

4、行子程序设计214.2.6 半自动运行子程序224.2.7 自动子程序设计235 结束语25致 谢26参考文献27附录1 系统配件清单28附录2 程序清单281引言 1.1 搬运机械手的应用简况 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。 但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件

5、真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。 国内外机械工业、铁路部门中搬运机械手主要应用于以下几方面： （1）热加工方面的应用 热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。 （2）冷加工方面的应用 冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下

6、料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。 （3）拆修装方面 拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。 近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生

7、产率的重要因素。1.2 机械手的应用意义 由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统fms和柔性制造单元fmc中一个重要组成部分。把机床

8、设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。2系统设计2.1 系统结构及流程 本课题的研究主要是将摩托车发电机的曲轴从一个自动生产线搬运到另一个自动生产线的控制系统。两生产线的布置和具体位置参数如图2-1所示：图2-1 机械系统整体布局示意图 机械手主要由手部、腕部、升降部、滑动部、机座和控制箱，以及其它附

9、件组成。其中手部为四指结构，其运动由具有自锁功能的夹紧气缸完成；升降部以导轨为导向装置，其运动由伺服电机驱动丝杠来完成；滑动部也是以导轨为导向装置，其运动由伺服电机驱动齿轮在齿条上滚动来完成。PLC和相关控制器件安装于控制箱内，通过电缆和信号线与机械手进行联接。机械手的定位采用脉冲数来控制，升降运动和滑动都有快慢速调整，调整位置也由脉冲数来控制，而速度由脉冲频率调整。在料架1和料架2上分别安装接近开关，进行生产线上有无工件的检测，满足在料架1有工件时机械手才进行下降和抓取，料架2上无工件时机械手才下降放下工件。机械手还满足在断气和掉电时能够自锁，保持当前的状态。系统上电后机械手开始初始化，初始

10、化完毕后选择工作方式，分别为手动模式，半自动模式，自动模式。手动模式工作下，操作员可以通过控制面板控制机械手的单步运动和零点复位，能够在机械手故障时进行检修。 半自动工作方式下，只要操作员选择半自动工作方式，然后按下启动按钮，机械手首先会零点复位，然后检查料架1有工件，机械手下降抓取工件，上升前进，检测料架2上无工件机械手下降放下工件，返回原点，一个周期的动作完成，机械手停机。 自动方式开始工作下，按下启动按钮，两台伺服电机通电，滑台、升降台、气缸等回到原位，气压表显示正常。机械手运动到上、左原点位。当检测到料架1上有工件时，电机1反转，升降台快速下降，达到一定脉冲数后减速，到达下工位2时，电

11、机1停转；气缸伸出夹紧工件，当气缸压力到达一定程度时压力传感器得电表明工件夹紧；电机1正转，升降台先快速上升，达到一定脉冲数后时减速，当到达上原点时，电机1停转，升降台停止；电机2反转，滑台快速前进，达到一定脉冲数后滑台减速，到达右工位时电机2停止；当检测到生产线2无工件时，电机1反转，升降台快速下降，达到一定脉冲数后减速，到达下工位1时电机1停转；气缸缩回放开工件，压力传感器失电表明工件已松开；电机1正转，升降台上升，先快速后慢速，当到达上原点时电机1停转，升降台停止；电机2正转，滑台返回到初始位置，电机2停止。一个工作流程结束。机械手的工艺流程如图2-2所示。2.2 系统主要部件选择 工业