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张建站

2026/4/10 3:41:46

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The emergence of automation pipeline not only greatly improves the efficiency of work, but also makes many processes with hidden safety hazards in manual operation replaced by mechanical equipment, which makes modern industry more humane.Manipulator plays a very important role in modern automation. It can not only work continuously in high temperature, corrosive, toxic and other harsh environments. It also has high precision of grasping, transferring, rotating and releasing. The motion of the manipulator is controlled by a precise control system. From the early relay control system to today’s PLC control system, the update of manipulator technology is the development and improvement of control system.In this topic, we choose Mitsubishi’s FX series PLC to realize the grasping and transmission of electric tool motor and the stamping action of parts. The electrical equipment includes PLC, touch screen, sensor, DC power supply and other components. Through the programming of the programmable controller, we have completed the corresponding actions and realized the control function.Key Wordsmanipulator;PLC;control;design目录摘要 3关键词 3Abstract 4可编程控制器PLC 51.1 PLC简介 51.2 PLC内部结构 51.2.1 中央处理器CPU 61.2.2 存储器 61.2.3 输入输出单元 61.2.4 电源部分 81.3 PLC的选型 8机械手概况 102.1 机械手的起源与发展 102.2 机械手的工作原理 10机械手控制系统 113.1 基于PLC的机械手控制系统的研究意义 113.2 基于PLC机械手设计的优点 113.3 机械手实现的功能 12基于PLC机械手控制系统设计 134.1 I\O点分配 134.1.1 电器元件的选择 134.1.2 I\O分配 1342 .硬件接线图 144.2.1 电气主接线 144.2.2 PLC输入接线 154.2.3 PLC输出接线 1643 控制流程图 1744 程序梯形图 1745 人机界面设计 22结束语 24参考文献 26致谢 271 可编程控制器PLC1.1 PLC简介可编程序控制器(PLC)的概念首先在20世纪60年代提出提出的本意是为了取代继电器控制装置。可是经过了半个世纪的飞速发展PLC的应用面越来越大。现在我们已经迎来数字时代信息技术都在飞速发展这导致了各行各业的自动化进程的发展。PLC强大的开关控制和逻辑控制使其在现代工业中的作用变得尤为突出。PLC是汽车工业发展的产物。在早期汽车工业自动化过程中控制主要来自于继电器控制。一方面继电器控制电路复杂一旦发生故障维修非常困难;另一方面继电器的控制效率相比较来说会低一点。随着社会的不断发展PLC的出现逐渐进入了一个蓬勃发展的时期。世界上第一台PLC在1969年生产产地是在美国。现在的话世界分工大概是美国和欧盟生产大型plc为主日本和德国生产中小型plc为主。我国经历了艰难的探索历程也逐渐出现了自己的一些品牌。但其核心技术仍掌握在大型PLC生产国手中。我国独立PLC的发展道路仍然充满挑战。PLC的基本设计思想遵从于保持和发展继电式发电机组接触控制系统的操作方便、简单易懂、价格低廉等优点。我们知道计算机具有功能完善、应用模式灵活多变、通用性强等特点。基于此思想可以方便地使用PLC设计标准、通用控制器硬件和控制对象连接但要根据实际控制对象和要求采用外围设备较好的控制程序来编写和编译控制器以改变用户的内存。根据需求修改程序以符合控制功能的应用对象可以方便灵活地满足区域内的内容。从上个世纪70年代中期起伴随着计算机网络技术、半导体技术、微处理技术这些技术的不断发展PLC的中央处理单元在微处理器中得到了大规模的应用。大规模集成电路的规模也已进入其输入、输出和外围电路的使用。除了plc原有的逻辑判断功能外还能够实现对数据处理、通信网络和PID进行调整。生产摄像机的保存、故障诊断和DCS监控功能。1.2 PLC内部构成下图所示的1-1是PLC的的内部结构它的内部结构主要由CPU、存储器、输入输出接口、电源等这些组件组成。图1-1 PLC内部结构1.2.1 中央处理器CPU中央处理器是数据处理中最重要的部分其作用相当于人脑在PLC系统的中央位置[1]。我们知道CPU有着接收输入单元的信号的功能它能够实现对信号进行识别、处理并且将电信号应用在输出单元实现输入输出之间的一致性。除此之外CPU能够检查自己的信息之后辨别错误的信息根据这个发出警告和提醒随着PLC的运行它可以控制系统执行扫描的动作完成相对应的计算和逻辑操作功能接着通过循环扫描的方式控制输出。CPU是一个逐步读写的程序。每一步都被扫描。当电流步长完成时输出信号由存储区域的相应信息控制。在每个固定的扫描周期中CPU重复相同的动作。1.2.2存储器PLC的存储功能与计算机相同都是用来存储相对应的数据以及PLC存储器中的存储程序、逻辑变量。PLC存储器可以划分为系统程序存储区、系统RAM存储区和用户程序存储区。在这之中系统程序和用户程序在内存中都有特定的位置。1.2.3 输入输出单元输入输出单元的功能是连接外部短路的直接位置。这个通过接收和发送信号来进行外部电路的掌控。与三极管的传导方式相似PLC的输入和输出被分为源形和漏形两种形式。输入单元的功能是PLC接收外部信号的路径。不同的plc有不同的输入模式主要都有源形和漏形两种就像图1-2所示的那样。图1-2 PLC漏形输入和源形输入接线当漏形输入的时候PLC的公共端的电势大小是24V电流可以从外部流入输入端; 当源形输入的时候PLC的公共终端的电势大小是0V电流之后从终端流出。输出单元的功能时实现外部电路信号的接口一般会有继电器输出和晶体管输出两种模式其中晶闸管输出模式不会经常使用。与晶体管输出这种模式相比继电器的输出的电流会更大一点但其开关频率不如晶体管输出模式的开关频率高。因此在某些开关频率较高、控制流量较快的情况下在此基础上晶体管的输出模式会更为实用。可是一般情况下继电器的输出的会更实用一点因为它具有更强的负载能力。输出单元也有源形输出和漏形输出两种情况下边的图1-3所展示的就是两种不同的输出方式的效果。图1-3 PLC漏形输出和源形输出接线当漏形输出时电流从外部流向端子一般端子为24V;当源形输出时电流流出端子公共端的电势大小为0V。但是当输出为晶闸管输出的时候交流电源的正负便对输出没有丝毫影响这样就可以自由进行选择。1.2.4电源部分PLC操作需要我们给它提供电。开关量的关断控制是根据直流电源的高低电平来实现效果的。所以在PLC运行的时候我们要向它提供直流的稳压电源。PLC有直流电源和交流电源但最终就会转换成直流模式。PLC拥有着自己的内部电源优点是稳定性好缺点是输出功率小。直流电源一般采用24v直流电压以保证PLC的正常运行。1.3 PLC的选型PLC的种类很多在设计和应用时选择合适的PLC类型是非常重要的。在PLC的选择上可以进行以下几个方面的工作。第一我们需要确认输入和输出点的数量多少。在PLC的选择上我们要做的首先要确定控制系统中输入点和输出点的数量然后根据这个确定基本的选择方向。同时应注意将接触总数的10%左右留作输入和输出的预备点。第二我们需要选择合适的电源类型。PLC拥有着交流和直流两种型号的电源。直流电源一般为24V交流电源有100-230V。在选择PLC类型时应根据系统供电的实际情况选择合适的PLC类型使其适合设计要求。第三我们要了解输出信号的类型是什么。PLC的输出常常会有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出这一类的。其中继电器输出方式的输出频率很大所以在实际应用中这种方式很常见。一般系统中这种说法可以适应给定的输出信号。晶闸管输出方式用于信号输出要求信号频率变化快但输出功率小载流子电流小[3]。总之PLC的选择应根据实际情况综合分析比较选择最合适的PLC类型从而减少控制系统设计中不必要的麻烦。2 机械手概况2.1 机械手的起源与发展机械手根据名字来看功能就是使机械设备像人的手一样可以有效地完成各种要求的动作带着目的地在不同的位置和环境中控制着物体。机械手是工业上最早出现的自动化设备中的一个由于复杂的生产环境中不可知的太多人们不能进行直接操作。因为这样最早的机械手设备在20世纪40年代就已经出现。在工业革命的过程中已经出现了模仿手和关节运动的机器。但是开始的机械手的自动化程度非常低甚至部分动作还要依赖人去完成。随着工业的蓬勃发展机械手的形状和功能也终于发生了巨大的变革。在20世纪80年代和90年代机械手发展迅速。早期的机械手主要完成的都是把握、移动等一些简单的操作,因为工业过程变得更加复杂化,这些基本的操作已经不能够满足人们的要求,因此,机械手的功能被大大扩展,如磨削机械臂、机械手,机械手的绕组机械手和其他特殊功能逐渐产生了[4]。我们知道21世纪的社会是信息社会。自动化技术已变成现代工业的主流。信息技术的飞速发展让机械手的工作内容变得更加复杂化。比如在精密加工的过程中机械手的角色已经从开始的“载体”角色逐渐转变为“处理器”角色。因为信息传输的准确性越来越高机械手完成的加工动作也变得越来越精确。最近几年新出现的机器视觉技术在自动化领域带来了新的发展和新的变革。在传统的传感器识别直到今天的机器视觉识别这些都给了机械手更大的操作识别能力。举ABB公司生产的机械手为例机械手行业的全球性竞争也渐渐变成了数控行业之间的竞争。2.2机械手的工作原理事实上机械手的工作使机器按照预先设定的几个动作进行运动。一般的机械手根据气缸的作用当做机械手每一步动作的基础。有着特殊功能的机械手还以气缸、油缸、电机和伺服机构为动力。无论机械手动作的力量来自何方都是通过外部设备力的应用来推动机械部分的定向运动从而完成基本动作。当然机械手的力量只能使它移动。为了进行有规律的运动就需要根据传感器设备的结果来识别运动和位置。假如机械手完成下降动作的时候下降推进缸会给机械手向下的推力。当机械手到达规定的位置时气缸的电磁传感器就会收到信号反馈。机械手的组成部分有动力系统、控制系统和执行装置这些。在动作过程中控制系统是通过向电力系统获取和发送信号有序地向执行装置供电。执行设备是完成操作的最终机制。