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基于plc的机械手控制系统设计-答辩已过-毕业论文.doc
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基于plc的机械手控制系统设计-答辩已过-毕业论文.doc
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基于 PLC 的机械手控制系统设计
目 录
摘 要…………………………………………………………………………………………..Ⅰ
Abstract…………………………………………………………………………...…………...Ⅱ
第 1 章 绪 论…………………………………………………………………………...………1
1.1 课题研究目的及意义………………………………………………………...………….1
1.2 国内外机械手研究概况……………………………………………………...………….2
1.3 课题研究的内容……………………………………………………………...………….3
第 2 章 方案设计与论证…………………………………………………………...…………..4
2.1 方案设计………………………………………………………………............................4
2.2 方案论证……………………………………………………………………...………….5
2.3 方案确定………………………………………………………………...……………….7
第 3 章 系统硬件设计…………………………………………………………...……………..8
3.1 主电路设计…………………………………………………………………...….………8
3.1.1 熔断器的选择……………………………………………………...……….…...…8
3.1.2 热继电器的选择………………………………………………...……….……...…8
3.1.3 接触器的选择…………………………………………………...……...……….…9
3.1.4 系统主电路图………………………………………………………..………….…9
3.2 传感器设计…………………………………………………………...…………………10
3.2.1 传感器的选型…………………………………………………...…...……………10
3.2.2 传感器的工作原理…………………………………………...……...……………11
3.3 行程开关的设计………………………………………………...………………………11
3.3.1 行程开关的选型…………………………………………...……….……………..11
3.3.2 行程开关的工作原理………………………………………...…………………...12
3.4 PLC 控制电路设计………………………………………………………...…………….12
3.4.1 PLC 的基本结构……………………………………………...……………………12
3.4.2 PLC 的工作原理……………………………………………...……………………13
3.4.3 PLC 的扫描运行方式……………………………………...………………………13
3.4.4 PLC 的特点………………………………………………...………………………14
基于 PLC 的机械手控制系统设计
3.4.5 PLC 经济分析……………………………………………...………………………16
3.4.6 PLC 的发展趋势………………………………………………...…………………17
3.4.7 PLC 的控制系统的保护措施………………………………...……………………17
3.4.8 PLC 的选型........……………………………………………...……………………18
3.4.9 PLC 外部接线图…………………………………………...………………………20
第 4 章 系统软件设计………………………………………………………………………….21
4.1 PLC 的软件部分 …………………………………………………...…………………...21
4.2 系统总体设计 …………………………………………………...……………………..22
4.2.1 机械手的动作实现过程……………………………………...…………………...22
4.2.2 系统总体流程图………………………………………………...………………...23
4.2.3 系统复位流程图……………………………………………...…………………...23
4.2.4 机械手气夹夹紧流程图…………………………………...……………………...24
4.2.5 机械手气夹放松流程图…………………………………...……………………...25
总结 ……………………………………………………………………...…………………… 26
参考文献 ………………………………………………………………...…………………… 27
致谢 ………………………………………………………………...………………………… 28
附录 A 系统总电路图…… ……………………………………………………………………29
附录 B 系统梯形图…………………………………….………………………………………30
基于 PLC 的机械手控制系统设计
I
摘 要
在工业生产和其他领域内,由于工作的需要,人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等
因素的危害,增加了工人的劳动强度,甚至于危及生命。自从机械手问世以来,相应的各
种难题迎刃而解。机械手能代替人类完成危险、重复、枯燥的工作,减轻人类劳动强度,
提高劳动生产力,因此机械手得到了越来越广泛的应用。
本设计主要由硬件设计和软件设计两大部分组成,其中硬件设计包括主电路、控制电
路以及电气控制线路的设计,软件设计包括流程图和梯形图的设计。主电路由电机、热继
电器、熔断器、接触器构成;控制电路由 PLC 控制器、传感器、行程开关等构成。本设计
中由行程开关将位置信号传给 PLC 主机,PLC 分别控制各个交流电机的正反转,从而控制
机械手在横轴与竖轴的运动;接近开关将位置信号反馈给 PLC 主机,通过控制交流电机的
正反转来控制机械手手爪的张合,从而实现机械手精确运动的功能。本课题设计的物料搬
运机械手可在空间抓放物体,动作灵活多样,并可根据工件的变化及运动流程的要求随时
更改相关参数。
关键词:机械手,PLC ,传感器
基于 PLC 的机械手控制系统设计
II
Abstract
In the industrial production and other fields , because of the need of job, people often is
affected by the harm of high temperature, corrosion and toxic gases ,these factors increase labor
intensity of workers, and even lead to life-threatening. Since the manipulator was born, the
various difficult problems were easily solved. Robots can replace human consummately danger,
repeat the boring work, ease human labor intensity and improve labor productivity, so robots
have been applied more and more.
This design mainly consist of the hardware design and software design.Among them,
hardware design contains the main circuit ,control circuit and electrical control circuit design,
software design contains the design of flowchart and ladder-diagram. Main circuit consist of
motor, thermal relay, fuse, contactor ; control circuit consist of PLC controller, sensors and
travel switch, etc. In the paper,position signal is sent to PLC host by travel switch , PLC control
the acmotor's positive &negative respectively, so as it can control the movement of manipulator
on the horizontal axis and vertival axis; position signal is sent to PLC host by approach switch,
PLC host can control the paws of manipulator and realize the open and close by the control of
acmotor's positive &negative, so as it can achieve the function of accurate motion. The subject
design materials handling manipulator can catch and put objects in space, make the action
flexible, according to the changes of workpiece and the movement process requirements,it can
change the related parameters at any time.
Keywords: manipulator, PLC, sensors
基于 PLC 的机械手控制系统设计
2
第 1 章 绪论
随着我国经济以及工业的不断发展,机械手在工厂的地位变得越来越重要,因为它能
够在取代人工在高温、潮湿的环境下工作,更好的提高了工作效率,改善了工厂的收益。
本章主要从课题研究的背景、目的及其意义等方面对该设计作出简要概述。
1.1 课题研究目的及意义
机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展
机械手逐渐成为一门新兴学科,并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、
锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、
放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中,机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之,
机械手是提高劳动生产率,改善劳动条件,减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一
个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。
可编程序控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微
电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展,PLC 在硬件配置、软件编程、通
讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步,已经成为工厂自动化的标准配置
之一
[1]
。
由于自动化可以节省大量的人力、物力等,而 PLC 也具有其他控制方式所不具有的特
殊优越性,如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学,因此工业领域中
广泛应用 PLC。机械手在美国、加拿大等国家应用较多,如用果实采摘机械手来摘果实、
装配生产线上应用智能机器人等。我国自动化水平本身比较低,因此用 PLC 来控制的机械
手还比较少。本次课题设计的机械手就是通过 PLC 来实现自动化控制的。通过此次设计可
以更进一步学习 PLC 的相关知识,了解世界先进水平,尽可能多的应用于实践
[2]
。
1.2 国内外机械手研究概况
机械手自二十世纪六十年代初问世以来,经过 40 多年的发展,现在已经成为制造业
生产自动化中重要的机电设备。目前,正式投入使用的绝大部分机械手属于第一代机械手,
即程序控制机械手。这代机械手基本上采用点位控制系统,没有感觉外界环境信息的感觉
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