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机电工程系
搬运机械手plc控制系统设计毕业设计
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, 可以更好地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包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作,两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转,从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动;其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(sq1---sq9)产生的通断信号传输到plc控制器,通过plc内部程序输出不同的信号,从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作,可实现机械手的精确定位;其动作过程包括:下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退;其操作方式包括:回原位、手动、单步、单周期、连续;来满足生产中的各种操作要求。
关键词:搬运机械手,可编程控制器(plc),液压,电磁阀
目 录
前 言………………………………………………………………………………….1
第一章 机械手的概况
1.1 搬运机械手的应用简况…………………………………………………2
1.2 机械手的应用意义………………………………………………………3
1.3 机械手的发展概况………………………………………………………3
第三章 搬运机械手plc控制系统设计
3.1 搬运机械手结构及“ title=”下一页">> >> >>| 其动作………………………………………………
3.2 搬运机械手系统硬件设计………………………………………………
3.3 搬运机械手控制程序设计……………………………………………… 操作面板及动作说明…………………………………………………… i/o分配………………………………………………………………… 梯形图的设计……………………………………………………………
1)梯形图的总体设计……………………………………………………
2)各部分梯形图的设计…………………………………………………
3)绘制搬运机械手plc控制梯形图…………………………………… 结 论………………………………………………………………………………
谢 辞………………………………………………………………………………
参考文献………………………………………………………………………………….附:语句表
梯形图 i/o接线图
前言
机械手:mechanical hand,也被称为自动手,auto hand 能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专用机械手有2~3个自由度。
机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力,改善热、累等劳动条件。
机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
第一章 机械手概况
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,零件真正在机床上加工的时间仅占零件生 5 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、铁路部门中机搬运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|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 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产率的重要因素。
1.2机械手的应用意义
在机械工业中,机械手的应用意义可以概括如下:
1.可以提高生产过程的自动化程度
应用机械手,有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度,从而可以提高劳动生产率,降低生产成本,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中,用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业,大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中,以机械手代替人手进行工作,可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
3.可以减少人力,便于有节奏地生产
应用机械手代替人手进行工作,这是直接减少人力的一个侧面,同时由于应用机械手可以连续地工作,这是减少人力的另一个侧面。因此,在自动化机床和综合加工自动生产线上,目前几乎都设有机械手,以减少人力和更准确地控制生产的节拍,便于有节奏地进行生产。
综上所述,有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势。1.3.3机械手的发展概况与发展趋势
1.3机械手的发展概况
专用机械手经过几十年的发展,如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展,进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容,不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识,而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等,因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视,几十年来,这项技术的研究和发展一直比较活跃,设计在不断地修改,品种在不断地增加,应用领域也在不断地扩大。
早在40年代,随着原子能工业的发展,已出现了模拟关节式的第一代机械手。
50~60年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(unimate)机械手即属于这种类型。
60~70年代,又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上,亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。
80-90年代,装配机械手处于鼎盛时期,尤其是日本。
90年代机械手在特殊用途上有较大的发展,除了在工业上广泛应用外,农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。
90年代以后,随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展,机械手技术也得到飞速的多元化发展。
总之,目前机械手的主要经历分为三代:
第一代机械手主要是靠人工进行控制,控制方式为开环式,没有|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 识别能力;改进的方向主要是将低成本和提高精度;第二代机械手设有电子计算机控制系统,具有视觉、触觉能力,甚至听、想的能力。研究安装各种传感器,把接收到的信息反馈,使机械手具有感觉机能;第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系,并逐步发展成为柔性系统fms(flexible manufacturing system)和柔性制造单元fmc(flexible manufacturing cell)中重要一环。
1.4机械手的发展趋势
目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面,数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。
因此,国内主要是逐步扩大机械手应用范围,重点发展铸锻、热处理方面的机械手,以减轻劳动强度,改善作业条件。在应用专用机械手的同时,相应地发展通用机械手,有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。
将机械手各运动构件,如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构,以及适于不同类型的夹紧机构,设计成典型的通用机构,以便根据不同的作业要求,选用不用的典型部件,即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造,又便于改换工作,9 扩大了应用的范围。同时要提高精度,减少冲击,定位精确,以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型,以及具有触觉、视觉等性能地机械手,并考虑于计算机联用,逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。
在国外机械制造业中,工业机械手应用较多,发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料,以及点焊、喷漆等作业中,它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作,但是还不具备任何传感反馈能力,不能应付外界的变化。如发生某些偏离时,就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此,国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手,使其拥有一定的传感能力,能反馈外界条件的变化,做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时,即能更正,并自行检测,重点是研究视觉功能和触觉功能。
视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪(即距离传感器)以及卫星计算机。工作时,电视照相机将物体形象变成视频信号,然后传送给计算机,以便分析物体的种类、大小、颜色和方位,并发出指令控制机械手进行工作。
触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件,通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用,然后伸向前方,抓住工件。
手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制,达到自动调整握力的大小。总之,随着传感技术的发展,机械手的装配作业的能力将进一步提高。到1995年,全世界约有50%的汽车由机械手装配。
现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合,从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。1.5 plc概况及在机械手中的应用
1.可编程序控制器的应用和发展概况
可编程序控制器(programmable controller),现在一般简称为plc(programmable logic controller),它是以微处理器为基础,综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通 信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用,成为了现代工业控制三大支柱之一。
在可编程序控制器问世以前,工业控制领域中是继电器控制占主导地位。传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点,在工业生产中应用甚广。但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少,特别是由于它靠硬件连线构成系统,接线繁杂,当生产工艺或控制对象改变时,原有的接线刻控制盘(柜)就必须随之改变或更换,通用性和灵活性较差。
的应用概况
plc的应用|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 领域非常广,并在迅速扩大,对于而今的plc几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要plc,尤其近几年来plc的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。
按plc的控制类型,其应用大致可分为以下几个方面。
1).用于逻辑控制
这是plc最基本,也是最广泛的应用方面。用plc取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。
2).用于模拟量控制
plc通过模拟量i/o模块,可实现模拟量和数字量之间转换,并对模拟量控制。
3).用于机械加工中的数字控制
现代plc具有很强的数据处理功能,它可以与机械加工中的数字控制(nc)及计算机控制(cnc)紧密结合,实现数字控制。
4).用于工业机器人控制
5).用于多层分布式控制系统
高功能的plc具有较强的通信联通能力,可实现plc与plc之间、plc与远程i/o之间、plc与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。
的特点
1).可靠性高、抗干扰能力强
plc能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作,plc的平均无故障间隔时间高,日本三菱公司的f1系列plc平均无故障时间间隔长达30万h,这是一般微机所不能比拟的。
2).控制系统构成简单、通用性强
由于plc是采用软件编程来实现控制功能,对同一控制对象,当控制要求改变需改变控制系统的功能时,不必改变plc的硬件设备,只需相应改变软件程序。
3).编程简单、使用、维护方便
4).组合方便、功能强、应用范围广
plc既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制;既可用单片机控制,又可用于组成多级控制系统;既可控制简单系统,又可控制复杂系统。因此,plc应用范围很广。
5).体积小、重量轻、功耗低
plc采用了半导体集成电路,外形尺寸很小,重量轻,同时功耗也很低,空载功耗约1.2kw。
在机械手中的应用
机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作,从而节省人的劳动,普通继电器由于其体积和接口等各方面限制,经常被应用于动作简单的电气及流水线控制,而plc以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单、通用性强;编程简单、使用、维护方便;组合方便、功能强、应用范围广;体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合,本设计正是以plc控制为基础从而实现机械手的各种动。
第二章 搬运机械手总体设计方案
2.1搬运机械手结构及其动作
本机械手用于生产线上工件的自动搬运,根据对机械手的工艺过程及控制要求分析,机械手的动作过程如图3—1所示:
图2—1机械手的动作周期
2.2机械手的控制过程
如图3—2所示由a、b两个液压缸完成工件的夹紧和提升的动作,a缸通过一个单电两位四通电磁换向阀控制工件的夹紧、放松,b缸通过一双电两位四通电磁阀控制机械手的升降;由小车实现机械手的移动。该小车由两台电动机驱动,一台是高速,一台是慢速。当小车前进时以慢—快—慢的形式进行,返回时按慢—快—慢的形式后退。当工件从传送带传输到机械手下方时,工件碰压行程开关sq1,b缸活塞杆伸出,带动机械手下降,下降至终点碰压行程开关sq3与机械手夹钳相连的a缸活塞杆收进,机械手将工件夹紧;当工件夹紧到位时,行程开关sq5动作,b缸的活塞杆收进,把工件提升;当工件提升到最高位置时碰压行程开关sq4,启动小车慢速右行;当小车碰压行程开关sq7时转为快速行走;接近终点时小车碰压 14 行程开关sq8,转为慢速行走;行至右端行程开关sq9,小车停止前进;停留5秒后,b缸活塞杆再次外伸,机械手下降至终点,a缸活塞杆外伸带动夹钳松开,将工件放下;然后机械手上升,小车以慢—快—慢的形式沿原路返回,恢复到图示所示的原点位|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 置。
2.3机械手的控制要求
为了便于生产加工、维修、调整设置的工作方式选择开关。分为手动和自动操作,其中自动操作中包括了:单步、单周期、连续;手动操作包括手动和回原位的操作。
手动操作:供维修用,即用按钮对机械手的每一步动作单独控制。例如,当选择手动操作时,按下上升/下降按钮,机械手在满足条件情况下即执行相应的动作,其它动作以此类推。
回原位:当由于断电或其它原因导致机械手运行中途停止时,再次通电将操作方式选择置于回原位位置,按下复位按钮,机械手即可按最短路径的原则返回到原点位置。
单步运行:供试用,即没按一次启动按钮机械手向前执行一个动作后停止。
单周期运行:供首次检验用,当机械手在原点时按下启动按钮,机械手自动执行一个周期后停止在原点位置
连续运行:正常使用,当机械手在原点并按下启动按钮时,机械手周而复始的执行各工步动作。
该机械手在自动工作状态时,应先将其工作方式选择开关放在“返回原位”,并按下返回原位按钮,对状态器进行置位,然后再将工作方式选择开关放置自动工作方式下。若自动工作状态解除,则硬件工作方式选择开关放置于“手从操作”位置。
第三章 搬运机械手硬件系统设计
硬件系统设计包括机械部分和电气控制部分的设计。
3.1机械手的结构
设计其结构如图3—2所示
图3—2:机械手的结构示意图
图中设置9个行程开关sq1—sq9用于检测工件、小车、机械手的位置及机械手夹钳的夹紧、放松状态,并对系统实施控制。其中sq1为工件是否到位的检测开关;sq2为小车原位检测开关;sq3、sq4分别为机械手下降上升是否到位检测开 16 关;sq5、sq6分别为机械手夹紧放松检测开关;sq7、sq8分别为小车速度转换开关;sq9为小车运动停止开关。
3.2电气控制的设计
包括主电路和控制电路的设计。主电路由两台电动机,即慢速电机和快速电机,分别拖动小车慢行和快行,其控制如下:慢速电动机m1由接触器km1、km2分别控制其正传和反转;快速电动机m2由接触器km3和km4分别控制其正传和反转。机械手的夹紧放松动作是由一单电两位四通电磁阀控制的一个液压缸完成的,在通电情况下,机械手松开,得电时松开,可以防止在设备运行过程中突然断电导致的机械手松开,工件脱落的情况发生。
3.3操作面板及动作说明
根据控制和生产工艺的要求,控制操作包括手动和自动,手动又包括手动步进、回原位操作,自动控制包括单步、单周期、连续的操作。故操作方式选择开关设置有五个档位。手动工作方式下,手动动作包括上升、下降、放松、快进、慢进、快退、慢退和复位,故设置六个动作看官按钮。各个动作进行的同时均设有动作指示灯。另外设有启动停止按钮。
其操作面板如图3—3所示:
图3—3机械手操作面板示意图
3.4 i/o分配
i/o设备即所需的i/o点数如下表所示:
信
i/o设备
号
操作方式选择旋钮开关 手动时运动选择按钮
输 入
启动停止按钮 行程开关 9 5 8
输 出
动作指示 原点指示 1
交流接触器控制线圈 电磁阀 3
i/o点数 信号
i/o设备
i/o点数
根据i/o点的分配要求及考虑10%到15%的i/o裕量,本设计plc采用f1—60mr 36/24型,样图见图3-4所示:
图3—4 f1-40mr样图
控制电路设计主要是plc输入、输出接线的设计,其i/o分配如图3—5所示。
电气接线图见附图
图3—5 plc i/o接线控制图
第四章 搬运机械手的软件系统设计
机械手动控制属顺序控制,故其手动程序采用普通的plc控制指令控制,自动程序采用步进梯形指令控制
4.1梯形图的总体设计
按照机械手控制和工艺流程的要求,在选择“手动方式”时应执行手动程序;在选择“回原位”时应执行回原|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位程序;在选择自动程序时应执行自动程序。其中自动程序要在启动按钮按下时才执行。故梯形图的总体构成如图3—6所示。
图3—6搬运机械手plc控制梯形图总体构成
4.2各部分梯形图的设计
1.通用部分梯形图设计
通用部分梯形图分为三部分:
1).状态器的初始化。初始化状态器s600在手动方式下被置位、复位。当方式选择开关置于“返回原位”(x514接通)时,按下复位按钮(x507)时被置位,在“手动操作”(x510)接通时,s600复位。处于中间工步的状态器用手动做复位操作,即在方式选择开关位于“手动操作”或“返回原位”时,中间状态器同步复位。故初始化梯形图如图3—7所示,(如果状态器要在供电时从断电前条件开始继续工作,则不需要m71)。
图3—7 状态器初始化梯形图
2).状态器转换启动。若机械手工作在自动工作方式下,当初始状态器s600被置位后按下启动按钮,辅助继电器m575工作,状态器的状态可以一步一步的向下传递,即可进行转换。在执行“连续程序” 时,转换启动继电器m575一直保持到 22 停机按钮按下为止。另一面采用m100检查机器是否处于原位。当m575和m100都接通时,从初始状态器开始进行转换,故其梯形图如图3—8所示。
图3—8状态器转换启动梯形图
3).状态器转换禁止梯形图。激活特殊辅助继电器m574并用步进梯形指令控制状态器转换时,状态器的转换就被自动禁止。
在“单周期”工作期间,按下停止按钮时,m574应被激励并自保持,操作停止在现行工步。当按下停止按钮时,从现行工步重新开始工作,m574应复位,即重新允许新转换。
在“步进”工作方式时,m574应始终工作,此时,禁止任何状态转换。但没按下一次启动按钮时,m574断开一次,允许状态器转换一次。
在“手动”工作方式时禁止进行状态转换。在手动方式解除之后,按下启动按钮,则状态转换禁止解除,m574复位。
plc在启动时,用初始化脉冲m71和m574自保持,以此禁止状态转换,直到按下启动按钮。故状态器转换禁止梯形图如图3—8所示。
图3—8 状态器转换禁止梯形图
通过对3—7和3—8的分析可得出:在执行“手动操作”和“返回原位”程序时,m575一直不能被接通,而m574长期被接通,(按下启动按钮时除外);执行“步进”程序时没按一次启动按钮,m574断开一次,m575接通一次,状态器转换一次;在执行“单周期操作”程序时,按下启动按钮,m574断开,m575接通,状态器的转换可一步一步向下转换,直至按下停止按钮时,m574自锁,状态器的转换被禁止,操作停止在现行工序(再次按下启动按钮时从现行工序开始工作);在执行“连续程序”时,m575一直接通到按下停止按钮,此时m574一直不能接通。
2.手动操作梯形图
手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制,可以用常规继电器顺序方式来设计梯形图。“手动操作时”按下放松按钮时,机械手卡抓松开,当松开放松按钮时,机械手卡爪在液压缸作用下自动加紧并保持;按下上升按钮,上升输出y435保持 24 接通;按下下降按钮,y436保持接通;在上限位按下慢进按钮,慢进输出y430接通,至行程开关sq7闭合,小车停止;快进、快退、慢退情况同慢进。
手动操作梯形图设置有互锁,只有在小车处于左限位(即x403闭合)或右限位(即x412闭合)时机械手的上升下降动作才能进行,只有当机械手处于下限位(即x404接通)机械手的加紧放松动作才可以手动控制;为了安全,同一个电动机的正反转线圈不能同时接通,设计中设计了自锁开关,防止线圈同时接通造成的短路。故手动操作时梯形图如图3—9所示。
图3—9 手动操作梯形图
3.返回原位梯形图 在“返回原位”状态下,“夹紧”与“下降”动作应被停止,上限位未动作时,应进行“上升”;上限位动作时,“右行”动作应停止,并左行至左限|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位位置。故返回原位梯形图如图3—10所示:
图3—10 返回原位梯形图
4.“自动”状态梯形图 图3—11表示了机械手自动工作时执行各工步的情况,表示了各工步的实现和转换的条件。在第一次下降工步中,下降电磁阀y436接通。自下限位置时,x404接通,转换为“夹持”过程;夹持电磁阀y434复位,至加紧限位x406接通,转换为上升动作;当上限为开关sq4闭合,x405接通,小车开始慢进动作。快进、慢进、延时、下降、加紧、上升、慢退、快退、慢退动作依次类推,如上所述一步一步按顺序驱动各个负载动作,称为顺序控制或过程步进型控制。26
图3—11搬运机械手自动工作流程图
用状态器代替自动工作流程图的各工步,可得到3—12所示的功能表图:
图3—12 搬运机械手自动工作功能表图
根据图3—12所示的自动工作功能表图,可设计出自动操作时的梯形图如图3—13所示。
图3—13搬运机械手自动工作梯形图
5、绘制搬运机械手plc控制梯形图
将从初始化开始的一系列梯形图,按照总体结构图(图3—6)的形式组合在一起,得到机械手plc控制的梯形图(见附图),其语句表见附录。
附图:
搬运机械手结构图
搬运机械手控制梯形图
搬运机械手动作流程图
搬运机械手控制接线图
结 论
本设计主要应用于机加工生产,货物调运等场合。
搬运机械手采用plc控制,体积小,重量轻,控制方式灵活,可靠性高,操作简单,维修容易。使用该机械手代替人工搬运工件,既安全,又准确,提高了劳动生产率,保证了工件的质量,降低了工人的劳动强度,具有较好的经济效益和社会效益。
可编程控制器plc以其丰富的i/o接口模块、高可靠性,可以在机械手的控制系统的设计中起到了十分重要的作用。
本文就设计过程中的几项关键的问题提出了自己的一些看法,可以有效地提高系统的抗干扰能力,对plc读、写,事件响应等通信时间可进行精确的控制,取得了良好的效果.随着机械手应用的普及,机械手向着专用化,机械结构向模块化、可重构化的方向发展,机械手的动作更加灵活多样,其控制方式也在向着多元化的方向发展,在plc控制的过程中,还有许多的问题需要解决,plc在机械手开发中的开发应用还有很大的空间。
谢 辞
此次设计是在张兰仙老师的悉心指导下完成的。导师为论文课题的研究提出了许多指导性的意见,为论文的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。张兰仙老师的严谨治学、不断探索的科研作风,敏锐深邃的学术洞察力,孜孜不倦的敬业精神,给我留下了深刻的印象,使我受益良多。生活中张兰仙老师就是我的朋友,她的态度让我对生活有了新的认识。在本文结束之际,特向我敬爱的导师致以最崇高的敬礼和深深的感谢!
通过此次设计,一方面让我认识到自己的不足,发现了学习中的错误之处;另一方面又积累丰富的知识,吸取别人好的方法和经验,增强对复杂问题的解决能力,摸索出一套解决综合问题的方法,为自己以后的工作和学习打下坚实的基础。再一方面也加强了我和老师的交流,认识到知识的渊博度。
经过这次的努力,使我顺利的完成了毕业设计。这份毕业设计既是对过去三年所学知识的总结,又是自己知识的积累,也大大加深了对单片机技术的了解。
毕业设计中既动脑、,又动手,是一个理论与实际结合的过程。仅仅有理论是不够的,更重要的是实际的,是我们所设计的实物,具有设计合理,经济实用的优点。这就需要我们设计者考虑问题是要仔细、周密,不能有丝毫的大意。对设计方案的优越化,也需要我们综合各方面的因素考虑,尤其是实际。再次像教育指导我的老师及同学表示诚挚的感谢!
鉴于本人所学知识有限,经验不足,又是初次研究这种复杂的设计,在此过程中难免存在一些错误和不足之处,恳请各|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位老师给予批评和指正。
参考文献
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[15] 王坤.何小柏.机械设计.北京:高等教育出版社,1996年
附录:语句表 步序 1 2 3 4 5 6 7 指 ld and s ld r ld out
令 x514 x507 s600 x510 s600 x510 f671 34 8 k 9 out 10 k 11 out 12 k 13 ld 14 and 15 or 16 ani 17 ld 18 or 19 or 20 anb 21 out 22 ld 23 and 24 ani 25 out 26 out 27 ld 28 pls 29 ld 30 and 31 or 32 or 33 or 34 or 35 or 36 ani 37 out 38 ldi 39 cjp 40 ld 41 ani 42 ld 43 or 44 anb 45 ani 46 out 47 out 48 ld 49 ani 50 ld 51 or
601 f672 610 f670 103 x501 m575 x400 x501 x501 x512 x513 m575 x405 x403 y434 m100 y540 x400 m101 x401 x502 x511 x512 x514 m71 m574 m101 m574 x510 700 l500 x405 x430 x412 y435 y436 y530 x500 x405 x430 x412
52 anb 53 ani 54 out 55 out 56 ld 57 ani 58 and 59 out 60 out 61 ldi 62 ani 63 and 64 out 65 ld 66 ani 67 ani 68 and 69 ani 70 out 71 out 72 ld 73 ani 74 ani 75 and 76 ani 77 out 78 out 79 ld 80 ani 81 and 82 ani 83 out 84 out 85 ld 86 ani 87 and 88 ani 89 out 90 out 91 ejp 92 ld 93 cjp 94 ld 95 s
y436 y535 y531 x502 x407 x404 y434 y533 x402 x406 x404 y532 x504 x410 x412 x405 y431 y430 y534 x506 x411 x403 x405 y430 y431 y535 x530 x411 x405 y433 y432 y530 x505 x410 x405 y432 y433 y537 700 x517 701 x507 m200
96 ld 97 out 98 r 99 out 100 and 101 r 102 r 103 out 104 and 105 r 106 ejp 107 ld 108 or 109 out 110 mc 111 stl 112 ld 113 and 114 s 115 stl 116 out 117 and 118 s 119 stl 120 out 121 and 122 s 123 stl 124 out 125 and 126 s 127 stl 128 out 129 and 130 s 131 stl 132 out 133 and 134 s 135 stl 136 out 137 and 138 s 139 stl
m200 y434 y436 y435 x405 y430 y432 y433 x403 m200 701 x400 m102 m102 m102 s600 m575 m100 s601 s601 y436 x404 s602 s601 y434 x406 s603 s603 y435 x405 s604 s604 y430 x410 s605 s605 y432 x411 s606 s606 y430 x412 s607 s607
140 out t450 141 k 5 142 and t450 143 s s610 144 stl s610 145 out y436 146 and x404 147 s s611 148 stl s611 149 out y437 150 and x407 151 s s612 152 stl s612 153 out y435 154 and x405 155 s s613 156 stl s613 157 out y431 158 and x411 159 s s614 160 stl s614 161 out y433 162 and x410 163 s s615 164 stl s615 165 out y431 166 and x403 167 s s600 168 ret 169 mcr m102 170 end
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搬运机械手结构图
搬运机械手控制梯形图
搬运机械手动作流程图
搬运机械手控制接线图
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搬运机械手plc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, 可以更好地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包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作,两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转,从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动;其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(sq1---sq9)产生的通断信号传输到plc控制器,通过plc内部程序输出不同的信号,从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作,可实现机械手的精确定位;其动作过程包括:下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退;其操作方式包括:回原位、手动、单步、单周期、连续;来满足生产中的各种操作要求。
关键词:搬运机械手,可编程控制器(plc),液压,电磁阀 abstract with the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, medicine and other areas of the production line or cargo transport, we can be more good to save energy and improve the transport efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of modern economic manipulator mechanical structure includes two solenoid valves controlled by hydraulic manipulator steel to achieve the increased decline in sports and workpiece clamping action, the two different motor speed through the two motor coils positive control in order to achieve car of the fast-forward, slow forward, fast rewind, slow movement back movement;conversion by setting its action in various different parts of the trip switch(sq1---sq9)generated on-off signal transmission to the plc controller, through the plc internal different output signal, which drives the external coil to control the motor or solenoid valves have a different action, the robot can achieve precise positioning;their course of action include: decline in clamping increased, slow forward, fast forward, slow progress, the extension of , the drop in, relax, rise, slow back, rewind, slow back;its operation, including: back in situ, manual, single-step, single cycle, continuous;to meet the production requirements of the various operations and ds: handling mechanical hands, programmable logic controller(plc), hydraulic, solenoid valve 目
录 前言………………………………………………………………………………….1 第一章 机械手的概况 1.1 搬运机械手的应用简况…………………………………………………2 1.2 机械手的应用意义………………………………………………………3 1.3 机械手的发展概况………………………………………………………3 第三章 搬运机械手plc控制系统设计
3.1 搬运机械手结构及其动作……………………………………………… 3.2 搬运机械手系统硬件设计……………………………………………… 3.3 搬运机械手控制程序设计……………………………………………… 1 操作面板及动作说明…………………………………………………… 2 i/o分配………………………………………………………………… 3 梯形图的设计…………………………………………………………… 1)梯形图的总体设计…………………………………………………… 2)各部分梯形图的设计………………………………………………… 3)绘制搬运机械手plc控制梯形图……………………………………
结
论……………………………………………………………………………… 谢
辞……………………………………………………………………………… 参考文献………………………………………………………………………………….附:语句表
梯形图
i/o接线图 前言
机械手:mechanical hand,也被称为自动手,auto hand 能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专用机械手有2~3个自由度。
机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力,改善热、累等劳动条件。
机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
第一章 机械手概况
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、铁路部门中机搬运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产率的重要因素。1.2机械手的应用意义
在机械工业中,机械手的应用意义可以概括如下: 1.可以提高生产过程的自动化程度
应用机械手,有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度,从而可以提高劳动生产率,降低生产成本,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中,用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业,大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中,以机械手代替人手进行工作,可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3.可以减少人力,便于有节奏地生产 应用机械手代替人手进行工作,这是直接减少人力的一个侧面,同时由于应用机械手可以连续地工作,这是减少人力的另一个侧面。因此,在自动化机床和综合加工自动生产线上,目前几乎都设有机械手,以减少人力和更准确地控制生产的节拍,便于有节奏地进行生产。
综上所述,有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势。1.3.3机械手的发展概况与发展趋势
1.3机械手的发展概况
专用机械手经过几十年的发展,如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展,进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容,不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识,而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等,因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视,几十年来,这项技术的研究和发展一直比较活跃,设计在不断地修改,品种在不断地增加,应用领域也在不断地扩大。
早在40年代,随着原子能工业的发展,已出现了模拟关节式的第一代机械手。50~60年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(unimate)机械手即属于这种类型。60~70年代,又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上,亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。80-90年代,装配机械手处于鼎盛时期,尤其是日本。
90年代机械手在特殊用途上有较大的发展,除了在工业上广泛应用外,农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。90年代以后,随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展,机械手技术也得到飞速的多元化发展。
总之,目前机械手的主要经历分为三代:
第一代机械手主要是靠人工进行控制,控制方式为开环式,没有识别能力;改进的方向主要是将低成本和提高精度;第二代机械手设有电子计算机控制系统,具有视觉、触觉能力,甚至听、想的能力。研究安装各种传感器,把接收到的信息反馈,使机械手具有感觉机能;第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系,并逐步发展成为柔性系统fms(flexible manufacturing system)和柔性制造单元fmc(flexible manufacturing cell)中重要一环。
1.4机械手的发展趋势
目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面,数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。
因此,国内主要是逐步扩大机械手应用范围,重点发展铸锻、热处理方面的机械手,以减轻劳动强度,改善作业条件。在应用专用机械手的同时,相应地发展通用机械手,有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。
将机械手各运动构件,如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构,以及适于不同类型的夹紧机构,设计成典型的通用机构,以便根据不同的作业要求,选用不用的典型部件,即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造,又便于改换工作,扩大了应用的范围。同时要提高精度,减少冲击,定位精确,以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型,以及具有触觉、视觉等性能地机械手,并考虑于计算机联用,逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中,工业机械手应用较多,发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料,以及点焊、喷漆等作业中,它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作,但是还不具备任何传感反馈能力,不能应付外界的变化。如发生某些偏离时,就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此,国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手,使其拥有一定的传感能力,能反馈外界条件的变化,做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时,即能更正,并自行检测,重点是研究视觉功能和触觉功能。
视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪(即距离传感器)以及卫星计算机。工作时,电视照相机将物体形象变成视频信号,然后传送给计算机,以便分析物体的种类、大小、颜色和方位,并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件,通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用,然后伸向前方,抓住工件。手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制,达到自动调整握力的大小。总之,随着传感技术的发展,机械手的装配作业的能力将进一步提高。到1995年,全世界约有50%的汽车由机械手装配。
现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合,从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。1.5 plc概况及在机械手中的应用 1.可编程序控制器的应用和发展概况
可编程序控制器(programmable controller),现在一般简称为plc(programmable logic controller),它是以微处理器为基础,综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通 信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用,成为了现代工业控制三大支柱之一。在可编程序控制器问世以前,工业控制领域中是继电器控制占主导地位。传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点,在工业生产中应用甚广。但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少,特别是由于它靠硬件连线构成系统,接线繁杂,当生产工艺或控制对象改变时,原有的接线刻控制盘(柜)就必须随之改变或更换,通用性和灵活性较差 的应用概况
plc的应用领域非常广,并在迅速扩大,对于而今的plc几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要plc,尤其近几年来plc的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。按plc的控制类型,其应用大致可分为以下几个方面。1).用于逻辑控制
这是plc最基本,也是最广泛的应用方面。用plc取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。2).用于模拟量控制
plc通过模拟量i/o模块,可实现模拟量和数字量之间转换,并对模拟量控制。3).用于机械加工中的数字控制
现代plc具有很强的数据处理功能,它可以与机械加工中的数字控制(nc)及计算机控制(cnc)紧密结合,实现数字控制。4).用于工业机器人控制 5).用于多层分布式控制系统 高功能的plc具有较强的通信联通能力,可实现plc与plc之间、plc与远程i/o之间、plc与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。的特点
1).可靠性高、抗干扰能力强
plc能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作,plc的平均无故障间隔时间高,日本三菱公司的f1系列plc平均无故障时间间隔长达30万h,这是一般微机所不能比拟的。2).控制系统构成简单、通用性强
由于plc是采用软件编程来实现控制功能,对同一控制对象,当控制要求改变需改变控制系统的功能时,不必改变plc的硬件设备,只需相应改变软件程序。3
plc机械手控制设计2.1可编程控制器的基本知识 plc的种类繁多,其规格和性能也各不相同,对plc的分类,通常根据其形式的不同、功能的差异和i/o点数的多少等进行大致分类.根据
1、plc的结构形式可将plc分为整体式和模块式两类(1)整体式plc 整体式plc是将电源、cpu、i/o接口等各件都集中装在一个机箱内,具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型plc一般采用这种整体式机构。整体plc由不同plc点数的基本单元和扩展单元组成,基本单元内有cpu、i/o接口,与i/o扩展单元相连的扩展口、以及编程器或eprom写入器相连的接口等。扩展单元内只有i/o和电等,没有cpu,基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式plc一般还可配备特殊功能单元,如模拟量单元、位置控制单元等,使其功能得以扩展(2)模块式plc是将plc各组成部分分别作成若干个单独的模块,如cpu模块、i/o模块、电源模块(有的含在cpu模块中)以及其他模块。模块式plc由框架或基板和各种模块组成,模块装在框架或基板的插座上。这种模块式plc的特点是配置灵活、可根据需要选配不同规模的系统,而且装配方便,便于扩展和维修。大、中型plc一般采用这种模块式结构。还有一些plc将整体式和模块式的特点结合起来,构成所谓叠装式plc。叠装式plc其cpu,电源,i/o接口等也是各自独立的模块。但它们之间是非电缆进行联接,并且各模块可以应地叠装,这样不但系统可以灵活配置,还可以做的体积小巧。
2、按功能分 根据plc所具有的功能不同,可将plc分为低,中,高档次(1)低档plc 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断监控等基本功能还可以少量模拟量输入/输出,算术运算,数据传送和比较等功能,主要用于逻辑控制,顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。(2)中档plc出具有低档plc的功能外,还具有模拟量输入/输出,算术运算,数据传送和比较;数据转换,远程i/o,子程序,通信联网等功能,有些还可增设中断控制,pid控制等功能,适应于复杂控制系统。(3)高档plc除具有中档plc的功能外,还增加了符号算术运算,矩阵运算,位逻辑运算,平方根运算及其他特殊功能函数的运算,制表及表格传递功能等。高档plc具有更强的通信联网功能,可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。
3、按i/o点数分类 根据plc的i/o点数的多少,可将plc分为小型,中型和大型三类(1).型plc——i/o点数<256点,单cpu,8位或16微处理器,用户存储器容量4k字以下 ce-i型 美国通用电气(ge)公司 ti100 美国德洲仪器公司 f、f1、f2 日本三菱电气公司 c20 c40 日本欧姆龙公司 sf200 德国西门子公司 ex20 ex40 日本东芝公司 sr-20/21 中外合资无锡华光电子工业有限公司(2).中型——点数256-2048点,双cpu,用户存储器容量2-8k s7-300 德国西门子 sr-400 中外合资无锡华光电子工业有限公司 su-5 su-6 德国西门子公司 c-500 日本立石公司 ce-ш ge公司(3).大型plc——i/o点数>2048点,多cpu,16位、32位处理器,用户存储器容量8-16k s7-400 德国西门子公司 ge-iv ge公司
c-2000 立石公司 k3 三菱公司 第三章 可编程控制器的编程语言
3.1可编程控制器的几种编程语言 可编程控制器的编程语言按iec61131-3国际标准来分主要包括图形化编程语言和文本化编程语言。图形化编程语言包括:梯形图(ld-ladder diagram)、功能块图(fbd-function block diagram)、顺序功能图(sfc-sequential function chart)。文本化编程语言包括:指令表(il-instruction list)和结构化文本(st-structured text)。这些语言是基于windows操作系统的编程语言.而sfc编程语言则在两类编程语言中均可使用。下面分别来介绍这几种编程度语言。3.1.1梯形图编程语言(ld-ladder diagram)梯形图来源于继电器逻辑控制系统的描述,是plc编程中被最广泛使用的一种图形化语言,由于梯形图类似于继电器控制的电气接线图,便于理解,因此许多编程人员和维护人员都选择了这一编程方式。而且其图形结构类似于登高用的梯子,故名梯形图。梯形图程序的左右两侧有两垂直的电力轨线,左侧的电力轨线名义上为功率流从左向右沿着水平梯级通过各个触点、功能、功能块、线圈等提供能量,功率流的终点是右侧的电力轨线。每一个触点代表了一个布尔变量的状态,每一个线圈代表了一个实际设备的状态,一个简单的梯形图程序如图1所示: 图3.1 梯形图程序示例 梯形图的每个梯级表示一个因果关系,事件发生的条件表示在梯形的左面,事件发生的结果表示在梯级的右面。梯形图编程语言具有如下特点:(1)与电气操作原理图相对应,具有直观性和对应性;(2)与原有继电器逻辑控制技术相一致,易于掌握和学习;(3)对于复杂控制系统描述,仍不够清晰;(4)可读性仍不够好。几乎所有plc厂商提供的plc都支持梯形图编程语言,而且都比较容易理解,只是在梯形图结构上可能稍有变化。比如西门子的s7系列梯形图就没有右边的电力轨线。有时在有此参考书中右边的电力轨线也常常被省略。3.1.2 功能块图编程语言(fbd-function block diagram)功能块图编程语言采用功能模块表示所具有的功能,不同的功能模块具有不同的功能。功能模块用矩形来表示,每一个功能模块的左侧有不少于一个的输入端,右侧有不少于一个的输出端。功能模块的类型名称通常写在块内,其输入输出名称写在块内的输入输出点对应的地方。功能模块基本上分为两类:基本功能模块和特殊功能模块。基本功能模块如and,or xor等等.特殊功能模块如on延时,脉冲输出,计数器等等。功能块编程语言具有以下特点:(1)以功能模块为单位,从控制功能入手,使控制方案的分析和理解变的容易;(2)功能模块用图形化的方式描述功能,较直观易掌握,方便组态,易操作。是有发展前途的一种编程语言;(3)对较复杂系统,由于控制功能关系能够比较清晰的描述,因此缩短了编程和调试时间;(4)因为每一个功能模块要占用一定程序存储空间,对功能块的执行需要一定的执行时间,因此,这种语言在大中型可编程控制器和分散控制系统中应用较广泛。第四章 plc控制机械手的系统设计 4.1各电器设备的控制方式及控制要求
1、机械手的技能和特性 根据古典力学观点,物体在三维空间的静止位置是由三个坐标和绕三轴旋转的角度来决定的。因此,抓握物体的位置和方向(即关节间的角度)能从理论上求得。据资料介绍,如果采用的机械手,其机能要接近人的上肢,则需要具有27个自由度,而每一个自由度至少要有一根“人造肌肉”。这样就需要安装27根重量轻、小型和高输出力的“人造肌肉”。就目前的技术状况而言,上述功能还很难办到。而且把机械手的功能搞得那么复杂,动作彼此严重重叠也是完全不必要的。退一步,如果机械手要求具有完全通用的程度,那么它的整机、本体、手臂和手指都得有三个直线运动和三个旋转运动,总共就要有24个自由度。这在实际上也是不必要的,这样会使机械手结构复杂,费用增多。因此,不应盲目模仿人手的动作,增加过渡的自由度,而应根据实际需要的动作,设计出最少的自由度就能完成作业所要求的动作。所以一般专用的机械手(不包括握紧动作)通常具有二到三个自由度。而通用机械手一般取四到五个自由度。本设计中设计的机械手,它共有五个自由度。即:手臂伸缩、手臂上下摆动、手臂左右摆动、手腕回转、手指抓握。2.躯干和传动系统 机械手的传动分为液压、气压、电气和机械四种,本设计采用综合传动方式,即手臂采用电气传动,而手爪则采用气压传动。(1)、夹紧机构 机械手手爪使用来抓取工件的部件。手爪抓取工件是要满足迅速、灵活、准确和可靠的要求。设计制造夹紧机构——手爪时,首先要从机械手的坐标形式、运行速度和加速度的情况来考虑。其加紧力的大小则根据夹持物体的重量、惯性和冲击力的大小来计算。同时考虑有足够的开口尺寸,以适应被抓物体的尺寸变化,为扩大机械手的应用范围,还需备有多种抓取机构,以根据需要来更换手爪。为防止损坏被夹的物体,夹紧力应限制一定的范围内,并镶有软质垫片、弹性衬垫或自动定心结构。为防止突然停电被抓物体落下,还可以有自锁结构。夹紧机构本身则应结构简单、体积小、重量轻、动作灵活和动作可靠。夹紧机构形式多样,有机械式、吸盘式和电磁式等。有的夹紧机构还带有传感装置和携带工具进行操作的装置。本设计采用机械式的夹紧机构。机械式夹紧机构是最基本的一种,应用广泛,种类繁多。如按手指运动的方式和模仿人手的动作,可分为回转型、直进型;按夹持方式可分为内撑式、外撑式和自锁式;按手指数目可分为二指式、三指式、四指式;按动力来源可分为弹簧式、气动式、液压式等。本设计采用二指式气动手爪。由可编程控制器控制电磁阀动作,从而控制手爪的张闭。手爪的回转则用一个直流电动机完成,同时通过两个限位磁头完成回转角度的限位,一般可设置在180度。(2)躯干 躯干由底盘和手臂两大部分组成。底盘是支撑机械手全部重量并能带动手臂旋转的机构。底盘采用一个直流电动机驱动,底盘旋转时带动一个旋转码盘旋转,机械手每旋转3度发出一个脉冲,由传感器检测并送入可编程控制器,从而计算底盘旋转的角度。同时,在底盘上装有限位磁头,最大旋转角度可达270度。手臂是机械手的主要部分,它是支撑手爪、工件并使它们运动的机构。本设计中手臂由横轴和竖轴组成,可完成伸缩、升降的运动。手臂采用步进电动机带动丝杠、螺母来实现伸缩和升降运动。由可编程控制器发出脉冲信号,经步进电动机驱动器驱动步进电动机旋转,带动滚珠丝杠旋转,完成手臂的运动。改变发出脉冲的个数,可控制手臂的两个轴运动的距离。同时在两轴的两端分别加限位开关限位。采用丝杠、螺母结构传动的特点是易于自锁,位置精度较高,传动效率较高。4.2电器元件、设备的选择
1、plc机型的选择 根据被控对象对plc控制系统的功能要求,可进行plc型号的选定。进行plc选型时,基本原则是满足控制系统的功能需要,同时要兼顾维修、备件的通用性。对开关量控制的系统,当控制速度要求不高时,一般的plc都可以满足要求,如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等。当控制速度要求较高、输出有高速脉冲信号等情况时,要考虑输入/输出点的形式,最好采用晶体管形式输出。对带有部分模拟量控制的w装置等。
2、输入/输出的点数: i/o点数可以衡量plc规模的大小。准确统计被控对象的输入信号和输出信号的总点数并考虑今后系统的调整和扩充,在实际统计i/o点数基础上,一般应加上10%-20%的备用点数。多数小型plc为整体式,具有体积小、价格便宜等优点,适于工艺过程比较稳定,控制要求比较简单的系统。模块式结构的plc采用主机模块与输入模块、功能模式块组合使用的方法,比整体式方便灵活,维修更换模块、判断与处理故障快速方便,适用于工艺变化较多、控制要求复杂的系统。此外,还应考虑用户储存器的容量、plc的处理速度是否能满足实时控制的要求、编程器与外围设备的选择等。本设备控制的对象是一个开关量控制的系统,同时利用脉冲控制步进店动机的运转,故应采用晶体管形式的输出。松下fpo系列小型plc具有性价比高、功能完善、指令丰富等优点,能满足本对象各项控制性能要求,因此,本系统采用松下fpo系列的fpo——c16t作为基本模块,能输出两路脉冲信号进行步进电动机的控制。由于输入输出点不够,扩展一个fpo——e16rs模块。
3、电源模块的选择: 采用dm150系列开关电源。其特点是输出功率大,体积小,重量轻,可靠性高,适应宽范围的输入电压波动,具有完备的过电压、过电流保护功能。主要参数: 输入交流电压:110~220v/50hz、60hz 输出直流电压:24v/6.5a 最大功率:156w 工作环境:-10~40度
4、步进电动机的选择: 采用二相八拍混合式步进电动机,主要特点:体积小,具有较高的起动和运行频率,有定位转矩等特点。型号:42bygh101。快接线插头中的红色表示a相,蓝色表示b相。使用时如果发现步进电动机转向不对时可以将a相或b相两根线对调。(1).步进电动机驱动模块 采用中美合资sh系列步进电动机驱动器,主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分等。如下图所示。驱动模块 电源输入部分由电源模块提供,用两根导线连接,注意极性。信号输入部分:信号源由fpo主机提供。由于fpo提供的电平为24v,而输入部分的电平为5v,中间加了保护电路。输出部分:与步进电动机连接,注意相序。(2).传感器 采用接近开关作为手爪旋转和底盘旋转限位检测用;采用微动开关作为横轴、纵轴限位检测用。接近开关:接近开关有三根连接线(红、蓝、黑)红色接电源的正极、黑色接电源的负极、蓝色为输出信号,当与挡块接近时输出电平为低电平,否则为高电平。微动开关:当挡块碰到微动开关动作(常开点闭合)。(3)fpo模块 由松下fpo系列plc晶体管输出的主机,具有高速运算能力、pid调节功能,同时可以输出两路脉冲控制两台电动机的优点。输出两路脉冲梯形图及f/t。(4)直流电动机 采用36zy5-12型直流电动机。输入电压为12~24v,由fpo模块控制电动机正反转。(5)旋转码盘 机械手每旋转3度发出一个脉冲。4.3 控制流程图 机械手工作流程图如下图所示。把可编程序控制器主机上的run-prog的开关拨在run上,如果机械手不在初始位置上,步进电动机开始运转(横轴向手爪那边移动,竖轴向上移动)。归位后首先横轴步进电动机工作,横轴前伸;前伸到位后,手抓电动机得电带动手爪旋转;当传感器检测到限位磁头时,电动机停止,plc控制电磁阀动作,手张开;延时一段时间,竖轴步进电动机工作,竖轴下降;下降到位后,电磁阀复位,手爪加紧;延时过后,竖轴上升,同时横轴缩回、底盘都到位后,横轴前伸;到位后手爪旋转,然后竖轴下降,电磁阀动作,手张开;延时后竖轴上升复位;然后开始下一周期动作。图4.1机械手控制流程图 4.4控制系统的软、硬件设计
1、控制系统硬件设计 plc硬件设计是指plc外部设备的设计。在硬件设计重要进行输入设备的选择(如控制按钮、开关及计量保护装置的输入信号等),还有执行元件的选择以及控制台、柜的设计等。硬件设计还包括plc输入/输出通道的分配,为便于程序设计和阅读,常作出i/o通道分配表,表中包括有i/o编号、设备代号、名称及功能等。机械手控制系统电器原理图。可编程序控制器采用松下fp系列的fpo——c16t作为基本模块,由于输入输出点不够,扩展一个fpo——e16rs模块。由于接近开关有三根线,接线时注意把红色的线接电源的正极,黑色线接电源的负极,蓝色的线接plc的输入端子。
2、控制系统的软件设计 软件设计主要是指编写工艺流程图,即将整个流程分解为若干步,确定每步的控制要求及转换条件,配合定时、计数、分支、循环、跳转及某些特殊功能指令便可完成梯形图的设计。i/o地址分配 i/o地址分配如表所示 i/o地址分配一览表 输入: 输出: x0 横轴正限位 y0 横轴脉冲 x1 x2 横轴反限位 y2 横轴方向 x3
竖轴正限位 y1 竖轴脉冲
旋转脉冲
竖轴反限位 y3 竖轴方向 x4 y20 手正转 x20 手正转限位 y21 手反转 x21 手反转限位 y22 底座正转 x22 底座正限位 y23 底座反转 x23 底座反限位 y24 电磁阀动作(1).确定输入输出接点的总数 输入接点:启动按钮sb、行程开关sq1——sq4、光电开关sq5,一共6个。输出接点:yv1——yv2总共5个。(2).估算pc内存总数 选取pc类型,pc内存总数取决于程序指令总条数。pc内存总数又是选取pc类型的重要依据,为此依据下面的经验公式对指令总条数进行估算。指令总条数=(10——20)*(输入点数+输出点数)本例中指令总条数为(10——20)*(6+5)=110——220条。(3).输入输出点分配 如下图是机械手输入和输出信号与pc输入输出端子的分配图,其中根据需要增加了机械手回到原位时的指示灯,为了防止误按启动按钮引起机械手的误动作,增加了复位按钮,启动时需要先按复位按钮在按启动按钮,否则机械手不会动作。图4.2机械手pc输入/输出端子的分配(4).方案选择 考虑到机械手在工作时间时可能发生误动作行程开关而引起的不安全动作,各个输入开关信号只能在规定的状态发生作用,例如,sq1的闭合信号只能当机械手位于原位而且按下sb2后或从原位右移到右位后才能起作用,其他状态时sq1不起作用。为了达到这一目的,选择使用移位寄存器来完成顺序控制。
3、梯形图设计 机械手的控制属顺序控制,采用步进指令,根据说明机器工作状态转换的图形,很容易进行程序设计。(1)根据机械手的工作方式情况,选择“梯形图的总体设计 单步操作”方式时,应执行“单步操作”程序;在选择“返回原位”方式时,应执行“返回原位”程序;“自动”方式时,应执行“自动”程序,故梯形图的总体构成如下图所示。其中,自动程序要在启动按钮按下时才执行。图4.3机械手plc控制梯形图总体构成(2)各部分梯形图的设计 通用部分梯形图设计 a状态器的初始化:初始状态器s600在手动方式下被置位、复位。当方式选择开关处于“返回复位”(x501接通)时,按下返回复位按钮(x505)时被置位;在“单步操作”(x500接通)时,s600复位。处于中间工步的状态器用手动作复位操作,即在方式选择开关位于“单步操作”或 “返回复位”时,中间状态器同步复位,故初始状态梯形图如下图示(如果状态器要在供电时从断电前条件开始继续工作,则不需要m71)状态器初始化梯形图。b状态器转换启动:若机械手工作在自动工作方式下,当初始状态器s600被置位后,按下启动按钮,辅助继电器m575工作,状态器的状态可以一步步向下传递,即可以进行转换。在执行“连续操作”程序时,转换启动继电器m575一直保持到停机按钮按下为止。另一方面,采用m100检查机器是否处于原位。当m575和m100都接通时,从初始状态开始进行转换,其梯形图如下图。图4.4状态器转换启动梯形图 c状态器转换禁止梯形图:激活特殊辅助继电器m574,并用步进指令控制状态器转换时,状态器的自动转换就被禁止。在“单周期”工作期间,按下停止按钮时,m574应被激励并保持,操作停止在现行工步。当按下启动按钮时,从现行工序重新开始工作,m574应复位,即重新允许转换。在“步进”工作方式时,m574应始终工作,此时,禁止任何状态转换。但每按下一次启动按钮时,m574断开一次,允许状态器转换一步。在“手动”工作方式(单一操作,返回原位)情况下,禁止进行状态转换。在手动方式解除之后,按下启动按钮,则状态转换禁止解除,m574复位。plc在启动时,用初始化脉冲m71使m574自保持,以次禁止状态转换,直到按下启动按钮。状态器转换禁止梯形图如下。图4.5状态器转换禁止梯形图 通过对上图的分析可得出:在执行“单步操作”和“返回原位”程序时,m575一直不能被接通,而m574长期被接通(按下启动按钮时除外);执行“步进”程序时,每按一次启动按钮,m574断开一次,m575接通一次,状态器转换一次;在执行“单周期操作”程序时,按下启动按钮,m574断开,m575接通,状态器的状态可一步一步向下转换,直至按下停止按钮时,m574自锁,状态器的状态转换被禁止,操作停止现行工序(再次按下启动按钮时从现行工序开始工作);在执行“连续操作”程序时,m575一直接通到按下停止按钮,此时m574一直不能接通。d单步操作梯形图 手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制,可以用常规继电器顺序方法来设计梯形图。“单步操作”时,按下夹持按钮时,夹持输出y431自保持,只有按下松开按钮时,y431才会复位;按下上升按钮,上升输出y432保持接通;按下下降按钮,y430保持接通;在上限位按下左行按钮,左行输出y434保持接通;在上限位按下右行按钮,右行输出y433保持接通。单步操作是梯形图如下图。图4.6机械手单步操作梯形图 e返回原位梯形图 在“返回原位”状态下,“夹持”与“下降”动作应被停止,上限位未动作时应进行“上升”;上限位动作时,“右行”动作应停止,并左行至左限位位置。返回原位梯形图如下图。图4.7机械手返回原位梯形图 f “自动”状态梯形图 如下图表示了机械手自动工作时执行各工步的情况。表明了各工步的实现以及各工步的转换条件。在第一次下降工步中,下降电磁阀y430接通。自下限位置时,x401接通,转化为“夹持”过程。在夹持工步中,夹持电磁阀y431置位,同时驱动t450。t450接通后,转化为第一次上升。此后执行类似的操作,完成由初始条件到下一个初始条件的一系列操作。在夹持输出y431置位后,保持夹持,直到夹持输出复位松开。如上述一步步按顺序驱动各个负载动作,称为顺序控制或过程步进型控制。这种控制过程用继电器符号程序很难实现程序设计。图4.8机械手自动工作流程图 用状态器替代自动工作流程图中的各工步,可得到如下图所示的功能表图。初始状态在图中用双线框表示。图4.9机械手自动工作功能表图 根据上图所示的功能表图,可设计出自动操作时的梯形图,如下图所示。图4.10机械手自动工作梯形图 绘制机械手plc将控制梯形图 将从初始化开始的一系列梯形图,按照总体构成图的形式作何在一起,得到机械手plc控制的梯形图,如下图所示。图4.11机械手plc控制梯形图 该机械手在自动工作状态时,应先将其工作方式选择开关放在“返回原位”,并按下返回原位按钮,对状态器进行置位,然后再将工作方式选择开关放至自动工作方式下。若自动工作状态解除,则应将工作方式选择开关放至“单步操作”位置。4.5 功能表图设计
1、步的划分 分析被控对象的工作过程及控制要求,将系列的工作过程划分成若干阶段,这些阶段称为“步”。步是根据plc输出量的状态划分的,只要系统的输出量状态发生变化,系统就从原来的步进入新的步。如下图所示,某液压动力滑台的整个工作过程可划分为四步,即:0步a、b、c均不输出;1步a、b输出;2步b、c输出;3步c输出。在每一步内plc各输出量状态均保持不变。步也可根据被控对象工作状态的变化来划分,但被控对象的状态变化应该是由plc输出状态变化引起的。如下图所示,初始状态是停在原位不动,当得到起动信号后开始快进,快进到加工位置转为工进,到达终点加工结束又转为快退,快退到原位停止,又回到初始状态。因此,液压滑台的整个工作过程可以划分为停止(原位)、快进、工进、快退四步。但这些状态的改变都必须是由plc输出量的变化引起的,否则就不能这样划分。例如:若从快进转为工进与plc输出无关,那么快进、工进只能算一步。总之,步的划分应以plc输出量状态的变化来划分,因为我们是为了设计plc控制的程序,所以plc输出状态没有变化时,就不存在程序的变化。
2、转换条件的确定 确定各相邻步之间的转换条件是顺序控制设计法的重要步骤之一。转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数器触点的动作(通/断)等。如上图“步的划分方法二”所示,滑台由停止(原位)转为快进,其转换条件是按下起动按钮sb1(即sb1的动合触点接通);由快进转为工进的转换条件是行程开关sq2动作;由工进转为快进的转换条件是终点行程开关sq3动作;由快退转为停止(原位)的转换条件是原位行程开关sq1动作。转换条件也可以是若干个信号的逻辑(与、或、非)组合。如:a1*a2、b1+b2。
3、功能表图的绘制 根据以上分析画出描述系统工作过程的功能表图,是顺序控制设计中最为关键的一个步骤。绘制功能表图的具体方法将在下面介绍。
4、梯形图的编制 根据功能表图,采用某种编程方式设计出梯形图程序。有关编程方式建在下一节中介绍。
5、功能表图的绘制方法 a 功能表图概述 功能表图又称流程图。它是描述控制系统的控制过程、功能和特征的一种徒刑。功能表图并不涉及所描述的控制功能的具体技术,是一种通用的技术语言,因此,功能表图也可用于不同专业的人员进行技术交流。功能表图是设计顺序控制程序的有力工具。在顺序控制设计法中,功能表图的绘制是最关键的一个环节。它直接决定用户设计的plc程序的质量。各个plc厂家都开发了相应的功能表图,各国也动制定了功能表图的国家标准。我国于1986年也颁布了功能图的国家标准(gb6988.6——86)。b 功能表图的组成要素 如下图所是为功能表图的一般形式。它主要是由步、转换、转换条件、有向连线和动作等要素组成。c 步与动作 前面已介绍过,用顺序控制设计法设计plc程序时,应根据系统输出状态的变化,将系统的工作过程划分成若干个状态不变的阶段,这些阶段称为“步”。步在功能表图中用矩形框表示。如,框内的数字是该步的编号。如下图所示各步的编号为n-
1、n、n+1。编程时一般用plc内部软继电器来代表各步,因此经常直接用相应的内部软继电器编号作为步的编号,如。当系统正工作于某一步时,该步处于活动状态,称为“活动步”。在功能表图中初始步用双线框表示,如,每个功能表图至少应该有一个初始步。所谓“动作”是指某步活动时,plc向被控系统发出的命令,或被控系统应该执行的动作。动作用矩形框中的文字或符号表示,该矩形框应与相应步的矩形框相连接。如果某一步有几个动作,可用下图中的两种画法来表示,但并不隐含这些动作间的任何顺序。当步处于活动状态时,相应的动作被执行。但应注意表明动作是保持型还是非保持型的。保持型的动作是指该步活动时执行该动作,该步变为不活动后继续执行该动作;非保持型动作是指该步活动时执行,该步变为不活动时动作也停止执行。一般保持型的动作在功能表图中应该用文字或助记符标注,而非保持型动作不要标注。d 有向连线、转换和转换条件 如上图“功能表图的一般形式”所示,步与步之间用有向连线连接,并且用转换将步分隔开。步的活动状态进展是按有向连线规定的路线进行。有向连线上无箭头标注时,其进展方向是从上倒下、从左到右。如果不是上述方向,应在有向连线上用箭头注明方向。步的活动状态进展是由转换来完成的。转换是用与有向连线垂直的短划线来表示。步与步之间不允许直接相连,必须有转换隔开,而转换与转换之间也同样不能直接相连,必须由步隔开。转换条件是与转换相关的逻辑命题。转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注表示转换的短划线旁边。转换条件 和,分别表示当二进制逻辑信号 为“1”和“0”状态时条件成立;转换条件 和 分别表示的是,当 从“0”(断开)到“1”(接通)和从“1”到“0”状态条件成立。
1、功能表图中转换的实现 步与步之间实现转换应同时具备两个条件:①前几步必须是“活动步”;②对应的转换条件成立。当同时具备以上两个条件时,才能实现步的转换,即所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动,而所有由有向连线与相应转换符号相连的前几步都变为不活动。
2、功能表图的基本结构 根据步与步之间转换的不同情况,功能表图有以下几种不同的基本结构形式。(1)单序列结构 功能表图的单序列结构形式最为简单,它由一系列按顺序排列、相继激活的步组成。,每一步的后面只有一个转换,每一个转换后面只有一步。(2)选择序列结构 选择序列有开始和结束之分。选择序列的开始称为分支,选择序列的结束称为合并;选择序列的分支是指一个前级步后面紧接着有若干个后续步可供选择,各分支都有各自的转换条件。分支中表示转换的短划线只能标在水平线之下。如下图所示为选择序列的分支。假设步4为活动步,如果转换条件a成立,则步4向步5实现转换;如果转换条件b成立,则步4向步7转换;如果转换条件c成立,则步4向步9转换。分支中一般同时只允许选择其中一个序列。选择序列的合并是指几个选择分支合并到一个公共上。各分支也都有各自的转换条件,转换条件只能标在水平线之上。如下图所示为选择序列的合并。如果步6为活动步,转换条件d成立,则由步6向步11转换;如果步8为活动步,且转换条件c成立,则步8向步11转换;如果步10为活动步,转换条件f成立,则步10向步11转换。(3)并列序列结构 并列序列也有开始与结束之分。并列序列的开始也称为分支,并列序列的结束也称为合并。下图(a)所示为并列序列的分支,它是指当转换实现后将同时使多个续步激活。为了强调转换的同步实现,水平连线用双线表示。如果步3为活动步,且转换条件c也成立,则4、6、8三步同时变成活动步,而步3变为不活动。应当注意,当步4、6、8被同时激活后,每一序列接下来的转换将是独立的。下图(b)所示为并列序列的合并,当直接在双线上的所有前级步5、7、9都为活动步时,转换条件d成立,才能使转换条件实现,即步10变为活动步,而步5、7、9均变为不活动步。(4)子步结构 在绘制复杂控制系统功能表图时,为了使总体设计时容易抓住系统的主要矛盾,能更简洁地表示系统的整体功能和全貌,通常采用“子步”的结构形式,可避免一开始就陷入某些细节中。所谓子步的结构是指在功能表图中,某一步包含着一系列子部和转换。如下图所示的功能表图采用了子步的结构形式。功能表图中步5包含了5.1、5.2、5.3、5.4四个子步。子步结构 这些子步序列通常表示整个系统中的一个完整子总能,类似于计算机编程中的子程序。因此,设计时只要先画出简单的描述整个系统的总功能表图,然后再进一步画出更详细的子功能表图。子步中可以包含更详细的子步。这种采用子步的结构形式,逻辑性强,思路清晰,可以减少设计错误,缩短设计时间。功能表图除以上四种基本结构外,在实际使用中还经常碰到一些特殊序列,如跳步、重复和循环序列等。(5)跳步、重复和循环序列 除以上单序列、选择序列、并行序列和子步四种基本结构外,在实际系统中经常使用跳步、重复和循环序列等特殊序列。这些序列实际上都是选择序列的特殊形式。如下图(a)所示为跳步序列,当步3为活动步时,如果转换条件c成立,则跳过步4和步5直接进入步6。如下图(b)所示为重复序列,当步6为活动步时,如果转换条件d步成立而条件e成立,则重复返回步5,重复执行步5和步6。直到转换条件d成立,重复结束,转入步7。如下图(c)所示为循环序列,在序列结束后,即步3为活动步时,如果转换条件e成立,则直接返回初始步0,形成系统的循环。跳步、重复和循环序列 在实际控制系统中,功能表图中往往不是单一地含有上述某一种系列,而经常是上述各种序列结构的组合。参考文献 [1]王卫兵.可编程序控制器的原理及应用.北京:机械工业出版社,2001 [2]常斗南.可编程序控制器的原理应用试验.北京:机械工业出版社,2001 [3]程宪平.机电传动与控制.北京:华中理工大学出版社,2006 [4]姚永刚.数控机床电气控制.西安:西安电子科技大学出版社,1999
浙 江 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计(论 文)任 务 书
分 院 电气工程分院 专 业
电气自动化技术 班 级 学 生 学 号
指导教师 陈 怀 忠
一、课题名称: 机械手plc自动控制系统的设计
二、内容和要求: 控制要求
工件台a、b上工件的传送不用plc控制;机械手要求按一定的顺序动作,启动时,机械手从原点开始按顺序动作.停止时,机械手停止在现行工步上,重新起动时,机械手按停止前的动作继续进行。为满足生产要求,机械手设置手动工作方式和自动工作方式两种,而自动工作方式又分为单步、单周和连续工作方式。
1.手动工作方式。利用按钮对机械手的每一步动作单独进行控制,例如按“上升”按钮,机械手上升;按“下降”按钮,机械手下降。此种工作方式可使机械手置原位.2.单步工作方式.从原点开始,按自动工作循环的工序,每按一下起动按钮,机械手完成一步的动作后自动停止.3.单周期工作方式.按下起动按钮,从原点开始,机械手按工序自动完成一个周期的动作后,停在原位。
4.连续工作方式。机构在原位时,按下起动按钮,机构自动连续的执行周期动作。当按下停止按钮时,机械手保持当前状态。重新恢复后机械手按停止前的动作继续进行工作。1:根据控制要求选择硬件。
2:分析所要用的各种输入、输出口。
3:画出流程图、通道分配图、i/o口接线图。4:根据以上所述,用逻辑指令设计梯形图程序。
三、参考资料:
[1]张进秋,等.可编程控制器原理及应用实例[m].北京:机械工业出版社,2004 [2]王淑英,等.电气控制与plc的应用[m].北京:机械工业出版社,2007 [3]吴丽,等.电气控制与plc应用技术[m].北京:机械工业出版社,2008.[4]汤以范.电气与可编程控制技术[m].北京:机械工业出版社,2004 [5] 王兆义.可编程控制器教程[m].北京:机械工业出版社,2003.[6]用用开发案例精选(第2版)[m].北京:人民邮电出版社,2008.[7]高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.[m].北京:人民邮电出版社,2004.[8]编程及应用,2002.[9]在机械手中的应用研究,河北北方学院学报,2005.8.[10]在自动化生产机械手中的应用,机床电器,2006.1.[11]王丽伟等.机械手的plc控制,机床电器,2006.3.[12]张群生.机械手的plc控制系统,装备制造技术,2007.5.[13]熊幸明等.一种工业机械手的plc控制,微计算机信息,2006.7.[14]孙兵等.基于plc的机械手混合驱动控制,液压与气压,2005.3.四、起讫日期及进度安排
起讫日期: 2008 年 10 月 6 日 至 2009 年 5 月 24 日
进度安排:
2008年10月6日~2008年11月14日 查阅资料,对该课题进行认识,确定初步设计方案,完成开题报告。
2008年11月15日~2009年1月9日 根据初步编程的结果,初步完成硬件的设计,决定各部分的程序的工作情况, 初步完成该课题的主要内容,完成中期检查表。2009年2月10日~2009年5月3日 毕业实习(继续完成设计)2009年5月4日~2009年5月15日 返校,完善毕业设计材料 2009年5月16日~2009年5月22日 教师审核毕业设计 2009年5月23日~2009年5月24日 毕业设计答辩
指导教师(签名): 年 月 日
五、教研室审核意见:
教研室主任(签名): 年 月 日
六、毕业设计工作委员会审核意见:
主 任(签名): 年 月 日