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传送带及机械手PLC控制设计范本

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2020年5月29日
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编号:

毕业设计说明书

题 目: 传送带及机械手PLC控制设计
院 (系): 机电工程学院
专 业: 机械设计制造及其自动化
学生姓名: 黄露丹
学 号:
指导教师: 郭中玲
职 称: 高级工程师

题目类型: 理论研究 实验研究 √ 工程设计 工程技术研究 软件开发

6 月 5 日
摘 要

在工业生产和其它领域内,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。机械手可在空间抓、放、搬运物体,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。机械手一般由耐高温,抗腐蚀的材料制成,以适应现场恶劣的环境,大大降低了工人的劳动强度,提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分,在很多情况下它就能够称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人,不但能够提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,改进劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,有着十分重要的意义。
可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品,逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC,实现机械手搬运控制系统,该系统充分利用了可编程控制器(PLC)控制功能。使该系统可靠稳定,时期功能范围得到广泛应用。

关键词:可编程控制器PLC;PLC的结构及基本配置;机械手;限位开关Abstract

In industrial production and other areas, as a result of the need, people often subjected to high temperature, corrosive and toxic gas hazards, increased labor intensity, and even life-threatening. Since the advent of robot, all kinds of problems solved. Robot caught in the space, put, handling objects, actions flexible, applicable to transform the production of varieties in small-volume automated production, widely used in flexible automatic line. Robot by the high temperature, corrosion-resistant materials made ​​in order to adapt to the harsh environment of the site, greatly reducing the labor intensity and improve work efficiency. The manipulator is an important part of an industrial robot, in many cases, it will be referred to as industrial robots. The industrial robot is a multidisciplinary set of mechanical, electronic, control, computers, sensors, artificial intelligence and other advanced technology in one of the important modern manufacturing automation equipment. Widely used industrial robots can not only improve product quality and yield, but also to protect the personal safety, improve the working environment, reduce labor intensity, improve labor productivity, saving raw material consumption and reduce production costs, has a very important significance.
The programmable controller relay control and computer control on the development of products, and gradually developed into a micro-processing as the core automation technology, computer technology, communication technology and integration of new industrial automatic control device. In this paper, the production of Mitsubishi programmable logic controller FX series PLC, robot handling control system, which takes full advantage of the programmable logic controller (PLC) control functions. To make the system reliable and stable, the period range of functions has been widely used.

Key words: Manipulator conveyor belt; PLC; Machine hand; Limit switch
目 录
引言 1
1 总体方案设计 2
1.1 课题介绍 2
1.2 毕业设计的内容 2
1.3 毕业设计任务 3
2 PLC的特点和传送带机械手的介绍 3
2.1 可编程控制器PLC 3
2.1.1PLC 慨况 3
2.1.2PLC的结构及基本配置 3
2.1.3PLC的类型 5
2.2 机械手及传送带 6
2.2.1机械手及传送带简介 6
2.2.2传送带机械手的基本结构 6
2.2.3机械手的选择 7
2.2.4机械手的用途 7
3 设计主体部分 8
3.1 控制流程图 8
3.2 机械手的控制要求 8
3.3机械手的设计方法 9
3.4 I/O设备及I/O点分配表 9
3.5 控制面板及说明 10
3.6 传送带电动机组电路图 11
3.7 传送带PLC输入输出接线图 11
3.8 机械手自动控制梯形图 13
4 电动机、电磁阀及光电传感器的介绍 13
4.1 电动机的介绍及选用 13
4.2 气缸的介绍及选用 14
4.2.1气动元件及双向活塞式气缸 15
4.2.2气缸工作原理 15
4.2.3气缸的选用 16
4.3 电磁阀的介绍及选用 16
4.3.1电磁阀简介及分类 16
4.3.2电磁阀工作原理图 17
4.3.3电磁阀的选用 18
4.4 光传感器的介绍及选用 19
4.4.1光电传感器的分类 19
4.4.2常见参数 21
4.4.3 光电传感器选用原则: 22
5 系统的仿真分析 22
5.1 PLC的编程语言及常见语言设计简介 22
5.2 PLC常见语言设计简介 25
5.3 仿真软件介绍 26
5.3.1程序仿真步骤 26
5.3.2仿真结果 28
6 传送带机械手的优缺点分析 29
6.1 传送带机械手的优点 29
6.2 传送带机械手的缺点 30
7 结 论 30
谢 辞 32
参考文献 33
附 录 34

引言
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可经过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,特别体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力,在国民经济各领域有着广阔的发展前景。随着工业自动化的发展, 出现了数控加工中心,它在减轻工人的劳动强度的同时, 大大提高了劳动生产率。但数控加工中常见的上下料工序, 一般仍采用人工操作或传统继电器控制的半自动化装置。前者费时费工、效率低;后者因设计复杂, 需较多继电器,接线繁杂, 易受车体振动干扰,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。可编程序控制器PLC控制的上下料机械手控制系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力,保证了系统运行的可靠性,降低了维修率,提高了工作效率。
该控制系统采用可编程控制器为核心,经过对信号的采集、处理、输出一系列的集中控制,使生产更安全稳定高效。设计中完成了硬件和软件的设计。实现了传感器、变频器、机械手等硬件的调配控制,实现传送带自动减速,机械手抓放等功能。
PLC作为控制核心的使用比原有的系统控制性更强,应变更灵活,操作更简单,使系统拥有可靠性高,稳定性好、抗干扰能力强,维护方便等众多优点,为安全高效的工业生产提供了更好的硬件环境。
机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。
机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器,它有多个自由度,可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。
在现今的中国,塑料制品行业尽管仍属于劳动力密集型,机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本土塑料加工厂也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣,因为她们要面对工人流失率高,以及交带来的挑战。
随着中国工业生产的飞跃发展,自动化程度的迅速提高,实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、板手等工具进行加工、装配等作业的自动化,已愈来愈引起人们的重视,同时也要求供料机构更加灵活、柔性化。对机械手的控制系统提出了更高的要求,原来的继电器控制方式已经逐渐不能满足生产的需要。可编程控制器(PLC)控制性更强,应变更灵活,操作更简单,已经逐渐取代继电器控制系统成为新的控制方式。
本次设计正是基于PLC控制系统,控制一个机械手传送带工作单元的设计。对于生产流水线的组成及自动化的基础建设有着重要的意义。
1 总体方案设计
1.1 课题介绍
在一条自动生产线上,由机械手将传送带1上的物品传送到传送带2上。机械手的上升、下降、左转、右转、夹紧及放松动作分别由电磁阀控制液压传动系统工作,并用限位开关及光电开关检测机械手动作的状态和物品的位置。传送带1、2均由三相鼠笼型异步电动机驱动,电动机应有相应的保护。
机械手初始状态为手臂在下限位(下限位开关SQ4受压),手在传送带1上(右限位开关SQ2受压)手指松开。机械手和传送带动作控制示意图下如图1.1-1所示。

图 1.1-1传送带机械手动作控制示意图
1.2 毕业设计的内容
机械手搬运模拟系统
复位:把PLC置RUN,按下SQ6和SQ4,手动使机械手回到原点,手爪张开。
启动:按下启动按钮,传送带1、2起动,当传送带1上的物品到达前端,光电开关SQ1检测到物品时,传送带1停止。机械手手指夹住物品,夹紧时,夹紧开关SQ2动作,位气爪夹紧,机械手上升;当触碰到SQ3时,上升到位,机械手伸出;当触碰到SQ6,右移到位,机械手下降;触碰到SQ4下降到位,气爪张开,放松工件,机械手上升。当触碰到SQ3时,上升到位,当触碰SQ5时,左移到位。当触碰到SQ4下降到位,机械手缩回,到达原点,一次性搬运完成。循环上述动作。
停止:按下停止按钮,结束流程。
1.3 毕业设计任务
(1)准备任务:调查、研究机械手运行情况,列出所设计的机械手程序运行情况,巩固说要运用的知识。
(2)画出电气控制原理图和外部接线图
(3)画出I/O分配表
(4)程序设计要求
(5)机械手要求有3种控制方式:
①手动控制方式;
②单周期控制方式;
③连续控制方式。
2 PLC的特点和传送带机械手的介绍
2.1 可编程控制器PLC
2.1.1PLC 慨况
可编程控制器(PROGRAMMABLE CONTROLLER,简称PC)。与个人计算机的PC相区别,用PLC表示。
PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置,目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能,建立柔性的程控系统。国际电工委员会(IEC)颁布了对PLC的规定:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并经过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。能够预料:在工业控制领域中,PLC控制技术的应用必将形成世界潮流
PLC程序既有生产厂家的系统程序,又有用户自己开发的应用程序,系统程序提供运行平台,同时,还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。
2.1.2PLC的结构及基本配置
一般讲,PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的,对箱体式PLC,有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,当然按CPU性能分成若干型号,并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC,有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC,都属于总线式开放型结构,其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
CPU的构成:PLC中的CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每台PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路。
与通用计算机一样,主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。
CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。
CPU的寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。
CPU虽然划分为以上几个部分,但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器,由于电路的高度集成,对CPU内部的详细分析已无必要,我们只要弄清它在PLC中的功能与性能,能正确地使用它就够了。
CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲,CPU模块总要有相应的状态指示灯,如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口,用于接I/O模板或底板,有内存接口,用于安装内存,有外设口,用于接外部设备,有的还有通讯口,用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关,用以对PLC作设定,如设定起始工作方式、内存区等。
I/O模块:PLC的对外功能,主要是经过各种I/O接口模块与外界联系的,按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。
电源模块:有些PLC中的电源,是与CPU模块合二为一的,有些是分开的,其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时,有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有:交流电源,加的为交流220VAC或110VAC,直流电源,加的为直流电压,常见的为24V。
底板或机架:大多数模块式PLC使用底板或机架,其作用是:电气上,实现各模块间的联系,使CPU能访问底板上的所有模块,机械上,实现各模块间的连接,使各模块构成一个整体。
PLC 的外部设备:外部设备是PLC系统不可分割的一部分,它有四大类:
(1)编程设备:有简易编程器和智能图形编程器,用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件,但它不直接参与现场控制运行。
(2)监控设备:有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或经过画面监视数据。
(3)存储设备:有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器,用于永久性地存储用户数据,使用户程序不丢失,如EPROM、EEPROM写入器等。
(4)输入输出设备:用于接收信号或输出信号,一般有条码读人器,输入模拟量的电位器,打印机等。PLC的通信联网:PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其它智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能,它和计算机一样具有RS-232接口,经过双绞线、同轴电缆或光缆,能够在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。
当然,PLC之间的通讯网络是各厂家专用的,PLC与计算机之间的通讯,一些生产厂家采用工业标准总线,并向标准通讯协议靠拢,这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间能够方便地进行通讯与联网。
了解了PLC的基本结构,我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念,做到既经济又合理,尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。
2.1.3PLC的类型
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经过模拟量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,它能够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。
2.2 机械手及传送带
2.2.1机械手及传送带简介
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。
工业生产上应用的机械手,由于使用场合和工作要求的不同,其结构型式亦各不相同,技术复杂程度也有很大差别。但它们都有类似人的手臂、手腕和手的部分动作及功能;一般都能按预定程序,自动地、重复循环地进行工作。另外,还有些非自动化的装备,具有与人体上肢类似的部分动作,结构上与工业机械手是一致的,亦可归属于工业机械手的范畴。例如,早期就有一种由人直接用绳索牵引进行操作的随动机械手和近期发展起来的由人工进行操纵的机械手(如平衡吊),以及一些就近按钮控制或遥控的非全自动的单循环的机械手等。
1868年,在英国出现了皮带式传送带输送机;1887年,在美国出现了螺旋输送机;1905 年,在瑞士出现了钢带式输送机;19 ,在英国和德国出现了惯性输送机。此后,传送带输送机受到机械制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响,不断完善,
逐步由完成车间内部的传送,发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运,成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。
传送带一般按有无牵引件来进行分类。
2.2.2传送带机械手的基本结构
机械手包括手部、手腕、手臂和立柱等部件,有的还增设行走机构。
(1)手部
即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同,可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件,常见的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单,制造容易,故应用较广泛。平移型应用较少,其原因是结构比较复杂,但平移型手指夹持圆形零件时,工件直径变化不影响其轴心的位置,因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。而传力机构则经过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常见的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。
(2)手腕
是连接手部和手臂的部件,并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)
(3)手臂
手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件,并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂一般由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合,以实现手臂的各种运动。
(4)立柱
立柱是支承手臂的部件,立柱也能够是手臂的一部分,手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要,有时也可作横向移动,即称为可移式立柱。
(5)机座
机座是机械手的基础部分,机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上,故起支撑和连接的作用。
(6)传送带
具有牵引件的传送带一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力,可采用传送带、牵引链或钢丝绳;承载构件用以承放物料,有料斗、托架或吊具等;驱动装置给输送机以动力,一般由电动机、减速器和制动器(停止器)等组成;张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种,可使牵引件保持一定的张力和垂度,以保证传送带正常运转;支承件用以承托牵引件或承载构件,可采用托辊、滚轮等。
2.2.3机械手的选择
由于机械手是在搬运中的应用,因此采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作,性能可靠。
2.2.4机械手的用途
在工业自动化生产中,无论是单机还是组合机床,以及自动生产流水线,都要用到机械手来完成工件的取放。对机械手的控制主要是位置识别、运动方向控制和物料是否存在的判别。其任务是将传送带A上的工件或物品搬运到传送带B上。机械手的上升、下移、左移、右移抓紧和放松都是用双线圈三位电磁阀气动缸完成。当某个电磁阀通电时,就保持相对应的动作,即使线圈再断电依然保持,直到相反方向的线圈通电,相对应的动作才结束。设备上装有上、下、左、右、抓紧、放松六个限位开关,控制对应工步的结束。传送带上设有一个光点开关,监视工件到位与否。
机械手是模仿人的手部动作,按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中,以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业,因此获得日益广泛的应用。机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成,智能机械手还具有感觉系统和智能系统。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可经过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,特别体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力,在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
在工业上,自动控制系统有着广泛的应用,如工业自动化机床控制,计算机系统,机器人等。而工业机器人是相对较新的电子设备,它正开始改变现代化工业面貌。实际的机器人由带有腕(或称为手臂)的主机身和机身端部的工具(一般是某些类型的夹持器)组成,同时也包括一个辅助动力系统。本文是对整个设计工作较全面的介绍和总　机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。
3 设计主体部分
3.1 控制流程图
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,机械手自动连续动作过程分为八个公步,机械手的动作过程如图3.1-1所示:

图 3.1-1机械手的动作过程图
3.2 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。
3.3机械手的设计方法
使用起保停电路进行设计编程。因该机械手的控制有多种工作方式,因此程序上能够划分为公共程序、手动程序、回原点程序和自动程序四部分。
(1)公共程序:用于自动程序和手动程序相互切换的处理,当系统处于手动工作方式时,必须将初始步以外的各步对应的位存储器复位,同时将表示连续工作状态的复位,否则当系统从自动工作方式切换到手动方式,然后又返回自动工作方式时,可能会出现同时有两个步同时激活的异常情况,引起错误的动作。
(2)手动程序:为了使系统安全运行,在程序中应设置必要的连锁保护。
(3)会原点程序;机械手在回原点工作方式时,按下回原点起动按钮,将会自动完成回原点操作,直到回到原点位置后停止。
(4)自动程序:在用起保停电路设计的自动控制程序中应用某点来表示连续工作状态。用某点来表示步与步之间的转换,即当该点为On时允许转换,允许步与步之间的转换。
3.4 I/O设备及I/O点分配表

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表1 I/O设备及I/O点分配表
输入元件
输入继电器
输入元件
输入继电器
输出元件
输出继电器
手动
X20
下限位开关
X1
下降电磁阀
Y0
回原点
X21
上限位开关
X2
夹紧电磁阀
Y1
单步
X22
右限位开关
X3
上升电磁阀
Y2
单周期
X23
左限位开关
X4
右行电磁阀
Y3
连续
X24
上升按钮
X5
左行电磁阀
Y4
回原点起动
X25
左行按钮
X6
电机控制1
Y5
起动
X26
放松按钮
X7
电机控制2
Y6
停止
X27
下降按钮
X10

光电开关
X30
右行按钮
X11

夹紧开关
X31
夹紧按钮
X12

3.5 控制面板及说明

图 3.5-1控制面板图
3.6 传送带电动机组电路图

图 3.6-1传送带电动机组电路图

3.7 传送带PLC输入输出接线图

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图 3.7-1传送带PLC输入输出接线图

3.8 机械手自动控制梯形图

图 3.8-1机械手自动控制梯形图

4 电动机、电磁阀及光电传感器的介绍
4.1 电动机的介绍及选用
交流电动机,是将交流电的电能转变为机械能的一种机器。交流电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。交流电动机由定子和转子组成,而且定子和转子是采用同一电源,因此定子和转子中电流的方向变化总是同步的,即线圈中的电流方向变了,同时电磁铁中的电流方向也变,根据左手定则,线圈所受磁力方向不变,线圈能继续转下去。交流电动机就是利用这个原理而工作的。
交流电动机诞生于19世纪末,由于它具有控制方便、适应性强、维护便利等一系列优点,因此很快成为工业社会的重要核心,是传动系统中的主力。同时根据不同生产过程的需要,孕育了各种各样的电动机调速装置和技术,并逐步得到打发展。
本次设计的设定,电动机采用的是三相异步电动机,需求功率为1KW,转速为900转/分钟。因此选择YP2-100L-6型电动机
其主要参数如下:
表2 YP2-100L-6型电动机主要参数
型号
YP2-100L-6
额定功率(KW)
1.1
额定电流(A)
3.0
额定转矩(N.M)
11.2
额定转速(r/min)
910
最大转矩/额定转矩
2.2
转动惯量(kg/m2)
0.0069
重量(kg)
27

4.2 气缸的介绍及选用
物件搬运系统的核心部件是机械手,为了机械手能够准确定位及自动控制,这里机械手的行动采用了气缸气动控制方式。气缸的行动方向则由PLC控制的电磁阀控制完成。具体结构图如下:
由电磁阀控制气体的进口方向,从而推动气缸活塞的左右运动,达到控制机械手左右,上下,抓握等动作。下面将分别介绍气缸和电磁阀的工作原理、特性及选型。

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图 4.2-1气缸运作结构图
4.2.1气动元件及双向活塞式气缸
将压缩空气的压力能转换为机械能,驱动机构作直线往复运动,摆动和旋转运动的元件,称为气动元件。
在气动执行元件中,使用最多的是直线运动的气缸。按照将空气压力转换成力的受压不见的机构不同,有活塞式和非活塞式(如膜片式)当前使用最多的是活塞式。此次设计中采用的活塞式单杆双向气缸。
双向气缸的活塞前进或后退都能输出动力,行程可根据需要选择。一般气缸两段都带有缓冲装置,当活塞运动到终端时,活塞撞击的力量很大,因此缓冲装置能够有效的减少冲撞力。
同时,气缸的两端还设有行程开关,用以检测气缸是否行驶到了极限位置。当气缸行驶到极限位置时,行程开关闭合,电磁阀停止供气。
4.2.2气缸工作原理
此次设计中,为了实现机械手在一个方向上的双向移动,因此选用双向气缸。如下图, 当a道进气时,活塞带动机械手向右移动;当b道进气时,活塞带动机械手向左移动。

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b
a

图 4.2-2双向气缸示意图

4.2.3气缸的选用
气缸的选用主要考虑的是气缸直径,气缸长度等。此次设计中,采用了SMC CJ2型,缸径20mm,长度为600mm的标准型双向气缸。
4.3 电磁阀的介绍及选用
4.3.1电磁阀简介及分类
追朔电磁阀的发展史,到当前为止,国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即:直动式、分步直动式、先导式),而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步膜片结构、先导式膜片结构、直动活塞结构、分步活塞结构、先导活塞结构) 。
(1)直动式电磁阀
原理:通电时,电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起,阀门打开;断电时,电磁力消失,弹簧力把关闭件压在阀座上,阀门关闭。
特点:在真空、负压、零压时能正常工作,但一般通径不超过25mm。
(2)分步直动式电磁阀
原理:它是一种直动和先导式相结合的原理,当入口与出口压差≤0.05Mpa,通电时,电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起,阀门打开。当入口与出口压差>0.05Mpa,通电时,电磁力先打开先导小阀,主阀下腔压力上升,上腔压力下降,从而利用压差把主阀向上推开;断电时,先导阀和主阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件,向下移动,使阀门关闭。
特点:在零压差或真空、高压时亦能可靠工作,但功率较大,要求竖直安装。
(3)先导式电磁阀
原理:通电时,电磁力把先导孔打开,上腔室压力迅速下降,在关闭件周围形成上低下高的压差,推动关闭件向上移动,阀门打开;断电时,弹簧力把先导孔关闭,入口压力经过旁通孔迅速进入上腔室在关阀件周围形成下低上高的压差,推动关闭件向下移动,关闭阀门。
特点:流体压力范围上限很高,但必须满足流体压差条件。
4.3.2电磁阀工作原理图
此次设计采用的是直动式电磁阀,其工作原理是电磁阀内线圈通断电来控制阀门所在位置,以控制气流的行驶方向,从而达到使气缸活塞两边运动的目的。
当需要气缸活塞向右运动时,即气缸左边空间进气。此时PLC给出信号,电磁阀开关打开,线圈断电,使弹簧处于放松状态。气体从a管进入气缸。如下图:

b
a

图4.3-1电磁阀打开气流方向
当需要活塞向左运动时,则电磁阀开关闭合,线圈带电,产生磁力。弹簧被压缩,气体此时只能从b管进入气缸,推动活塞运动。如下图:

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b
a

图 4.3-2电磁阀关闭气流方向
4.3.3电磁阀的选用
电磁阀的选用一般从以下5点考虑:
(1)适用性: 管路中的流体必须和选用的电磁阀系列型号中标定的介质一致。流体的温度必须小于选用电磁阀的标定温度。电磁阀允许液体粘度一般在20CST以下,大于20CST应注明。工作压差,管路最高压差在小于0.04MPa时应选用如ZS,2W,ZQDF,ZCM系列等直动式和分步直动式;最低工作压差大于0.04MPa时可选用先导式(压差式)电磁阀;最高工作压差应小于电磁阀的最大标定压力;一般电磁阀都是单向工作,因此要注意是否有反压差,如有安装止回阀。 流体