PLC课程设计机械手设计.docx

电气控制与PLC
课程设计说明书

目录
1 系统概述 - 2 -
1.1设计题目应用背景和意义 - 2 -
1.2课题的设计任务及要求 - 2 -
1.3机械手的具体参数和要求 - 3 -
2 方案论证 - 3 -
2.1 PLC的结构和配置 - 3 -
2.2 PLC的选择 - 4 -
2.2 传动机构的选择 - 6 -
3 硬件设计 - 6 -
3.1系统的原理方框图 - 6 -
3.2 主电路 - 7 -
3.3 I/O分配 - 7 -
3.3 I/O接线图 - 7 -
3.4 元器件选型 - 7 -
4 软件设计 - 7 -
4.1主流程 - 7 -
4.2梯形图 - 7 -
5 系统调试 - 7 -
6设计心得参考文献 - 7 -

1 系统概述
1.1设计题目应用背景和意义
本课程机械手设计主要采用了可编程逻辑控制器，简称PLC，来实现工业场合的的自动控制，PLC以微控制器为核心，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置，它具有功能强，可靠性高，配置灵活，使用方便以及体积小，重量轻等优点。被广泛用于自动化控制的各个领域。
机械手，它能模仿人手和手臂的某些动作功能，用以按照特定的程序设计来抓取，搬运物体或操作某些工具的自动装置。从而实现了工业场合的机械化和自动化。因而广泛用于机械制造，冶金，电子，轻工和航空航天领域。控制的方式基本相同，但复杂度基本不同。
机械臂主要有执行机构，传动机构，和辅助装置组成。
执行机构：机械手的执行结构，由手，手腕，手臂，支柱４部分组成。手使用来抓取的机构，用于抓紧和松开工件，能够完成人手的基本操作。手腕是连接手指和手臂的元件，可以进行上下，左右，回转动作。支柱用来支撑手臂同时可以用来移动。＼
传动机构　：机械机构的动作有传动系统来实现.常用的传动系统分为机械传动,液压传动,气压传动,电力传动.
1.2课题的设计任务及要求
1、完成设计说明书一份（包括原理的简要说明和软件的编程）(不少于5000字)；其中包括电气原理图一份。（要求用计算机绘图，采用AUTOCAD或者其他绘图软件）、电气安装接线图一份。（要求用计算机绘图，采用AUTOCAD或者其他绘图软件）
2、设计说明书和电气原理图必须按“电气图形符号”和“电气技术文字符号”的国家标准。
1.3机械手的具体参数和要求
机械手抓取物块的结构如图所示。系统右3个气缸组成，每个气缸的动作分别由电磁阀控制DC24V 5W，工作过程如下：

具体要求如下：
（1）如果人工放置物块到工作台上，汽缸B向下动作。
（2）汽缸B向下动作到位，汽缸C动作，抓紧物块。
（3）汽缸C动作，抓紧物块后，汽缸B向上动作。
（4）汽缸B向上动作到位后，汽缸A向左动作。
（5）汽缸A向左动作到位后，汽缸B向下动作。
（6）汽缸B向下动作到位后，汽缸C松开抓手，物块放置到传送带上。
（7）汽缸C松开抓手到位后，汽缸B向上动作。
（8）汽缸B向上到位后，传送带转动，送出物块。同时汽缸A向右移动。
（9）物块送出后，汽缸A向右移动。汽缸A向右移动到位后，进行下次循环。
2 方案论证
2.1 PLC的结构和配置
1, 中央处理器单元
一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。
2,储存器
PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。
3,输入输出接口单元
PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。
4,输入接口电路
PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关，光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。 交流输入电路和直流输入电路类似，外接的输入电源改为220V交流电源。
5,输出接口电路
　输出接口电路通常有3种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。
继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型的输出电路类似，只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。
5, 扩展接口和通信接口
PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。
6,电源
PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。
2.2 PLC的选择
机械手要求系统具有稳定性,可靠性,以及接线的简单性,应该选择PLC为核心的控制器,各控制对象都必须在PLC统一控制下协同工作.
三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出16～25

点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
特点 -系统配置即固定又灵活；-编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。
　FX系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点；
　　FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案；
　　FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。
　　除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等
　　特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。程序容量：内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。特殊用途、脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。外部设备相互通信，串行数据传送，ASCII code印刷，HEX ASCII变换，校验码等。时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等.
综合考虑各种因素:我决定采用三菱的FX2N-32MR型PLC(16点输入,16点输出)
2.2 传动机构的选择
液压传动的特点:抓重可达几百斤以上,传动平稳,结构紧凑,动过灵敏,但对密封装置要求严格,不宜在高温,低温的场合使用.
气压传动:是压缩空气的的压力来驱动执行机构的机械手,特点是:介质来源极为丰富,输出力小,气动动作迅速,结构简单,成本低.使用在高速,轻载,高温,和粉尘的环境中进行工作./
机械传动:特点采用凸轮,连杆,齿轮和齿条等机构实现,其动力由工作机械传递.的特点:动作精确度高,动作频率大,.但结构较大,动作程序不可变.
控制系统:机械手的控制系统主要是机械手按照一定的程序,步骤,方向,速度进行动作,简单的机械手主要采用行程开关,继电器,控制阀以及电路就可以实现传动系统的控制,对于动作复杂的的机械手就要踩用可编程控制器来实现,本设计就是采用PLC.
综合以上因素:我决定选用气压传动方式.
3 硬件设计
3.1系统的原理方框图

3.2 主电路
3.3 I/O分配
3.3 I/O接线图
3.4 元器件选型
4 软件设计
4.1主流程
4.2梯形图
5 系统调试
6设计心得参考文献

注：注意：1. 目次中的内容一般列出“章”、“条”二级标题即可；
2．X、Y表示具体的阿拉伯数字；
3. 设计说明书的基本内容有：
(1) 概述
这部分内容一般包括2个部分：设计题目应用背景和意义，课题的设计任务及要求。
(2) 课题方案论证
根据设计课题要求提出设计方案，简述方案设计的基本理论依据。通常可以选择一个以上的方案进行比较，通过剖析各个方案的优缺点，达到论证自己的方案是较合理的目的。
(3) 方案的实现（可以分硬件与软件部分来设计）
设计应写明实现方案的具体措施，硬件设计原理，元器件选型、I/O分配表，原理图（主电路和I/O接线图），软件设计思想、框图及典型程序，硬件软件调试的过程、结果，结果分析等。
(4) 设计心得
在这部分，设计者要对自己的工作作出评价，优点和不足是什么。也可以对设计中遇到的重要问题进行讨论，对今后进一步的研究发表展望。
(5)参考文献

请留出一个汉字的空间，下同
1 系统描述即设计要求（可作为正文第1章标题，用小3号黑体，加粗，并留出上下间距为：段前0.5 行，段后0.5行，下同）
×××××××××小4号宋体，1.5倍行距）×××××××××××××××××××××………
1．1 ××××××（作为正文2级标题，用4号黑体，加粗）
×××××××××（小4号宋体）××××××…………
1.1.1 ××××（作为正文3级标题，用小4号黑体，不加粗）
×××××××××（小4号宋体）×××××××××××××××××××××××××××………
2 ×××××××
×××××××××（小4号宋体）×××××××××××××××××××××××××××××××××××………

注：1．正文中表格与插图的字体一律用5号宋体；英文字母用Times New Roman字体；
2．正文各页的格式请以此页为标准复制，页脚中的页码用阿拉伯数字表示；
3．为保证打印效果，学生在打印前，请将全文字体的颜色统一设置成黑色。

（空2行）
设计心得（小3号黑体，居中）

×××××××××（小4号宋体，1.5倍行距）×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××…………

（空2行）
参 考 文 献（小3号黑体，居中）

[1] ×××××××（小4号宋体，行距18磅）×××××
[2] ××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××
[3] ××××××××××××××××××××××
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期刊类例如：
[a] 华罗庚，王元.论一致分布与近似分析[J].中国科学，1973（4）：339~357
图书类例如：
[b] 傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础[M].北京：科学出版社，1985，447
外文类例如：
[c] Borko H，Bernier C L．Indexing concepts and methods .New York:Academic Pr,1978
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