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机械手自动控制系统的PLC实现方法研究设计(有cad源图 开题报告 文献综述等)---软件部分.rar

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    机械手 自动控制系统 PLC 实现 方法 研究 设计 cad 开题 报告 文献 综述 软件 部分
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    机械手自动控制系统的 PLC 实现方法研究设计(有 cad 源图+开题报告+文献综述等)---软件部分1毕业设计说明书题 目: 机械手自动控制系统的 PLC 实现方法研究---软件部分 机械手自动控制系统的 PLC 实现方法研究设计(有 cad 源图+开题报告+文献综述等)---软件部分2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,甚至于危机生命。机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构,是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸等机械器件组成;电气方面有步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术,位置控制技术、气动技术、检测技术等,是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由 PLC 输出两路脉冲,分别驱动横轴、竖轴步进电机驱动器,控制机械手横轴和竖轴的精确定位,微动开关将位置信号传给 PLC 主机;直流电机拖动手爪和底盘旋转,位置信号由旋转码盘和接近开关反馈给 PLC 主机;电磁阀控制气开阀的开关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。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体,动作灵活多样,可代替人工在高温和危险的作业区进行作业,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:可编程控制器 PLC;机械手;脉冲;步进电机驱动器;步进电机;直流电机;传感器、限位开关。AbstractIn industrial production and other fields, as a result of the need to work, people are often subjected to high temperature, corrosion and toxic gases and other factors that increase the labor intensity of the workers, even life crisis. The robot arm was birth in this environment. The robot arm is the traditional task-operating component in the industrial robot system, and is one of the key components. The machine structure consists of the bead curl pole , slippery pole and cylinder. The electrical aspects consist of stepping motor, driver parts, sensor, switch power supply, electromagnetism valve, and etc.This equipment is composed of the programmable control technique, the position control technique, air driving technique, the monitor technique, and is one of the typical representation of the integration of mechanism and electicity.The introductive robot arm of this text can output two lines pulses by the PLC, driving the horizontal stalk, and the perpendicular stalk to drive the electrical engineering actuator respectively, to control the robot arm precision of the horizontal stalk and perpendicular stalk at the fixed position, tiny move switch input the position signal to the PLC.The direct current motor drags along to begin the claw and bedrocks to revolve, the position signal from revolve the code dish and near to the switch feedback to host of PLC;The electromagnetism valve control the machine hand open and close, thus carry out the function of the machine hand precision work. This topic draw up the material porterage the machine hand of the development and can grasp to put the object in the space, act vivid and diverse, the commutability artificial carries on the task in the area of the heat and danger, and at any time change the related parameter according to the difference of the workplace and the request of the product processes.Key words: Programmable controller PLC ; Robot arm ; Pulse ; Stepping motor driver ; Stepping motor ; Direct current motor ; Sensor.、Limit switches location 。目 录机械手自动控制系统的 PLC 实现方法研究设计(有 cad 源图+开题报告+文献综述等)---软件部分3引言…………………………………………………………………………………1第一章 机械手移动工件控制系统的控制要求………………………………2一、机械手自动化控制系统的 PLC 实现方法中的基本原则、机械手移动工件的工作流程和工作原理……………………………………………………2㈠ 基本元件及其内部原理…………………………………………………2㈡ 机械手移动工件时的简单工作流程……………………………………………4㈢ 机械手移动的工作原理………………………………………………………5二、设备控制要求……………………………………………………………5㈠ 正常运行…………………………………………………………………………5第二章 机械手 PLC 控制系统的 PLC 资源配置………………………………6一、 控制系统构成图…………………………………………………………6㈠ 控制系统图,如图所示……………………………………………………………6二、I/O 地址分配……………………………………………………………7第三章 机械手 PLC 控制系统的程序设计和调试………………………………7一、LC 软件功能测试………………………………………………………… 8二、硬件的调试………………………………………………………8㈠ 步进电机驱动程序调试………………………………………………………………9㈡ 两个步进电机的连动的驱动程序调试…………………………………………11㈢ 测试电磁阀控制爪的抓、松……………………………………………………13㈣ 两直流电机的驱动程序的调试…………………………………………………14㈤ 复位指令的调试…………………………………………………………………16三、程序的流程图、构成………………… …………………………………20㈠ 流程图……………………………………………………………………………20㈡ 程序的构成………………………………………………………………………20第四章 机械手移动工件控制系统 PLC 程序……………………………………20一、 系统的 I/O 资源的分配…………………………………………………20㈠ 数字量输入部分…………………………………………………………………20㈡ 数字量输出部分……………………………………………………………24㈢ 定时器部分………………………………………………………………24㈣ 内部继电器………………………………………………………………………25二、源程序………………………………………………………………………25㈠源程序梯形图………………………………………………………………………25㈡ 源程序的指令表…………………………………………………………………29二、 发现并存在的问题……………………………………………………33㈠ 测试一路脉冲连续两次输出……………………………………………………33㈡ 测试一路脉冲两次输出………………………………………………………34㈢ 采用调用子程序输出多次脉冲…………………………………………………34㈣ 采用调用子程序输出两次次脉冲………………………………………………36参考文献……………………………………………………………………………39附录:FX 2N 系列可编程控制器简介………………………………………………39谢辞…………………………………………………………………………………41机械手自动控制系统的 PLC 实现方法研究设计(有 cad 源图+开题报告+文献综述等)---软件部分4引 言在现代工业中,生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等,已经随处可见。同时,现代生产中,存在着各种各样的生产环境,如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等,这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术,是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物,并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合,应用得更为广泛。在我国,近几年来也有较快的发展,并取得一定的效果,受到机械工业和铁路工业部门的重视。本课题拟开发物料搬运机械手,采用日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC,对实验室现有的 TVT—99D 机械手模型进行开发。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、汽缸、气控机械抓手等;电气方面由步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、旋转码盘、操作台等部件组成。我们利用可编程技术,结合相应的硬件装置,控制机械手完成各种动作。本课题是有我和徐立同同学合作共同完成,在整个设计过程中徐立同同学主要负责硬件方面如接线、画各个电气设备的电路接线图等;而我则是主要负责软件部分,在实际的设计调试过程中我主要负责 PLC 的接线编程、调试等工作。当然了硬件和软件是不分家的,谁也离不开谁,因此,在整个设计过程中各种方案的敲定与实施均是由我们俩个在指导老师的帮助下共同研究、推敲、讨论试验调试中确定的。为了能够实现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。再加上本课题开发的机械手采用的日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC 控制,是一种按预先设定的程序进行工件的搬运的自动化装置,可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业,并要实现根据工件的简单的变化要求随时更改相关控制参数。为达到这些要求,我们设计的控制方案尽量在我们力所能及的范围内选择最佳的方案。如在本设计中遇到的对直流电机的控制问题中,在控制直流电机正反转的问题上通过老师的指导我们想到了两种控制方案:一种是在原设备的基础上加上四个继电器实现其控制功能;另一种则是根据三菱公司的 FX2N 系列 PLC 的输出端的内部电路的特点,可以在不增加其他设备的情况下实现控制要求。我在最大限度的满足工艺流程和控制要求的同时,还要考虑要有很高的性价比,因此我们选择了后一种方案。也许后一种方案有其弊端,但目前还没有发现。望大家多多指教。当然了,由于我们水平的限制和时间的仓促,在很多地方的控制方案还不是很理想,同时还遗留有很多的问题,需要进一步的研究中才能解决,望各位老师和广大同学批评和指教。机械手自动控制系统的 PLC 实现方法研究设计(有 cad 源图+开题报告+文献综述等)---软件部分5第一章 机械手移动工件控制系统的控制要求一、机械手自动化控制系统的 PLC 实现方法中的基本原则、机械手移动工件的工作流程和工作原理㈠ 基本元件及其内部原理:1 步进电机采用二相八拍混合式步进电机,主要特点:体积小,具有较高的起动和运行频率,有定位转矩等优点。型号:42BYGH101。电气原理图如图一快接线插头:红色表示 A 相,兰色表示 B 相.在您做实验时如果发现步进电机转向不对时可以将 A 相或 B 相中的两条线对调。图一2 步进电机驱动模块采用中美合资 SH 系列步进电机驱动器,主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分等。电源输入部分: 由电源模块提供,用 两根导线连接,注意极 性。(见图 2)信号输入部分:信号源由 FP0 主机提供。由于 FP0 提供的电平为 24V,输入部分的电平为 5V,中间加了保护电路。输出部分: 与步进电机连接,注意 相序。 M123 4A/ AB / B机械手自动控制系统的 PLC 实现方法研究设计(有 cad 源图+开题报告+文献综述等)---软件部分63 限位开关① 接近开关:接近开关有三根连接线(红、兰、黑)红色接电源的正极、黑色接电源的负极、兰色为输出信号,当与挡块接近时输出电平为低电平,否则为高电平。结构图如(图三)图(三)② 微动开关:当挡块碰到微动开关动作(常开点闭合)见结构图(图四)图(四)微动开关④ 直流电机:输入电压为 12V~24V,两根导线输入红色为直流电机正极,兰色为负极。⑤ 直流电机控制板:由输入信号、输入电源、输出等组成,输入信号由 FP0 模块提供;输入电源由电源模块提供;输出驱动直流电机如(图五)机械手自动控制系统的 PLC 实现方法研究设计(有 cad 源图+开题报告+文献综述等)---软件部分7⑥ FX 2N模块由三菱 FX2N 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机的优点。其面板图如图(六):(6输 入 状态 显 示态 显 示输 出 状编 程 器 接 口 开 关 输 入 端 盖 和输 入 端 排输 出 端 盖 和输 出 端 排状 态 显 示扩 展 口 ( 可 扩 展 数 字量 模 块 、 特 殊 功能 模 块图 六)电源模块:输入交流电压:110V~220V/50HZ、 60HZ;输出直流电压:24V/6.5A;最大功率: 156W;⑦ 旋转码盘:机械手每旋转 3°发出一个脉冲。㈡ 机械手移动工件时的简单工作流程:机械手移动工件的耽搁工作流程示意图如图(七)所示:机械手自动控制系统的 PLC 实现方法研究设计(有 cad 源图+开题报告+文献综述等)---软件部分8图(七)机械手移动工件的单位工作流程由将机械手复位(即初始位置) 、机械手移动到放工件处、夹紧工件、将工件移动到指定位置、放下工件等五个动作过程组成,机械手移动工件通过 PLC 来控制,可以实现这五个过程全自动依次运行。㈢ 机械手移动的工作原理机械手移动工件通过限位开关和电机来控制1 机械手分别通过前进/后退、上升/下降两个步进电机来实现前进、后退、上升、下降的移动的,移动的位置有限位开关和 PLC 发的脉冲数来控制实现的,而机械手的左右转动和手的转动则是由两个直流电机来实现的,转动的位置是通过限位传感器和码盘记录的脉冲数来实现控制的。2 夹放工件通过电磁阀的动作来控制机械手的爪的。夹紧工件通过定时器来控制,即凭经验设定一个时间,在这个时间内,机械手能完成夹紧工件的任务。3 按下启动按钮整个系统按照 PLC 程序的设定有序的运行;即先判断机械手是否处于最初位置,不在则进行机械复位,在则进行正常工作流程;按下停车按钮则停车。二 设备控制要求机械手移动工件控制系统要求是有“正常运行”和“强行停止”两种控制方式。㈠ 正常运行“正常运行”方式具体控制要求如下:1 在初始位置(上、缩回、手和底盘均到正限位开关处) ,按下启动按钮,系统开始工作;2 先反转,转到放工件的方向停止,由于工件不定,因此底盘转的角度也是待定开始机械手复位机械手移到工件处夹紧工件将工件放到指定位置放下工件结束机械手自动控制系统的 PLC 实现方法研究设计(有 cad 源图+开题报告+文献综述等)---软件部分9的;3 出,伸到待搬工件的上方为止;4 伸出之后,手开始动作,以便夹住工件;5 首先向下运动,运动到放工件的位置停止;6 开始夹紧工件,一直把工件夹紧为止(由定时器控制) ;7 回位(正限位处) ;8 会到正限位处;9 始向上运动,一直运动到最上端(由上限位开关确定) ;10 位动作,底盘转动,机械手开始向底盘正限位方向转动(有正限位传感器确定);11 伸出到反限位开关处;12 反限位开关动作,手开始反转到反限位传感器处;13 手此时向下运动到最底限位处;14 底限位处后,机械手开始把工件松开,一直到 5S 之后;15 要求能连续循环工作。㈡ 紧急停止关掉电源时,系统立即停止。第二章 机械手 PLC 控制系统的 PLC 资源配置一 控制系统构成图:㈠ 控制系统图,如图所示:机械手自动控制系统的 PLC 实现方法研究设计(有 cad 源图+开题报告+文献综述等)---软件部分10PLC 二 I/O 地址分配由于 CPU 模块有 9 个数字量输出,一台 PLC 已经够用。I/O 分配用自动分配方式,模块上的输入端子对应的输入地址是 X000~X017,输出端子对应的输出地址是 Y000~Y017。第三章 机械手 PLC 控制系统的程序设计和调试一 PLC 软件功能测试㈠ 存储器在存储数据后,断电又开机,存储器中的内容是否仍存在?LD X0MOV K5,D11LD= K5,D11OUT Y0END测试过程:X0 触点闭合,Y0 指示灯亮;关机,然后开机,Y0 指示灯不亮。结论:D11 存储器断电复位,不能保持断电前的状态,不能作为断电记忆型存储器用。㈡ 对于时间继电器,当时间到后,线圈触点断开,结果如何?
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