基于PLC的物料分揀機(jī)械手自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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- 基于PLC的物料分揀機(jī)械手自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
施耐德公司；韓國：三星、LG公司等。
我國的PLC產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)經(jīng)歷了三個階段：1、順序控制器（1973～1979）2、以微處理器為主的工業(yè)控制器（1979～1985）3、以微處理器為主的可編程序控制器（1985以后）。在對外開放政策的推動下，國外PLC產(chǎn)品大量進(jìn)入我國市場，一部分隨成套設(shè)備進(jìn)口。隨著不斷的學(xué)習(xí)與不斷開拓的精神，現(xiàn)在，我國自主生產(chǎn)的PLC在國內(nèi)的各行各業(yè)也有了極大的應(yīng)用，技術(shù)含量也越來越高。
PLC的發(fā)展趨勢：
（1）產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展
大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。
小：由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。
（2）PLC在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛
（3）不斷加強(qiáng)通訊功能
（4）新器件和模塊不斷推出高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊等專用化模塊。
（5）編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化有各種簡單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的PLC指令系統(tǒng)。
（6）發(fā)展容錯技術(shù)采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。
（7）追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。
2、國內(nèi)外機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢：
目前，國際上的機(jī)械手公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奧地利的工GM公司。
我國機(jī)械手起步于20世紀(jì)70年代初期，經(jīng)過30多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個階段：70年代萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的應(yīng)用化期。
在我國，機(jī)械手市場份額大部分被國外機(jī)械手企業(yè)占據(jù)著。在國際強(qiáng)手面前，國內(nèi)的機(jī)械手企業(yè)面臨著相當(dāng)大的競爭壓力。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強(qiáng)國”邁進(jìn)，中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)，對我國工業(yè)自動化的提高迫在眉睫，政府務(wù)必會加大對機(jī)器人的資金投入和政策支持，將會給機(jī)械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動力。
機(jī)械手的發(fā)展趨勢：
隨著機(jī)械手發(fā)展的深度和廣度以及機(jī)器人智能水平的提高，機(jī)械手已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。從傳統(tǒng)的汽車制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)用于維護(hù)維修的機(jī)器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)械手的應(yīng)用也越來越多。
在未來幾年，傳感技術(shù)，激光技術(shù)，工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會被廣泛應(yīng)用在機(jī)械手工作領(lǐng)域，這些技術(shù)會使機(jī)械手的應(yīng)用更為高效，高質(zhì)，運(yùn)行成本低。據(jù)猜測，今后機(jī)器人將在醫(yī)療、保健、生物技術(shù)和產(chǎn)業(yè)、教育、救災(zāi)、海洋開發(fā)、機(jī)器維修、交通運(yùn)輸和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
目 錄
目 錄 I
摘 要 IV
Abstract V
第一章 前言 1
1.1 研究的目的及意義 1
1.2 機(jī)械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1
1.3 主要研究的內(nèi)容 2
1.4 解決的關(guān)鍵問題 3
第二章 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇 4
2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)坐標(biāo)形式的選擇 4
2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成 6
2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部分的分析與選擇 6
2.3.1 手部的選擇 6
2.3.2 手臂結(jié)構(gòu)的選擇 8
2.3.3 機(jī)座結(jié)構(gòu)的選擇 9
2.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理 10
2.5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡圖 10
第三章 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 12
3.1 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 12
3.2 機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì) 13
3.3 氣動元件選取及工作原理 14
3.3.1 氣源裝置 14
3.3.2 執(zhí)行元件 15
3.3.3 控制元件 16
3.3.4 輔助元件 17
3.3.5 真空發(fā)生器 18
3.3.6 吸盤 18
3.4 氣動回路的工作原理 18
第四章 控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì) 22
4.1 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 22
4.2 控制系統(tǒng)的性能要求 22
4.3 傳感器的選擇 23
4.3.1 位置檢測裝置 23
4.3.2 滑覺傳感器 23
4.3.3 視覺傳感器 24
4.4 控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理 25
4.4.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 25
4.4.2 PLC種類及型號選擇 30
4.4.3 I/O點(diǎn)數(shù)分配 30
4.4.4 PLC外部接線圖 32
4.4.5 機(jī)械手控制原理 32
4.5 PLC程序設(shè)計(jì) 34
4.5.1 總體程序框圖 34
4.5.2 初始化及報(bào)警程序 36
4.5.3 手動控制程序 37
4.5.4 自動控制程序 39
第五章 總結(jié)與展望 42
參考文獻(xiàn) 43
致 謝 44
附 錄 45
基于PLC的物料分揀機(jī)械手自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
機(jī)械手在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動。可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
本文在縱觀了近年來機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械手方面的設(shè)計(jì)，對機(jī)械手技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了用氣動驅(qū)動和PLC控制的設(shè)計(jì)方案。采用整體化的設(shè)計(jì)思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點(diǎn)并進(jìn)行互補(bǔ)優(yōu)化。對物料分揀機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。在其驅(qū)動系統(tǒng)中采用氣動驅(qū)動，控制系統(tǒng)中選擇PLC的控制單元來完成系統(tǒng)功能的初始化、機(jī)械手的移動、故障報(bào)警等功能。最后提出了一種簡單、易于實(shí)現(xiàn)、理論意義明確的控制策略。
通過以上部分的工作，得出了經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用型、高可靠型物料分揀機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案，對其他經(jīng)濟(jì)型PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有一定的借鑒價值。
關(guān)鍵詞: 機(jī)械手，氣動控制，可編程控制器（PLC），自動化控制，物料分揀。
The Design for The Automatic Control System of The Sorting Materials Manipulator Based on PLC
Abstract
Manipulator plays an extremely important role in the field of advanced manufacturing. It can carry goods, sort materials and do heavy works instead of the human being. It also can realize mechanization and automation of the production, do the jobs in harmful environment to protect the personal safety. So it is widely used in metallurgy, machinery manufacturing, electronics, light industry and atomic energy etc.
In this paper,by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, combining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider the characteristics of the software and hardware and complementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used pneumatic-driven in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of the system, manipulator's moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance.
Through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design.
Key words: manipulator ；pneumatic-driven； programmable logic controller (PLC)； automatic control；sorting materials
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熱門關(guān)鍵詞：
豫公網(wǎng)安備 41072402000322號
