plc在機械手控制系統中的應用
摘要：機械手的積極作用正日益為人們所認識，其一，它能部分地代替人的勞動並能達到生產工藝的要求，遵循一定的程式、時間和位置來完成工件的傳送。因為，它能大大地改善工人的勞動條件，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。
因此，受到各先進單位的重視並投入了大量的人力物力加以研究和應用。尤其在高溫、高壓、粉塵、雜訊的場合，應用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快的發展，並取得一定的成果，受到各工業部門的重視。
在生產過程中，經常要對流水線上的產品進行分撿，本課題擬開發物料搬運機械手，採用日本三菱公司的fx2n系列plc，對機械手的上下、左右以及抓取運動進行控制。用於分撿大小球的機械裝置。我們利用可程式設計技術，結合相應的硬體裝置，控制機械手完成各種動作。
關鍵詞：機械手 plc 大小球
目錄第一章 plc應用系統設計基礎知識4
1.1 plc控制系統設計的原則和內容4
1.2 plc的選型4
第二章 plc控制系統硬體設計6
2.1按鈕、行程開關的選型6
2.2接近開關、轉換開關、刀開關的選型6
2.3時間繼電器、接觸器的選型7
2.4熔斷器、電動機的選型7
2.5電磁閥的選型8
第三章 plc機械手在大小球分選系統中的設計………………9
3.1 機械手的總體方案分析9
3.2控制面板的結構10
3.3 i/o口裝置及i/o點分配表12
3.4狀態程式設計圖和步進梯形圖13
第四章除錯16
第五章展望與未來17
第六章致謝18
參考文獻19
第一章 plc應用系統設計基礎知識
plc應用系統設計主要包括硬體設計、軟體設計、施工設計和安裝除錯等內容。本課程設計著重在系統設計和程式設計。
1.1 plc控制系統設計的原則和內容。
plc的選擇除了應滿足技術指標的要求外，還應著重考慮產品的技術支援與售後服務等情況。
最大限度地滿足被控物件或產生過程的控制要求。對於一些原來用繼電接觸器線路不易實現的要求，使用plc後，將很容易實現。
在滿足控制要求前提下，力求使控制簡單、經濟、操作和維護方便。對一些過去較為繁瑣的控制可利用plc的特點加以簡化，通過內部程式化外部接線及操作方式。
保證控制系統的安全、可靠。同時採取「軟體兼施」的辦法。
考慮到生產的發展和工藝的改進，選擇plc容量及i/o點數時，應適當留有裕量。乙個系統完成後，往往會發現一些原來沒有考慮到的問題，或者新提出的問題 ，如果事先留有裕量。則plc系統極易修改。
同時對日後系統工藝的變更提供方便。當然對於不同的使用者，要求的側重點不同，設計的原則也應有所區別，如果以提高產品和安全為目標，則應將系統可靠性放在設計的重點，設定考慮採取冗餘控制系統；如果要求系統改善資訊管理，則應將系統通訊能力與匯流排網路設計加以強化；如果系統工藝經常變更，則事先充分考慮。
1.2 plc的選型
在滿足控制要求的前提下，選型時應選擇最佳的效能**比，具體考慮以下幾點。
1.2.1 效能與任務相適應
對於開關量控制系統的應用系統，當對控制要求不高時，可選用小型plc（如西門子公司s7-200系列plc或omon公司系列cpm1a/cpm2a型plc）就能滿足要求，如對小型幫浦的順序控制、單台機械的自動控制等。
對於以開關量控制為主，帶有部分模擬量控制的應用系統，如對工業生產中常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續量的控制，應選用帶有a/d轉換的模擬量輸入模組和帶有d/a轉換的模擬量輸出模組，配接相應的感測器、變送器和驅動裝置，並且選擇運算功能較強的中小型plc，如西門子公司的s7-300系列plc或omron公司的com/cqm1h型plc。
對於比較複雜的中大型控制系統，如閉環控制、pid調節、通訊聯信網4等，可選用中大型plc（如西門子公司的s7-400系列plc或omron公司的c200he/c200hg/c200hx、cv/cvm1等plc）。當系統的各個控制物件分布在不同的地域時，應根據各部分的具體要求來選擇plc，一組成乙個分布式的控制系統。
1.2.2 plc的處理速度應滿足時實控制的要求
plc工作時，從輸入訊號控制存在著滯後現象，即輸入量的變化，一般要在1～2個掃瞄週期之後才能反映到輸出端，這對於一般工業控制是允許的。但有些裝置的實時性要求教高，不允許有教大的滯後時間。例如，plc的i/o點數在幾十到幾千點範圍內，這時使用者應用程式的長短對系統的響應速度會有較大的差別。
滯後時間應控制在幾十毫秒之內，應小於普通繼電器的動作時間。
1.2.3 plc應用系統結構合理、機型系列應統一
plc的結構分為整體式和模組式兩種。整體式結構把plc的i/o和cpu放在一塊電路板上，省去插接環節，體積小，每一i/o點的平均**比模組式的便宜，適用於工藝過程比較穩定、控制要求比較簡單的系統。模組式plc的功能擴充套件，i/o點數的增減，輸入與輸出點數的比例，都比整體式靈活。
維修更換模組、判斷與處理故障快方便，適用於工藝過程變化教多、控制要求複雜的系統。在使用時，應按實際具體情況進行選擇。
結合以上幾點，在設計plc機械手在大小球分選系統中用的plc的選型為fx2n系列的可程式設計控制器，fx2n系列的plc採用一體化箱體結構，其基本單元將所有的電路，含cpu、儲存器、輸入輸出介面及電源等都裝在乙個模組內，是乙個完整的控制裝置。這樣結構緊湊，體積小巧，成本低，安裝方便。fx2n系列plcfx2n系列基本單元的輸入輸出比為1：
1。為了實現輸入輸出點數的靈活配置及功能的靈活擴充套件，fx2n系列plc還配有擴充套件單元、擴充套件模組及特殊功能單元。擴充套件單元是用於增加i/o點數的裝置，內部設有電源。
擴充套件模組用於增加i/o點數及改變i/o比例，內部無電源，用電由基本單元或擴充套件單元供給。因擴充套件單元及模組無cpu，必須與基本單元一起使用。特殊功能單元是一些專門用途的裝置。
fx2n系列plc都是同寬同高不同長度的模組，這樣幾個模組拼裝起來後就成了乙個整齊的長方形結構。根據輸入和輸出點的需要，即選擇fx2n—48mr-001的plc。
第二章 plc控制系統硬體設計
2.1 按鈕和行程開關的選擇
2.1.1按鈕的選擇原則：
(1)根據使用場合，選擇控制按鈕的種類，如開啟式，防水式，緊急式等。
(2)根據用途，選用合適的型式，如鑰匙式，緊急試，帶燈式等。
(3)按控制迴路的要求，確定不同的按鈕數，如單鈕，雙鈕，三鈕，多鈕等。
(4)按工作狀態指示和工作情況的要求選擇按鈕及指示燈的顏色。
按鈕的引數：一般規格為交流500v，允許持續電流為5a，紅色按鈕表示停
止按鈕，綠色表示啟動，為了區別按鈕顏色，按鈕的選擇為la25—d，指帶指示燈的按鈕。
2.1.2行程開關的選擇：
行程開關的分類：直動式，滾動式和微動式三種。直動式行程開關的優點是結
構簡單，成本低，但容易燒蝕觸頭。滾動式行程開關克服了直動式行程開關的缺點，但其結構複雜，**也較高，所以選擇微動式行程開關體積小，動作靈敏，適用於小型機構中使用。即型號為:
lx32—4 s
2.2接近開關、轉換開關、刀開關的選擇
2.2.1接近開關的選擇：
接近開關是一種對接近它的物體有「感知」能力的元件—位移感測器，利用感測器對接近物體的敏感特性達到控制開關通或斷的目的，當有物體移向接近開關，並接近到一定距離時，位移感測器才有「感知」，開關才會動作。在設計中，接近開關sqo用於檢測是否有球，sq1—sq5分別用於傳送機械手上下左右運動的定位。
接近開關分為霍爾接近開關，超聲波接近開關，高頻振盪式接近開關，霍爾接開關用於檢測磁場，一般用磁場鋼作為被檢測體。超聲波接近開關適用檢測不能或不可觸及的目標，其控制功能不受聲、電、關等因素干擾，檢測物體可以是固體、液體、或粉末狀態的物體，只要能反射波用的電子裝置及調節檢測範圍用的程式控制橋式開關等幾個部分組成，高頻振盪式接近開關用於檢測各種金屬，主要由高頻振盪器，積體電路電晶體放大器和輸出器三部分組成。
接近開關的產品種類十分豐富，常用的國產解決開關有lj，3sg和lx18等。lj5系列接近開關採用磁振盪原理，用來檢測金屬物體的存在。它採用國際統一的外形及安裝尺寸，圓柱螺紋安裝，外殼防護等級ip65，允許周圍溫度範圍-25℃～-30℃。
同一產品適用電壓範圍為ac30～200v，dc10～30v（二線型）和（三線型），開關壽命可達3000萬次以上，接近開關型別即為：
lj 5 a—10 / 3 3 0
2.2.2轉換開關的選擇：
轉換開關是一種多檔位，多觸點，能夠控制多迴路的主令電器，可以用於控制小容量電動機的啟動、換向、調速、正反轉控制等，常用的萬能轉換開關有lw2、lw5、lw6、lw8等系列，在設計機械手大小球分選系統中操作方式有手動，單週期，連續。所以選lw5系列的萬能轉換開關比較使用。
2.2.3 刀開關的選擇：
刀開關是一種手動電器，為了簡單，方便，選擇hd型單投刀開關，分為1級，2級，3級，其型號為hd13b—200/3
2.3時間繼電器、接觸器的選擇
2.3.1時間繼電器的選擇：
時間繼電器在控制電路中用於時間的控制，有js23，js27a，jsk□，7pr，ss—18等系列的時間繼電器。經過調查對比，js27系列時間繼電器是國內廠家90年代針對起重電控行業特點開發的產品，適用於交流50hz，電壓至380v。直流電壓至220v的電路中，控制延時通斷，能在起重機工作振動和戶外等工作，符合設計的要求，即時間繼電器型號為js27a
2.3.2接觸器的選擇：
接觸器的選型：
（1）根據負載性質選擇接觸器類別，一般交流負載選擇交流接觸器，直流負載選擇直流接觸器。
（2）根據被控電路電流大小和使用類別選擇接觸器的額定電流。
（3）根據被控電路電壓等級來選擇接觸器的額定電壓。
（4）根據控制電路的電壓等級選擇接觸器線圈的額定電壓。
根據以上所述選擇交流電磁式接觸器，cj12系列接觸器適用於交流50hz，額定工作電壓至380v，額定電流至600a的電路中。供遠距離接通如分斷電路及對電動機頻繁進行等裝置上。其型號為cj12—600。
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