【65页】毕业论文_基于西门子PLC机械手控制系统设计.doc文档极速下载

此机械手系统是个教学模型，它模拟工业生产过程中的种自动化设备，可以完成零组件的组装检测移送等任务。

本文以该模型为例，论述了机械手的结构组成及工作原理，提出了五种工作方式的控制要求，并针对这些控制要求提出了型控制系统的控制方案，进而阐述了控制系统的设计过程以及步进程序的梯形图实现方法，并在系统上进行了调试。

实践证明，此机械手能按预定的顺序动作，设计方案合理，控制特性良好，对应用进行工业设计有定的借鉴作用。

关键词机械手控制，西门子基于西门子机械手控制系统设计基于西门子机械手控制系统设计第章绪论研究背景课题的研究目的及意义气动机械手发展概况研究内容和拟解决的问题第二章机械手的结构及工艺要求机械手的结构机械手的工作原理机械手的控制要求第三章机械手的硬件设计控制方案设计气动驱动系统设计控制面板设计电源操作方式转换按钮输入按钮指示灯第四章机械手的控制系统设计电气主回路设计系统控制电源设计输入输出点统计硬件设计硬件选择硬件配置图信号地址分配表数字量输入模板的端子接线图和框图数字量输出模板的端子接线图和框图第五章机械手的软件设计工艺流程图程序设计基于西门子机械手控制系统设计符号表源程序手动电路控制程序循环电路控制程序单周期电路控制程序步进电路控制程序回原点电路控制程序故障报警电路控制程序输出电路控制程序系统调试调试过程中遇到的问题本程序的特点第六章结论与展望结论展望参考文献致谢附录手动电路控制程序循环电路控制程序单周期电路控制程序④步进电路控制程序回原点电路控制程序故障报警电路控制程序输出电路控制程序基于西门子机械手控制系统设计第章绪论机械手是种模仿人手动作，并按设定的程序轨迹和要求代替人手抓取搬运工件或操持工具进行操作的机电体化自动化装置。

以往的机械手是采用继电器控制器控制气压系统，其控制系统复杂，机械触点多，大量的接线使系统的可靠性降低，设备的工作效率下降，自动化程度不高，安全系数低。

因此，我们决定改用由技术先进可靠性非常高的可编程控制器控制的气动机械手来代替，这使得机械设备更灵活有效，动作更准确，从而使得劳动生产率大大提高。

研究背景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，这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。

机械手般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，在自动化车间中用来运送物料，从事焊接喷漆装配等工艺操作，可将操作工人从繁重单调重复的体力劳动中解放出来，大大降低了工人的劳动强度。

特别是在高温危险有害的作业环境，可用机械手代替人的部分操作，大大提高了工作效率，保证了产品质量。

课题的研究目的及意义工业机械手是种模仿人手动作，并按设定的程序轨迹和要求代替人手抓取搬运工件或操持工具进行操作的机电体化自动化装置。

生产中应用机械手可以大大提高生产的自动化水平和劳动生产率保证产品质量实现安全生产尤其在高温高压低温低压粉尘易爆有毒气体和放射性等恶劣的环境下，代替人进行正常工作，意义更为重大。

机械手若用传统的继电器逻辑线路进行控制，不但结构复杂，控制柜体积大，而且各继电器均在运动中动作，易受车体振动等干扰，可靠性差。

而可编程控制器由于其具有的高可靠性编程方便易于使用和修改环境要求低体积小巧安装调试方便控制简单等特点，在工业控制中有着广泛的应用。

为此，我们改用由控制的气动机械手来代替，经试验满足生产线对该部件的要求，使电路简化，并且控制方便结构简单价格便宜可靠性高。

基于西门子机械手控制系统设计气动机械手发展概况机械手主运动臂的控制方式主要由控制气缸驱动，这种控制方式的优点是结构简单价格低廉无污染，因此，在工业生产中得到越来越广泛的应用，己成为自动化不可缺少的重要手段，备受人们的重视。

尤其是气动技术已能使气缸在高速运动下实现任意点自动定位，而气动机械手也相应得到发展，突破传统的定位方法，本人研究的就是基于气动技术的工业机械手。

研究内容和拟解决的问题此课题是利用可编程控制器实现对机械手系统的控制。

此机械手系统模拟工业生产过程中的种自动化设备，可以实现零件的组装检测移送功能。

该装置采用台式结构，由气动组立机械手旋转式供料盘储料仓操作面板等组成，并配有控制器传感器光电式电磁式步进电机操作按钮电磁阀减压阀等，构成典型的机电体化模型。

在设计时，我们首先要了解工业机械手的结构及工作原理，并熟悉机械手系统的工艺，然后根据工艺要求指出系统所用的检测元件及执行机构，并列出其电气参数。

在查阅资料时，总结出他人的设计方案，比较这些方案的优缺点，并提出自己的改进方案。

在做好上述工作后，来完成对控制系统的设计，包括电气主回路设计系统输入输出点统计系统配置选型接线原理图设计系统控制软件设计等步骤。

气动机械手设计的主要任务包括执行元件气动气缸控制方式控制控制要求顺控方式主要电气参数电源带保护地三芯插座气源压力电磁阀为，线圈④电动机三相异步电动机，基于西门子机械手控制系统设计第二章机械手的结构及工艺要求机械手的结构此课题是利用可编程控制器实现机械手系统的控制，此机械手系统是个教学模型，其模拟工业生产过程中种自动化设备，可以实现零件的组装检测移送功能。

该装置采用台式结构，由气动组立机械手旋转式供料盘储料仓操作面板等组成，并配有控制器传感器光电式电磁式步进电机操作按钮电磁阀减压阀等，构成典型的机电体化模型。

其结构分别如图和图所示。

图机械手模型正面结构示意图手臂转动回转气缸水平轴移动滑台气缸垂直轴移动滑台气缸夹爪转动轴回转气缸行机械夹旋转供料盘步进电机储料仓过滤减压阀操作面板基于西门子机械手控制系统设计图机械手模型背面结构示意图控制器传感器端子板继电器板气动组立机械手分别由五个不同类型的气缸组成，它们是水平轴移动滑台气缸垂直轴移动滑台气缸夹爪转动轴回转气缸平行机械夹手臂转动回转气缸，是个五轴四位置的机械装置。

可以完成零组件的组装检测移送等任务。

自动供料盘由旋转料盘步进电机及驱动器定位传感器零组件传感器和传动轮等组成。

它可以将料盘上的零组件以步进方式自动定位在固定位置。

储料仓是机械手操作零组件的平台。

操作面板由手动自动切换钮和手动按钮组成或由触摸屏构成。

通过它可以完成机械手自动运行的启动和机械手各部位的手动操控。

控制系统由控制器通常为，也可配备其他类型的逻辑控制装置传感器电磁阀端子板和直流电源等组成。

控制器接收设在机械手上各部分传感器的信号并通过预先设定的程序控制电磁阀对气路的切换，实现机械手的各种动作控制器还对自动供料盘进行控制以协调机械手的动作。

基于西门子机械手控制系统设计机械手的工作原理本机械手采用气压驱动，使用的是压力为，最高可达。

气压驱动主要优点是气源方便般工厂都由压缩空气站供应压缩空气，驱动系统具有缓冲作用，结构简单，成本低，便于维修。

缺点是功率质量比小，装置体积大，定位度不高。

此类机械手适用于易燃易爆和灰尘大的场合。

这个机械手具有四个直线运动和四个旋转运动自由度，用于将源工作台上的物品搬到其右侧目的工作台上。

机械手的全部动作由气缸驱动，气缸由电磁阀控制，整个机械手在工作中能实现手臂上升下降手臂伸出缩回手臂旋转回转手指旋转回转夹紧放松功能，是目前应用比较广泛的种机械手。

机械手的控制要求该系统具有单操作手动和步进单周期及连续操作后三种属自动操作四种工作方式，机械手在最上面和最左边且松开时，称为系统处于原点状态或初始状态。

各种工作方式可随意切换，操作方便。

手动操作就是用按钮操作对机械手的每步运动单独进行控制。

步进操作每按次启动按钮，机械手完成步动作后自动停止。

即在单步操作方式下，从初始步开始，按下启动按钮后，系统转换到下步，完成该步的任务后，自动停止工作并停在该步，再按下启动按钮，又往前走步。

单周期操作机械手从原点开始，按下启动按钮，从初始步开始，机械手自动完成个周期的动作后，返回并停留在初始步。

连续操作机械手从原点开始，按下启动按钮，机械手的动作将自动地连续不断地周期性循环。

在工作中按下停止按钮，那么机械手将继续完成个周期的动作后，回到原点自动停止。

在选择单周期连续和单步工作方式之前，系统应处于原点状态。

如不满足这条件，可选择回原点工作方式。

即按回原点启动按钮，使系统自动返回原点状态。

当机械手右移到位并准备下降时，为了确保安全，必须在右工作台无工件时才允许机械手下降。

也就是说，若上次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降，所以要用光电开关进行无工件检测。

若此时右工作台上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀通电。

基于西门子机械手控制系统设计工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。

当旋钮打向手动时，每工步都要按下该工步按钮才能实现。

而当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。

具体实现如下供料盘旋转定位。

手臂回转前伸。

手臂下降。

手指回转张开。

手指闭合夹物。

手指旋转，手臂抬升。

手臂回缩旋转。

手臂前伸。

手臂下降。

手指旋转张开放物。

重复步骤。

供料盘无料块时机械手等待。

基于西门子机械手控制系统设计第三章机械手的硬件设计控制方案设计机械手可以用传统的继电接触控制，也可以采用单片机控制及用可编程控制器对系统进行控制。

控制系统如采用传统的继电接触控制，机械触点多，接线复杂，因而控制装置体积很大，并且故障率高，可靠性差，动作精确度低。

若采用单片机控制，由于电磁阀的工作电压高于单片机的电源，所需的驱动电流较大，因而须设计功率接口电路，还要进行抗干扰及其可靠性的设计。

若采用控制，则无需考虑上述问题。

以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高功能完善组合灵活编程简单功耗低等优点。

使用的自动控制系统体积小，可靠性大大提高，故