基于plc的扫描拾取机械手设计和实现 计算机科学与技术专业.docx

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1、基于Plc的扫描拾取机械手摘要随着社会的进步，工业自动化的发展尤为引人注目。各种机械自动化设备的出现逐渐取代了传统的手工生产。自动化流水线的出现不仅大大提高了工作效率，而且使许多手工操作中存在安全隐患的工序被机械设备所替代，使现代工业更加人性化。机械手在现代自动化中有着非常重要的作用。它不仅可以在有着高温、腐蚀性、有毒等恶劣环境下一直不停工作。它还具有高精度的抓取、传递、旋转和释放。机械手的动作由精密控制系统控制。从早期的继电器控制系统到今天的P1.C控制系统，机械手技术的更新是控制系统的发展和完善。在本课题中，我们选用了三菱公司的产品FX系列P1.C实现电动工具电机的抓取和传递以及零件的冲压

2、动作。其中电气设备包含有P1.C、触摸屏、传感器、直流电源等部件。我们通过可编程控制器的编程，完成了相应的动作，实现了控制功能。关键词：机械手；P1.C；控制；设计ScanningpickupmanipulatorbasedonP1.CAbstractWiththeprogressofsociety,thedevelopmentofindustrialautomationisparticularlynoticeable.Theemergenceofvariousmechanicalautomationequipmenthasgraduallyreplacedthetraditionalmanu

3、alproduction.Theemergenceofautomationpipelinenotonlygreatlyimprovestheefficiencyofwork,butalsomakesmanyprocesseswithhiddensafetyhazardsinmanualoperationreplacedbymechanicalequipment,whichmakesmodernindustrymorehumane.Manipulatorplaysaveryimportantroleinmodernautomation.Itcannotonlyworkcontinuouslyin

4、hightemperature,corrosive,toxicandotherharshenvironments.Italsohashighprecisionofgrasping,transferring,rotatingandreleasing.Themotionofthemanipulatoriscontrolledbyaprecisecontrolsystem.Fromtheearlyrelaycontrolsystemtotoday,sP1.Ccontrolsystem,theupdateofmanipulatortechnologyisthedevelopmentandimprove

5、mentofcontrolsystem.Inthistopic,wechooseMitsubishi,sFXseriesP1.Ctorealizethegraspingandtransmissionofelectrictoolmotorandthestampingactionofparts.TheelectricalequipmentincludesP1.C,touchscreen,sensor,DCpowersupplyandothercomponents.Throughtheprogrammingoftheprogrammablecontroller,wehavecompletedthec

6、orrespondingactionsandrealizedthecontrolfunction.KeyWords：manipulator;PIX;control;design摘要I关键词IAbstractII1 .可编程控制器P1.C51.1 1P1.C简介51.2 P1.C内部结构51.2. 1中央处理器CPU61.2.2 存储器61.2.3 输入输出单元61.2.4 电源部分81.3 P1.C的选型82 .机械手概况91 .1机械手的起源与发展92 .2机械手的工作原理93 .机械手控制系统103.1 1基于P1.C的机械手控制系统的研究意义103.2 基于P1.C机械手设计的优点103

7、.3 机械手实现的功能114 .基于P1.C机械手控制系统设计124.1 10点分配124.1.1电器元件的选择124.1.210分配134.2.硬件接线图134.2.1电气主接线134.2.2P1.C输入接线144.2.3P1.C输出接线154.3控制流程图164.4程序梯形图164.5人机界面设计21结束语23参考文献24致谢错误!未定义书签。1可编程控制器P1.C1.1 P1.C简介可编程序控制器(P1.C)的概念首先在20世纪60年代提出，提出的本意是为了取代继电器控制装置。可是经过了半个世纪的飞速发展，P1.C的应用面越来越大。现在我们已经迎来数字时代，信息技术都在飞速发展，这导致了

8、各行各业的自动化进程的发展。P1.C强大的开关控制和逻辑控制使其在现代工业中的作用变得尤为突出。P1.C是汽车工业发展的产物。在早期汽车工业自动化过程中，控制主要来自于继电器控制。一方面，继电器控制电路复杂，一旦发生故障，维修非常困难；另一方面，继电器的控制效率相比较来说会低一点。随着社会的不断发展，P1.C的出现逐渐进入了一个蓬勃发展的时期。世界上第一台P1.C在1969年生产，产地是在美国。现在的话，世界分工大概是美国和欧盟生产大型PIC为主，日本和德国生产中小型PlC为主。我国经历了艰难的探索历程，也逐渐出现了自己的一些品牌。但其核心技术仍掌握在大型P1.C生产国手中。我国独立P1.C的

9、发展道路仍然充满挑战。P1.C的基本设计思想遵从于保持和发展继电式发电机组接触控制系统的操作方便、简单易懂、价格低廉等优点。我们知道计算机具有功能完善、应用模式灵活多变、通用性强等特点。基于此思想，可以方便地使用P1.C设计标准、通用控制器硬件和控制对象连接，但要根据实际控制对象和要求，采用外围设备较好的控制程序来编写和编译控制器，以改变用户的内存。根据需求修改程序以符合控制功能的应用对象，可以方便灵活地满足区域内的内容。从上个世纪70年代中期起，伴随着计算机网络技术、半导体技术、微处理技术这些技术的不断发展，P1.C的中央处理单元在微处理器中得到了大规模的应用。大规模集成电路的规模也已进入其

10、输入、输出和外围电路的使用。除了Pk原有的逻辑判断功能外，还能够实现对数据处理、通信网络和PID进行调整。生产摄像机的保存、故障诊断和DCS监控功能。1.2 P1.C内部构成下图所示的IT是P1.C的的内部结构，它的内部结构主要由CPU、存储器、输入输出接口、电源等这些组件组成。电源部分图1-1P1.C内部结构1.2.1 中央处理器CPU中央处理器是数据处理中最重要的部分，其作用相当于人脑，在P1.C系统的中央位置”。我们知道CPU有着接收输入单元的信号的功能，它能够实现对信号进行识别、处理,并且将电信号应用在输出单元，实现输入输出之间的一致性。除此之外，CPU能够检查自己的信息，之后辨别错误

11、的信息，根据这个发出警告和提醒，随着P1.C的运行，它可以控制系统执行扫描的动作，完成相对应的计算和逻辑操作功能，接着通过循环扫描的方式控制输出。CPU是一个逐步读写的程序。每一步都被扫描。当电流步长完成时，输出信号由存储区域的相应信息控制。在每个固定的扫描周期中，CPU重复相同的动作。1.22存储器P1.C的存储功能与计算机相同，都是用来存储相对应的数据以及P1.C存储器中的存储程序、逻辑变量。P1.C存储器可以划分为系统程序存储区、系统RAM存储区和用户程序存储区。在这之中，系统程序和用户程序在内存中都有特定的位置。1.2.3输入输出单元输入输出单元的功能是连接外部短路的直接位置。这个通过

12、接收和发送信号来进行外部电路的掌控。与三极管的传导方式相似，P1.C的输入和输出被分为源形和漏形两种形式。输入单元的功能是P1.C接收外部信号的路径。不同的PlC有不同的输入模式，主要都有源形和漏形两种，就像图1-2所示的那样。1.漏型输入2.源型输入图1-2P1.C漏形输入和源形输入接线当漏形输入的时候，P1.C的公共端的电势大小是24V,电流可以从外部流入输入端;当源形输入的时候，P1.C的公共终端的电势大小是OV,电流之后从终端流出。输出单元的功能时实现外部电路信号的接口，一般会有继电器输出和晶体管输出两种模式，其中，晶闸管输出模式不会经常使用。与晶体管输出这种模式相比，继电器的输出的电

13、流会更大一点，但其开关频率不如晶体管输出模式的开关频率高。因此，在某些开关频率较高、控制流量较快的情况下，在此基础上晶体管的输出模式会更为实用。可是一般情况下，继电器的输出的会更实用一点，因为它具有更强的负载能力。输出单元也有源形输出和漏形输出两种情况，下边的图1-3所展示的就是两种不同的输出方式的效果。图1-3P1.C漏形输出和源形输出接线当漏形输出时，电流从外部流向端子，一般端子为24V;当源形输出时，电流流出端子，公共端的电势大小为吓。但是当输出为晶闸管输出的时候，交流电源的正负便对输出没有丝毫影响，这样就可以自由进行选择。1.2.4电源部分P1.C操作需要我们给它提供电。开关量的关断控

14、制是根据直流电源的高低电平来实现效果的。所以在P1.C运行的时候，我们要向它提供直流的稳压电源。P1.C有直流电源和交流电源，但最终就会转换成直流模式。P1.C拥有着自己的内部电源，优点是稳定性好，缺点是输出功率小。直流电源一般采用24v直流电压，以保证P1.C的正常运行。1. 3P1.C的选型P1.C的种类很多，在设计和应用时，选择合适的P1.C类型是非常重要的。在P1.C的选择上，可以进行以下几个方面的工作。第一，我们需要确认输入和输出点的数量多少。在P1.C的选择上，我们要做的首先要确定控制系统中输入点和输出点的数量，然后根据这个确定基本的选择方向。同时，应注意将接触总数的10%左右留作

15、输入和输出的预备点。第二，我们需要选择合适的电源类型。P1.C拥有着交流和直流两种型号的电源。直流电源一般为24V,交流电源有100-230V。在选择P1.C类型时，应根据系统供电的实际情况选择合适的P1.C类型，使其适合设计要求。第三，我们要了解输出信号的类型是什么。P1.C的输出常常会有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出这一类的。其中，继电器输出方式的输出频率很大，所以在实际应用中这种方式很常见。一般系统中，这种说法可以适应给定的输出信号。晶闸管输出方式用于信号输出，要求信号频率变化快，但输出功率小，载流子电流小。总之，P1.C的选择应根据实际情况，综合分析比较，选择最合适的P1.C类型，从而减少控制系统设计中不必要的麻烦。2机械手概况1.1 机械手的起源与发展机械手，根据名字来看，功能就是使机械设备像人的手一样，可以有效地完成各种要求的动作，带着目的地在不同的位置和环境中控制着物体。机械手是工业上最早出现的自动化设备中的一个，由于复杂的生产环境中不可知的太多，人们不能进行直接操作。因为这样最早的机械手设备在20世纪40年代就已经出现。在工业革命的过程中，已经出现了模仿手和关节运动的机器。但是，开始的机械手的自动化程度非常低，甚至部分动作还要依赖人去完成。随着工业的蓬勃发展，机械手的形状和功能也终于发生了巨大的变革。在20世纪80年代和90年