光电子技术毕业论文.doc
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1、毕业设计(论文)报告题 目 基于PLC的机械手模拟控制 系 别 尚德光伏学院 专 业 光电子技术 班 级 0902 学生姓名 刘祥 学 号 100090282 指导教师 王华东 2012年 4 月无锡科技职业学院毕业设计(论文)基于PLC的机械手模拟控制基于PLC的机械手模拟控制摘要:可编程控制器是在继电器控制技术和计算机技术的基础上发展起来的一种以微处理器为核心的工业自动控制设备。它集自动化技术,计算机技术,通信技术为一体,广泛应用于自动化控制的各个领域。它采用了可编程序的存储器,可以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时器、计数器和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入输出,控
2、制各种类型的设备或生产过程。可编程控制器结构简单、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长,可以适应复杂的工业环境,因此在汽车、钢铁、航空航天、船舶、化工、纺织、食品、造纸、军工等工业领域获得了广泛的应用。机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象,机械手在现代化规模生产过程中可以完成很多工作,如搬运物品、装配工件、切割、喷染等,应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作,可以简化控制线路,节省成本,提高生产效率。如果加入一些检测元件,可以使机械手的动作操作更加准确,可以更加完善的应用于各个领域。关键词: PLC,机械手ABSTRACTAbstract:Programmable
3、controller is a microprocessor as the core of the industrial control device. It USES the programmable memory, can be in its internal storage to perform the logic operation, sequence control, timer, counter and arithmetic operation instruction, and through the digital and analog input and output, the
4、 control various types of equipment or the production process. Programmable controller simple structure, convenient operation, high reliability, general flexible, small volume, long service life, in car, steel, aerospace, ship, chemical, textile, food, paper making, war industry and so on field has
5、been widely used. Manipulator is in the field of industrial automatic control often met in a control object, robots can do many work, such as carrying things, assembly workpiece, cut, and dyed jet, PLC control realization of different provisions of the manipulator process can be simplified control c
6、ircuit, action, to save costs, improve the production efficiency. In order to make more accurate, join operation action some test components, more perfect used in each field. Key Words: PLC, mechanical hand目录摘要. iAbstract .ii前言 . . 2第一章 PLC.3 1.1 PLC的简介.31.1. 1 PLC的概念31.1. 2 PLC的组成31.1. 3 PLC工作原理51.
7、1. 4 PLC的特点61.1. 5 PLC的主要功能7第二章 机械手.8 2.1 机械手的简介.82.1. 1机械手的概念8 2.2 机械手的组成和分类.92.2. 1 机械手的组成92.2. 2 机械手的分类12第三章 机械手的PLC控制设计.14 3.1 机械手的传送系统.14 3.2 操作系统设计.153.2. 1操作系统的原理153.2. 2手动单步操作程序设计163.2. 3自动操作程序设计173.2. 4机械手传送系统梯形图203.2.5程序调试运行22结束语.26致谢.27参考文献.28iv前言随着科学技术的日新月异的发展,自动化程度要求越来越高,市场竞争激烈、人工成本快速上涨
8、,以往以人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式,不但占用空间也不利于生产线结构的优化,加上需要人力监督操作,更增加了生产成本,原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度,保障生产的可靠性、安全性,降低生产成本,减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业所面临的重大难题。基于PLC的模拟机械手集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体,充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制;充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点,采用标准化、模块化、系统化设计,配置灵活、组态方便,适应复杂的工业环境。本文就基于PLC机械手在工业
9、控制上的应用作详细阐述。第一章 PLC概况1.1 PLC的简介1.1.1 PLC的概念可编程序控制器,英文称Programmable Controller,简称PC。但由于PC容易和个人计算机(Personal Computer)混淆,故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控
10、制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序编制工作,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。1.1.2 PCL的组成PLC的构成: PLC的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同,但结构与工作原理则大同小异,通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个
11、主要部分组成。PLC的硬件系统结构如图1所示图1 PLC的硬件系统结构PLC的各组成元素的构成及功能:1、CPU的构成及功能-CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后,从用户程序存储器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指
12、挥有关的控制电路。2、I/O模块- PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。I/O种类有开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等。3、内存-内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。不同机型的PLC期内存大小也不尽相同,除主机单元的已有的内存区外,大部分机型还可根据用户具体需要加以扩展。4、电源模块-PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时,有的还为输入电
13、路提供24V的工作电源。电源输入类型有:交流电源(220VAC或110VAC),直流电源(常用的为24VAC)。 5、底板或机架-大多数模块式PLC使用底板或机架,其作用是:电气上,实现各模块间的联系,使CPU能访问底板上的所有模块,机械上,实现各模块间的连接,使各模块构成一个整体。6、PLC系统的其它设备-i) 编程设备:编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件,用于编写程序、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况,但它不直接参与现场控制运行。某些PLC也配有手持型编程器,目前一般由计算机(运行编程软件)充当编程器。ii) 人机界面:最简单的人机界面是指示
14、灯和按钮,目前液晶屏(或触摸屏)式的一体式操作员终端应用越来越广泛,由计算机(运行组态软件)充当人机界面也非常普及。iii)输入输出设备:用于永久性地存储用户数据,如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器,输入模拟量的电位器,打印机等。7、PLC的通信联网-依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此,网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著,甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。 PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口,还有一些内
15、置有支持各自通信协议的接口。 PLC的通信,还未实现互操作性,IEC规定了多种现场总线标准,PLC各厂家均有采用。对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲,选择网络非常重要的。首先,网络必须是开放的,以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展;其次,针对不同网络层次的传输性能要求,选择网络的形式,这必须在较深入地了解该网络标准的协议和机制的前提下进行;再次,综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题,确定不同层次所使用的网络标准。1.1.3PLC的原理PLC的工作原理:PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用
16、户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束。然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。1.1.4 PCL的特点可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置,其实质是一种工业控制用的专用计算机。国内外现有的机械手系统,它们的控制形式大都采用可编程序控制器控制,特别是在智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍。其主要原因是因为PLC具有以下优点:1、灵活、通用在继电器控制系统中,使用的控制器件是大量的继电器,整个
17、系统是根据设计好的电器控制图,由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的,其过程费时费力。如果因为工艺上的稍许变化,需要改变电器控制系统的话,那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除,而重新进行布线、焊接、固定等工作,浪费了大量的人力、物力和时间。而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的,如果控制功能需要改变的话,只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且,同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象,只要改变软件就可以实现不同的控制要求,因此具有很大的灵活性、通用性。2、可靠性高、抗干扰能力强对于机械手系统来说,可靠性、抗干扰能力是非常重要的指标,如何能在各种工作环境和条件(如电磁干
18、扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下,平稳可靠的工作,将故障率降至最低,是研制每一种控制系统必须考虑的问题。现代PLC采用了集成度很高的微电子器件,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,其可靠性程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证PLC能在恶劣的工业环境可靠的工作,在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施,使其可以适应恶劣的工业应用环境。3、操作方便、维修容易PLC采用电气操作人员熟悉的梯形图和功能助记符编程,使用户十分方便的读懂程序和编写、修改程序。对于使用者来说,几乎不需要专门的计算机知识。工程师编好的程序十分清晰直观,只要写好操作说明书,操作人员经短期的学习就
19、可以使用。4、功能强现代PLC不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能,而且还能完成A/D、D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此,它既可控制开关量,又可控制模拟量;既可控制一个机械手,又可控制一个机械手群;既可控制简单系统,又可控制复杂系统;既可现场控制,又可远程控制。5、体积小、重量轻和易于实现机电一体化由于PLC采用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且PLC是为工业控制设计的专用计算机,其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧,并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力,使之易于装入机械设备内部,因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备10。同样,可编程
20、序控制器控制也有其不足的地方,在性价比上要高于继电器控制和单片机控制,其开发潜力要差于单片机,并且通用性不好,不同厂家的可编程序控制器以及其附属单元都是固定专用等等。1.1.5 PCL的主要功能PLC是一种应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置,在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。PLC系统主要有以下功能:1)多种控制功能;2)数据采集、存储与处理功能;3)通信联网功能;4)输入、输出接口调理功能;5)人机界面功能;6)编程、调试功能。PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低,虽然软件价格占的比重有所增加,但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外,采用PL
21、C还可以大大缩短设计、编程和投产周期,使总价格进一步降低。PLC产品面临现场总线的发展,将再次革新,满足工业与民用控制的更高需求第二章 机械手2.1 机械手的简介2.1.1 机械手的概念工业 机 器 人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成,是一种仿人操作,自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃,
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