悬挂式助力机械真空吸盘手抓的设计docx 发布时间:2020-06-15 18:50  作者:真人百家乐  来源:ag真人线上平台  点击:

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  悬挂式助力机械真空吸盘手抓的设计摘要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。机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配、轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。本文的机械手用于搬运物料,在本文中介绍它的组成和分类、自由度和座标型式、气动技术的特点及国内外的发展状况,对机械手进行总体方案设计,确定机械手的座标型式和自由度,确定机械手的技术参数,设计机械手的手臂结构,设计出机械手的气动系统,绘制机械手气压系统工作原理图。利用可编程序控制器对机械手进行控制,选取合适的PLC型号,根据机械手的工作流程制定可编程序控制器的控制方案,画出机械手的工作时的顺序功能图和梯形图,并编制可编程序控制器的控制程序。关键词:机械手设计;物料搬运;气动;AbstractThe industrial robot is composed of the operating machine (mechanical body), the controller, the servo drive system and the detection and sensing device. It is a kind of humanoid operation, automatic control, repeatable programming, and the mechanical and electrical integration automation production equipment that can complete various operations in the three-dimensional space. It is especially suitable for flexible production of multiple varieties and batches. It plays a very important role in stabilizing, improving product quality, improving production efficiency, improving labor conditions and upgrading products.The manipulator is becoming more and more widely used in mechanical processing, stamping, casting, forging, welding, heat treatment, electroplating, spray painting, assembly, light industry, transportation and transportation. In this paper, the manipulator is used to carry the material. In this paper, the composition and classification of the manipulator, the degree of freedom and coordinates, the characteristics of the pneumatic technology and the development status at home and abroad are introduced in this paper. The overall plan of the manipulator is designed, the coordinate type and the degree of freedom of the manipulator are determined, the technical parameters of the manipulator are determined and the hand of the manipulator is designed. The structure of manipulator is designed, and the pneumatic system of manipulator is designed, and the working principle of manipulator pneumatic system is plotted. The programmable controller is used to control the manipulator, select the appropriate PLC model, draw up the control scheme of the programmable controller according to the working process of the manipulator, draw the sequence function diagram and ladder diagram of the manipulator working, and compile the control program of the programmable controller.Key words: manipulator design; material handling; pneumatic;目录摘要1Abstract2第一章、绪论41.1 选题背景41.2 设计目的51.3 发展现状和趋势61.4工作原理及组成61.5机械手的应用与发展71.6研究内容8第二章、总体设计92.1技术参数92.2工作原理分析92.3助力机械手方案设计10第三章、线线第四章、助力机械手系统设计154.1工作原理154.2运动分析154.3臂部设计164.3.1结构的选择174.3.2驱动力计算174.3.3工作压力和结构的确定194.3.4尺寸参数21第五章、PLC简介225.1PLC简介225.2PLC发展趋势235.3PLC的结构和工作原理245.3.1PLC的组成245.3.2PLC程序的表达方式265.3.3PLC的工作方式27第六章、技术经济分析316.1需求分析316.2控制系统的经济特点31结论34致谢35参考文献40第一章、绪论 1.1 选题背景由于工业自动化的全面发展和/gongxue/科学技术的不断提高,对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作已满足不了工业自动化的要求,因此,必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动,满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一,它不仅提高了劳动生产的效率,还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作,减轻人类劳动强度,可以说是一举两得。在机械行业中,机械手越来越广泛的得到应用,它可用于零部件的组装,加工工件的搬运、装卸,特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前,机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元,可以节省庞大的工件输送装置,结构紧凑,而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,应用规模和产业化水平低,机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高,从/Economic/经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此,进行机械手的研究设计具有重要意义。随着工业自动化程度的提高,工业现场的很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人的劳动强度,另一方面可以大大提高劳动生产率。例如,目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中,往往冲压成型这一工序还需要人工上下料,既费时费力,又影响效率。为此,我把上下料机械手作为我研究的课题。气动技术有以下优点:(1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低,工作介质提取容易,而后排入大气,处理方便,一般不需设置回收管道和容器:介质清洁,管道不易堵塞,不存在介质变质及补充的问题.(2)阻力损失和泄漏较小,在压缩空气的输送过程中,阻力损失较小(一般仅为油路的千分之一),空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样,造成压力明显降低和严重污染。(3)动作迅速,反应灵敏。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护,便于自动控制。(4) 能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中,因此,发生突然断电等情况时,机器及其工艺流程不致突然中断。(5) 工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中,气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越,而且不会因温度变化影响传动及控制性能。(6) 成本低廉。由于气动系统工作压力较低,因此降低了气动元、辅件的材质和加工精度要求,制造容易,成本较低。1.2 设计目的目前,我国大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成,其劳动强度大、生产效率低,而且具有一定的危险性,已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应/dangdai/现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺,结合机床的实际结构,利用机械手技术,设计用一台上下料机械手代替人工工作,以提高劳动生产率。本机械手主要与数控机床组合最终形成生产线,实现加工过程的自动化和无人化。1.3 发展现状和趋势? 目前,国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点,其研究的现状和大体趋势如下:(1)机械结构向模块化、可重构化发展。(2)工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、/network/网络化;器件集成度提高,结构小巧,且采用模块化结构;大大提高了系统的可靠性、易操作性,而且维修方便。(3)机械手中的传感器作用日益重要,使其向智能化方向发展。(4)关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计;柔性仿形喷涂机械手开发,柔性仿形复合机构开发,仿形伺服轴轨迹规划研究,控制系统开发; (5)焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究;以及离线示教编程和系统动态仿真。?总的来说,大体是两个方向:其一是机械手的智能化,多传感器,多控制器,先进的控制算法,复杂的机电控制系统;其二是与生产加工相联系,性价比高,在满足工作要求的基础上,追求系统的经济、简洁、可靠,大量采用工业控制器,市场化、模块化的元件。?1.4工作原理及组成机械手的系统工作原理框图如图1-1所示。 图1-1 机械手的组成方框图 (一)执行机构机械手的工作原理:机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下,采用气压传动方式,来实现执行机构的相应部位发生规定要求的,有顺序,有运动轨迹,有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令,必要时可对机械手的动作进行监视,当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统,并与设定的位置进行比较,然后通过控制系统进行调整,从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。1.5机械手的应用与发展机械手臂在产业自动化的应用已经相当广泛,因为各个国家产业分布的不同,以及各产业对于机械手臂的需求量也有差异。主要是使用于人工无法进行或者会耗费较多时间来做的工作,机械手臂在精度与耐用性上可以减少许人为的不可预知问题。自从第一台产业用机器人发明以来,机械手臂的应用也从原本的汽车工业、模具制造、电子制程等相关产业,更拓展到农业、医疗、服务业…等等。 多轴机械手臂研发方面,多轴式机械手臂广泛应用于/wiki/%E6%B1%BD%E8%BB%8A%E8%A3%BD%E9%80%A0汽车制造商、汽车零组件与电子相关产业。机械手臂可以提升产品技术与品质,而这些初期工作大多可以借由机械手臂来完成。机械手臂的精准、零误差,对于产品的品质掌握自然拥有其优势,减少/wiki/%E5%93%81%E7%AE%A1品管所花费的时间与人力。 工业应用上,以装配、加工、/wiki/%E7%86%94%E6%8E%A5熔接、切削、加压、货物搬运、检测…等,全球目前产业使用量是以汽车、汽车零组件、化工、橡胶和塑料等最大。现在,ROBOT的应用已越来越多元化,依据/w/index.php?title=%E5%9C%8B%E9%9A%9B%E6%A9%9F%E5%99%A8%E4%BA%BA%E5%8D%94%E6%9C%83&action=edit&redlink=1国际机器人协会(IFR)的统计,至2007年底机械手臂除了工业以外,最多应用于救援、保全与野地(田野、牧场等),近年来,各先进国家为了提升台机器人的技术水平,都会推广机器人产业与创立相关联盟,并且特别针对工业以外的领域进行推广,例如:医疗、服务、生活方面…等。以医疗为例,有许多大型医学中心使用以手动操控方式之机械手臂,结合/wiki/%E6%98%BE%E5%BE%AE%E5%9B%BE%E8%B0%B1显微影像显示系统所结合的手术型机器人。 机械手臂的研发也朝向节省人力、减少人类暴露在危险的工作环境、甚至进行更加精密的工作或是辅助操作。机械手臂的技术发展都是为了让人类在工作与生活中更加便利。1.6研究内容本助力机械手需对软体包装物(硫酸亚铁)进行上下料,对真空吸盘的工作原理进行了解,收集相关工程设计和实际使用的相关文献;查阅真空吸盘相关知识产权,掌握相关专利的关键技术点,使本设计方案中提出的关键技术要点不与已有的技术要点相重叠。对抓取物料进行分析,设计真空吸盘、动力管路的总体方案,计算相关力学性能。绘制平衡气缸、线),气缸模式下的助力机械手三维仿线份,撰写设计计算说明书一份,通过毕业答辨。第二章、总体设计 2.1技术参数设计一套助力机械手,利用桁架式悬挂助力机械手,可实现多向全方位搬运,可达范围广,适合本项目搬运工作。利用助力机械手辅助搬运,达到节省人工及提高工作效率的目的。结构类似图1.1图1.1机械手方案图2.2工作原理分析助力机械手功能原理如图1.2所示图2.1 功能原理图真空吸盘工作原理:真空的产生可以是由电动机、真空泵以及各种真空器件所组成的真空系统来提供,也可以由压缩空气通过真空发生器所产生的二次真空来提供。前者需要配置独立的真空系统,而后者可以利用一般生产过程中已有的空气压缩系统。因此,特别在各种包装作业过程中,利用二次真空方法显得十分方便、经济。真空发生器的原理是:压缩空气通过收缩的喷嘴后,从喷嘴喷射出的高速气流卷吸周围的静止流体和它一起向前流动,从而在接受室形成负压,诱导二次真空。这样的真空系统,尤其对于不需要大流量真空的工况条件更显出它的优越性。用真空吸盘来抓取物体,可以根据物体的不同形状来实现任意角度的传递。以下将从两种特殊位置,即水平和垂直两个方向,对真空吸盘的受力进行动态分析。2.3助力机械手方案设计对于真空吸盘式气动的机械手,其工件的运动只需较少的自由度就能完成。气液联合控制和电液联合控制则使系统和结构上很复杂,故采取气压传动方式。本机械手是专用自动机械手,选择智能控制方式中的PLC程序控制方式,这样可以使机械手的结构更加紧凑和完美。本机械手的执行系统是手部机构。手部机构形式多样,但综合其总体构型,可分为:气吸式、电磁式和钳爪式3种。根据本组合机床加工工件的特征,选择气吸式(真空吸盘式)手部结构。常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: 直角坐标型机械手、圆柱坐标型机械手、球坐标(极坐标)型机械手、多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小,且根据本机械手坐标形式分析分析本机械手臂的运动形式及其组合情况,采用圆柱坐标形式。因此方案确定机械手采用气压传动方式,PLC控制,真空吸盘式手部结构,圆柱坐标形式。第三章、线动力学分析在产品包装、物体传输和机械装配等自动作业线上 ,使用真空吸盘来抓取物体的案例越来越多。柔而有弹性的吸盘可以很方便地实现诸如工件的吸持、脱开、传递等搬运功能 ,并确保不损坏其作用之对象。而吸持力靠真空系统维持 ,真空的产生可以是由电动机、真空泵以及各种真空器件所组成的真空系统来提供,也可以由压缩空气通过真空发生器所产生的二次真空来提供。前者需要配置独力的真空系统 ,而后者可以利用一般生产过程中已有的空气压缩系统。因此 ,特别在各种包装作业过程中,利用二次真空方法显得十分方便、经济。真空发生器的原理是 压空气通过收缩的喷腾后 ,从喷嘴喷射出的高速气流卷吸周围的静止流体和它一起向前流动 ,从而在接受室形成负压 ,诱导二次真空。这样的真空系统,尤其对于不需要大流量真空的工况条件更显出它的优越性。真空发生器的结构及参数设计 ,可以根据需的真空度设计出所需的真空发生器。用真空吸盘来抓取物体 ,可以根据物体的不同形状实现任意角度的传递。图3.1 真空吸盘的安装位置在此次设计中,工件平放;故从水平方向对真空吸盘的受力分析进行动态分析。如图3.1所示为真空吸盘用于水平位置工作时的安装方位。在图3.1吸盘水平安装时 ,除了要吸持住工件负载外 ,还应该考虑吸盘移动时因工件的惯性力对吸力的影响。3.2真空吸盘的选取为了确保真空吸盘能完成给定的任务,需考虑一定的安全系数,根据理论和实践经验,真空吸盘的安全系数N一般取2.5,因此,许用提升重量= 理论提升重量/N=垂直提升力/N 表3.1 吸盘直径、面积、垂直提升力参数表吸盘垂直提升力(N)吸盘直径D(mm)0吸持面积(cm2)0.7851.332.013.144.918.0412.619.6吸盘垂直提升力(N)(-0.04MPa)3.145.328.0412.5619.6432.1650.478.4由上表可知,当工件重量为50kg时,许用提升重量为19.6N,欲使安全系数达到要求,只需满足 即可,由表3.1选取吸盘直径为50mm即可满足考虑到吸附物的可吸附尺寸(面),所选的吸盘直径应设定为大于所需吸盘直径(D)因吸盘在吸附时会变形,吸盘的外径将增加10%左右。因为真空压力会使吸盘变形,所以吸附面积要比吸盘直径小。变形度根据吸盘的材质,形状,橡胶的硬度而有区别,因此,在计算得出吸盘直径时需留出余量。安全系数中包括变形部分。吸盘直径虽表示吸盘的外径,但利用真空压力吸附物体时,因真空压会使橡胶变形,吸附面积也会随之缩小。缩小后的面积即称为有效吸附面积,此时的吸盘直径即称为有效吸盘直径。根据真空压力,吸盘橡胶的厚度以及与吸附物的摩擦系数等不同,有效吸盘直径也会有差异,一般情况可预估会缩小10%。综合上述,所选吸盘参数为:吸盘直径D=50mm, 吸盘吸持面积A=12.6,吸盘个数n=1,线真空发生器设计真空发生器用于产生真空,结构简单,体积小,无可动机械部件,安装和使用都很方便,因此应用很广泛,真空发生器产生的线kpa,真空发生器的工作原理如图3.2所示。它是由先收缩后扩张的拉瓦尔喷管1、负压腔2、和接收管3等组成,有供气口、排气口和真空口,当供气口的供气压力高于一定值后,喷管射出的超声速射流。由于气体的粘性,高速射流卷吸走负压腔内的气体,使该腔形成很低的真空度,在真空口A处接上真空吸盘,靠真空压力和吸盘吸取物体。图3.2 真空发生器的结构原理图真空发生器的结构简单,无可动机械部件,故使用寿命长。真空发生器的耗气量是指供给拉伐尔喷管的流量,它不但由喷嘴的直径决定,还与供气压力有关。同意喷嘴直径,其耗气量随供气压力的增加而增加。喷嘴直径是选择真空发生器的主要依据。喷起直径越大,抽吸流量和耗气量就越大,真空度越低;喷嘴直径越小,抽吸流量和耗气量越小,真空度越高。真空度存在最大值Pzmax,当超过最大值后,即使增加供气压力,真空度不但没有增加反而下降。实际使用时,建议线%)Pzmax。在真空吸盘的选取时,已确定线可得,该真空发生器耗气量和线其他元器件选用一个完整的真空吸附系统还包括真空过滤器 、 供给阀 、 破坏阀等 , 真空过滤器的选择ZFB-200-06 型, 流量是 30L/min, 大于线L/min, 满足需求, 真空节流阀选择KLA系列单向节流KLA-L6,公称通径是6mm,有效截流面大于5mm2,泄露量小于50cm3/min,单向阀开启压力为0.05Mpa。供给阀设置在压力管路中,选择一般的换向阀AB31、AB41系列多流体二位二通直动截止电磁换向阀,型号:AB310-1-6,公称通径5mm,AB接管螺纹ZG1/8,有效截面面积15.3mm2,有效截面面积大于线倍,供气口得连接管内径大于喷嘴直径的4倍,减少供给回路的压力损失。真空换向阀设置在真空回路中,必须选择能用在真空条件下的换向阀,真空换向阀要求不泄露,故选择用截止式和导膜片式结构比较理想,选择09270、09550系列多种流体二位二通先导膜片式电磁阀,型号:0927000,接管螺纹1/4in,通径8mm,换向频率大于0.5HZ。第四章、助力机械手系统设计4.1工作原理真空吸盘式气动机械手是自动化流水生产线中广泛应用的工件搬运机械设备,它是流水线作业中不可或缺的运输单元。气动机械手要求气压系统完成的主要动作是(工件平放):吸持工件---大臂上升200mm---大臂回转180°---手臂延伸300mm---放下工件---手臂收缩300mm---大臂反转180°---大臂下降200mm。整个周期要完成所有动作必须由3个气压缸协调动作才能做到,图4.1所示为该机械手的气压传动系统工作原理图。图4.1 机械手的气压传动系统工作原理图1-气源 2-空气过滤器 5-单向阀 6、9-两位二通阀 7-先导型阀 8-三位四通电磁阀 10-节流阀 11-调速阀其余元件已在上图说明。 4.2运动分析1、吸持工件 在整机启动的情况下,气体流经单向阀,然后PLC控制程序指令控制电磁铁3DT通电吸合,此时此二位四通电磁阀处于右位,气体直接流进右腔,从而拉动滑槽杠杆式结构吸持工件。2、大臂上升 PLC指令控制电磁铁4DT通电吸合。气体经单向阀5,流经图5.1所示从左到右第二个三位四通电磁阀左位,然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀,接着流向减压阀和单向阀构成的复合阀,然后直接流向大臂升降气压缸的下腔,从而推动机械手做上升运动。3、大臂回转 PLC指令控制电磁铁6DT通电吸合。泵3供油经单向阀5,流经图4.1所示从左到右第一个三位四通电磁阀左位,然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀,然后直接流向大臂回转气压缸,从而推动机械手大臂做左右摆动运动。4、手臂延伸 PLC指令控制电磁铁1DT通电吸合。泵3供油经单向阀5,流经图4.1所示从左到右第三个三位四通电磁阀右位,然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀,然后直接流向手臂伸缩气压缸,从而推动机械手手臂做伸缩运动。5、放松工件 气体流经单向阀,然后PLC控制程序指令控制电磁铁3DT断电跳开,此时此二位四通电磁阀处于左位,气体直接流左腔,从而放松工件。6、手臂收缩 PLC指令控制电磁铁2DT通电吸合气体经单向阀5,流经图5.1所示从左到右第三个三位四通电磁阀左位,然后直接流向手臂伸缩气压缸,从而推动机械手手臂做收缩运动。7、大臂回转 PLC指令控制电磁铁7DT通电吸合。气体经单向阀5,流经图5.1所示从左到右第一个三位四通电磁阀左位,接着气体流经节流阀和单向阀构成的调速阀,然后直接流向大臂回转气压缸,从而推动机械手大臂做左右摆动运动。8、大臂下降 PLC指令控制电磁铁5DT通电吸合。气体经单向阀5,流经图5.1所示从左到右第二个三位四通电磁阀左位,然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀,然后直接流向大臂升降气压缸的上腔,从而推动机械手做下降运动。至此就完成整个机械手的循环运动,如果此时接到停止的指令,则10DT和11DT同时通电,电磁铁将电磁换向阀到上位,此时气压系统卸压,同时上面的各个电磁铁同时断电回到默认位置,完成卸荷。电磁铁动作顺序表如下:4.3臂部设计臂部应承载能力大、刚度好、自重轻:根据受力情况,合理选择截面形状和轮廓尺寸; 提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离;合理布置作用力的位置和方向;注意简化结构;提高配合精度。臂部运动速度要高,惯性要小:机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一,它反映机械手的生产水平。对于高速度运动的机械手,其最大移动速度设计在1000~1500mm/s,最大回转角速度设计在180°/s内,大部分平均移动速度为1000mm/s,平均回转角速度在90°/s。在速度和回转角速度一定的情况下,减小自身重量是减小惯性的最有效,最直接的办法,因此,机械手臂部要尽可能的轻。手臂动作应该灵活:为减少手臂运动之间的摩擦阻力,尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。对于悬臂式的机械手,其传动件、导向件和定位件布置合理,使手臂运动尽可能平衡,以减少对升降支撑轴线的偏心力矩,特别要防止发生机构卡死(自锁现象)。为此,必须计算使之满足不自锁的条件。总结:以上要求是相互制约的,应该综合考虑这些问题,只有这样,才能设计出完美的、性能良好的机械手。4.3.1结构的选择手臂的典型运动形式有:直线运动,如手臂的伸缩,升降和横向移动;回转运动,如手臂的左右摆动,上下摆动;符合运动,如直线运动和回转运动组合,两直线运动的双层气压缸空心结构。通过以上,综合考虑,本设计选择双导杆伸缩机构,使用气压驱动,气压缸选取双作用气压缸。4.3.2驱动力计算先进行粗略的估算,或类比同类结构,根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸,再进行校核计算,修正设计。如此反复,绘出最终的结构。做水平伸缩直线运动的气压缸的驱动力根据气压缸运动时所克服的摩擦、惯性等几个方面的阻力,来确定来确定气压缸所需要的驱动力。气压压缸活塞的驱动力的计算。 摩擦力的计算 不同的配置和不同的导向截面形状,其摩擦阻力是不同的,要根据具体情况进行估算。下图是机械手的手臂示意图,本设计是双导向杆,导向杆对称配置在伸缩缸两侧。由于导向杆对称配置,两导向杆受力均衡,可按一个导向杆计算。得 得 式中 参与运动的零部件所受的总重力(含工件)(N);L——手臂与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑的前端的距离(mm)a——导向支撑的长度(mm); ——当量摩擦系数,其值与导向支撑的截面有关。对于圆柱面:——摩擦系数,对于静摩擦且无润滑时:钢对青铜:取u=0.1~0.15钢对铸铁:取u=0.18~0.3计算:导向杆的材料选择钢,导向支撑选择铸铁 ,,L=0.8-0.2=0.6m,导向支撑a设计为0.1m将有关数据代入进行计算手臂惯性力的计算本设计要求手臂平动是,在计算惯性力的时候,设置启动时间,启动速度V=V=, 不同的密封圈其摩擦阻力不同,在手臂设计中,采用O型密封,当气压缸工作压力小于10Mpa。气缸处密封的总摩擦阻力可以近似为:。经过以上分析计算最后计算出气压缸的驱动力:4.3.3工作压力和结构的确定经过上面的计算,确定了气压缸的驱动力F=1700N,选择气压缸的工作压力P=0.04MPa气压缸内径的计算,如图4.2所示图4.2 双作用气压缸示意图当气进入无杆腔,当气进入有杆腔中, 气压缸的有效面积:故 (无杆腔) (有杆腔) F=1625.7N,=,选择机械效率将有关数据代入: 选择标准气压缸内径系列及机械的工作范围冗余设计,选择D=40mm.气压缸外径的设计根据装配等因素,考虑到气压缸的臂厚在7mm,所以该气压缸的外径为54mm.活塞杆的计算校核活塞杆的尺寸要满足活塞(或气压缸)运动的要求和强度要求。对于杆长L大于直径d的15倍以上,按拉、压强度计算: 设计中活塞杆取材料为45刚,故,活塞直径d=20mm,现在进行校核。结论: 活塞杆的强度足够。4.3.4尺寸参数根据夹紧力和驱动力的计算,初步确定了气压缸的内径为40mm,行程为500mm;下面要确定气压缸的缸筒长度L。缸筒长度L由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定,即:L=l+B+A+M+C式中:l为活塞的最大工作行程;B为活塞宽度,一般为(0.6-1)D;A为活塞杆导向长度,取(0.6-1.5)D;M为活塞杆密封长度,由密封方式定;C为其他长度,在此由于定位方式为定位块式,需要保留一定的缸体冗余长度作为缓冲,以免在运动过程中损伤到缸体,所以C取60mm。一般缸筒的长度最好不超过内径的20倍。另外,气压缸的结构尺寸还有最小导向长度H。 所以:L=500+0.8D+D+0.9D+C=668mm 气压缸缸底厚度计算,本气压缸选用平行缸底,且缸底无气孔时,其中h为缸底厚度;为气压缸内径;为实验压力;为缸底材料的许用应力,气压缸选用缸体材料为45号钢,。 ,所以选取厚度。第五章、PLC简介5.1PLC简介 PLC(编程逻辑控制器)是20世纪60年代末期逐步发展起来的一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。近几年来,PLC技术在各种工业过程控制、生产自动线控制及各类机电一体化设备控制中得到极其广泛的应用,成为工业自动化领域中的一项十分重要的应用技术。 在PLC出现以前,继电器控制曾得到广泛应用,在机电设备和工业过程控制领域中占有主导地位。但是继电器控制系统有明显的缺点:体积大,可靠性低,故障查找困难,特别是因为它是由硬接线逻辑构成的系统,造成了接线复杂,容易出故障,对生产工艺变化的适应性较差。 20世纪60年代未,美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号不断更新的需要,试图寻找一种新的生产线控制方法,使之尽可能地减少重新设计继电器控制系统的工作量以及尽量地减少控制系统硬连接线的数量,以降低生产成本,缩短制造周期,减少生产线的故障率,从而有效地提高生产效率。当时,电子计算机的硬件己经基本完备,其主要功能是通过软件来实现的,因此具有灵活性、通用性等优点,但价格相对来说比较昂贵,于是他们想到了把继电器控制系统简单易懂、操作方便、价格便宜的长处与计算机灵活、通用的优点结合起来,用来制造一种新型的工业控制装置,并进而采用招标的方式,首先山美国数字设备公司(DEC)研制出符合上述想法的工业控制装置,命名为可编程逻辑控制器, 即PLC(Programmable Logic Controller)。1969年,第一台PLC在GM公司汽车生产线上首次运行,成功地取代了沿用多年的继电器控制系统,尽管当时的PLC功能仅具有逻辑控制、定时、计数等功能,但却标志着一种新型装置问世。 随着微电子技术和计算机技术的飞速发展,20世纪70年代中期又出现了微处理器和微型计算机,这些新技术很快也被用到PLC之中,使得PLC不仅其有逻辑控制功能,而且还增加了运算、数据处理和传送等功能,从而成为具有计算机功能的新型工业控制装置。1980年美国电器制造商协会(NEMA)正式将其命名为可编程控制器(Programmable Controller)简称PC[3]。 国际电工委员会(IEC)于1982年11月和1985年1月颁布了可编程控制器的第一稿和第二稿,对可编程控制器作了如下的定义:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它可采用可编程序的存储器,用来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的命令,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械和生产过程。可编程控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充功能的原则而设计。” 之所以把可编程控制器简称为PC,因为它已经不再是仅具有逻辑控制功能的装置了。只是由于20世纪80年代崛起的个人计算机(Personal Computer)也简称为PC。为了加以区别,人们又把可编程控制器简称为PLC。本文均称其为PLC[4]。5.2PLC发展趋势 1)向高速度、大存储量方向发展 为提高处理能力,要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前大中型PLC的速度可达0.2ms/k步左右。各大公司都把PLC的扫描速度作为一个很重要的竞争指标。 2)向多品种方向发展 目前中小型PLC比较普遍。为适应市场的多种需要,今后PLC 发展要向多品种方向,特别是向超大型和超小型两个方向发展。目前开关量输入输出点数达到8192点的大型PLC 己比较多。为适应大规模控制系统的需要,输入输出点数还在增加。 3)编程语言多样化 PLC系统结构不断发展的同时,编程软件也在不断发展。编程语言朝着多种编程语言的方向发展。尽管大多数PLC采用继电器梯形图语言(RLL),但是新的编程语言还是不断出现,现在有部分PLC 已采用高级语言 (如BASIC语言等)。 4)发展智能模块 智能模块是以微处理器为基础的功能部件。它可以与PLC 的主CPU并行工作,占用主CPU的时间很少,有利于提高PLC的扫描速度。发展智能模块可进一步提高PLC处理信息的能力和控制功能[3]。5.3PLC的结构和工作原理 PLC是以微处理器为核心的数字式电子、电气自动控制装置,也可以说是一种专用微型计算机。各种PLC的具体结构虽然多种多样,但其组成的一般原理基本相同,即都是以微处理器为核心,并辅以外围电路和I/O单元等硬件所构成。正像通用的微机一样,PLC的各种功能的实现,不仅基于其硬件的作用,而且要靠其软件的支持。5.3.1PLC的组成 PLC主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入/输出部件(I/O)、电源和编程器几大部分组成[5]。1)中央处理单元(CPU) 不同的PLC所采用的CPU有所不同,通常有三种: a 通用微处理器(如8086, 80286, 80386等)。 b 单片机芯片(如8031, 8096等)。 c 位片式微处理器(如AMD-2900等)。PLC的档次越高,CPU的位数也越多,运算速度也越快,其指令功能也越强。2)存储器 PLC的内部存储器(简称内存)用来存储系统管理程序和用户程序。内存有两种:a 随机存储器RAM。 b 只读存储器ROM, PROM, EPROM, EEPROM。3)输入/输出(I/O单元)输入、输出信号分为开关量、模拟量、数字量。本设计的输入和输出均采用开关量,所以这里仅以开关量为例进行说明。 I/O单元是PLC与被控对象之间传递输入输出信息的接口部件。为了防止各种干扰和高电压窜入PLC 内部而影响其工作可靠性,I/O单元首先应具有电隔离作用和滤波作用。PLC 的各种输入器件(如各种开关、接头和热电偶等)和各种输出控制器件(如电磁阀、接触器、和继电器等)有交流和直流型,有高电压和低电压型,有电压型和电流型。为保证PLC 能正常工作,I/O单元必须把外部的电压和电流信号变换成PLC 能接受和识别的低电压信号,以及把PLC 输出的低电压信号变换成被控器件能接受或所要求的电压、电流信号,因此I/O单元还应具有电压、电流的变换作用。 通常PLC的输入有三种类型:一种是直流(DC)12—24V输入,另一种是交流(AC)100—120V 或200—240V 输入,第三种是交直流(AC/DC)12-24V 输入。输入开关可以是无源触点或传感器的集电极开路晶体管。各种PLC的输入电路大致相同。 通常,PLC的输出也有三种形式:一种是继电器输出型,CPU输出时接通或断开继电器的线圈,继电器的触点闭合或断开,通过继电器触点控制外电路的通断;另一种是晶体管输出型,通过光耦合使开关晶体管截止或饱和导通以控制外电路;第三种是双向晶闸管输出型,采用的是光触发型双向晶闸管。在这三种输出中,以继电器输出响应最慢。 每种输出电路都有隔离措施。继电器的触点和线圈将PLC内部电路与外部负载电路进行电气隔离。晶体管输出型是在PLC内部电路与输出晶体管之间用光耦合器进行隔离。双向晶闸管输出型是在PLC内部电路与双向晶闸管之间采用光触发晶闸管进行隔离。 输出电路的负载电源由外部提供。输出电流一般为0.5-2.0A,输出电流的额定值与负载性质有关。4)电源 PLC的电源一般为单相交流电源,电源电压必须与额定电压相符(通常为110V或220V),也有用直流24V供电的。PLC对电源的稳定性要求不高,一般允许电源电压额定值在±15%的范围内波动。PLC都包括一个稳压电源,用于对CPU和I/O单元供电。有些PLC的电源与CPU合为一体。有的PLC特别是大中型PLC备有专用电源模块。有些PLC电源部分还提供有DC24V稳压输出,用于对外部传感器供电。5)编程器 编程器是PLC很重要的附件,它主要由键盘、显示器、工作方式选择开关和外存储器接插口等部件组成。编程器分简易型和智能型两类。小型PLC常用简易编程器,大中型PLC多用智能CRT编程器。编程器的作用是编制用户程序,将程序送入存储器。利用编程器检查修改用户程序和在线监视PLC的工作状况。除上述简易型和智能型这两种编程器之外,还可采用通用计算机作为编程器。现在有些公司在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包,即可使这些微机作为编程器用。用微机作为编程器, 可以直接编制梯形图,监视功能也比较强,并且对于己经拥有微机的用户,可省去一台编程器,节省开支。编程器的功能随着PLC功能的不断增强也在不断强化,它已不是一个单一的程序输入装置,而兼有许多功能。编程器通常有两种编程方式: a 在线(联机)编程方式 编程器与PLC上的专用插座直接相连,程序可直接写入到PLC的用户程序存储器中去,也可先将程序存放在编程器内,然后再转入PLC 的存储器中。这种编程方式不但调试程序方便,而且还能监视PLC内部工作状态。 b 离线(脱机)编程方式 编程器与PLC脱开,待程序写完后才与PLC相连。离线编程方式不影响PLC的现行工作[6]。5.3.2PLC程序的表达方式 与计算机的工作原理一样,PLC 的操作是按其程序要求进行的,而程序是用程序语言表达的。表达方式有多种多样,不同的PLC生产厂家,不同的机种,采用的表达方式也不相同。但基本上可归纳为字符表达方式(即用文字符号表达程序,如语句表程序表达方式)和图形符号表达方式(即用图形符号表达程序,如梯形图程序表达方式)这两大类。也有将这两种方式结合起来表示PLC程序。1)梯形图 PLC的梯形图编程语言与传统的“继电、接触”控制原理图十分相似,它形象、直观、实用,为广大电气技术人员所熟知。这种编程语言继承了传统的继电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式,使得程序直观易读。当今世界上各国的PLC制造厂家所生产的PLC大都采用梯形图语言编程。 2)语句表 用语句表所描述的编程方式是一种与计算机汇编语言类似的助记符编程方式。由于不同型号的PLC的标识符和参数表示方法不一,所以无千篇一律的格式。 3)逻辑符号图 采用逻辑符号图表示控制逻辑时,首先定义某些逻辑符号的功能和变量函数,它类似于“与”、“或”、“非”逻辑电路结构的编程方式。一般说来,用这三种逻辑能够表达所有的控制逻辑。这是国际电工委员会(IEC)颁布的PLC编程语言之一。 4)高级编程语言 随着软件技术的发展,近年来推出的PLC,尤其是大型PLC,已开始用高级语言进行编程。许多PLC采用类似PASCAL语言的专用语言,系统软件具有这种专用语言编程的自动编译程序。采用高级语言编程后,用户可以像使用普通微形计算机一样操作PLC。除了完成逻辑控制功能外,还可以进行PID 调节、数据采集和处理以及计算机通信等。 上述几种编程语言(方式),最常用的是梯形图和语句表,其次是逻辑符号图,近几年来也使用高级语言[6]。5.3.3PLC的工作方式 1)PLC中等效元件的功用及其编号 PLC中的等效输入继电器X和等效输出继电器Y。计时器T、计数器C、辅助继电器M 等均可理解为一个线圈和多个动合(常开)、动断(常闭)触点,并都可以在PLC内部控制电路中使用,且均具有各自的相应编号,下面分别简介其功用与编号。a 输入继电器(X) PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口,PLC 内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器,它们的编号与接线端子编号一致(按八进制输入),线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用,且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10ms。各基本单元都是八进制输入的地址,输入为X000 ~ X007,X010 ~X017,…… 。它们一般位于机器的上端。b 输出继电器(Y) PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制,输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用,其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的 。各基本单元都是八进制输出,输出为Y000 ~Y007,Y010~Y017,……。它们一般位于机器的下端。c 辅助继电器(M) PLC内有很多的辅助继电器,其线圈与输出继电器一样,由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器,它没有向外的任何联系,只供内部编程使用。它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制。但是,这些触点不能直接驱动外部负载,外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。如下图中的M300,它只起到一个自锁的功能。在FX2N中普遍途采用M0~M499,共500点辅助继电器,其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器,如掉电继电器、保持继电器等,在这里就不一一介绍了。d 定时器(T) 在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式,当所计时间达到设定值时,其输出触点动作,时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值,也可以用数据寄存器(D)的内容作为设定值。在后一种情况下,一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此,若备用电池电压降低时,定时器或计数器往往会发生误动作。 定时器通道范围如下: 100 ms定时器T0~T199, 共200点,设定值:0.1~ 3276.7秒; 10 ms定时器T200~TT245,共46点,设定值:0.01~327.67秒; 1 ms积算定时器 T245~T249,共4点,设定值:0.001~32.767秒; 100 ms积算定时器T250~T255,共6点,设定值:0.1~3276.7秒; 当定时器线 ms的时钟脉冲进行累积计数,当前值与设定值K123相等时,定时器的输出接点动作,即输出触点是在驱动线触点吸合后,Y000就有输出。当驱动输入X000断开或发生停电时,定时器就复位,输出触点也复位。 每个定时器只有一个输入,它与常规定时器一样,线圈通电时,开始计时;断电时,自动复位,不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器,一个为设定值寄存器,另一个是现时值寄存器,编程时,由用户设定累积值。 定时器线0 ms的时钟脉冲进行累积计数,当该值与设定值K345相等时,定时器的输出触点动作。在计数过程中,即使输入X001在接通或复电时,计数继续进行,其累积时间为34.5s(100 ms*345=34.5s)时触点动作。当复位输入X002接通 ,定时器就复位,输出触点也复位。e 计数器(C) FX2N中的16位增计数器,是16位二进制加法计数器,它是在计数信号的上升沿进行计数,它有两个输入,一个用于复位,一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1,当现时值减到零时停止计数,同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时,触点才断开,设定值又写入,再又进入计数状态。 其设定值在K1~K32767范围内有效。设定值K0与K1含义相同,即在第一次计数时,其输出触点就动作。通用计数器的通道号:C0 ~C99,共100点。保持用计数器的通道号:C100~C199,共100点。通用与掉电保持用的计数器点数分配,可由参数设置而随意更改。 由计数输入X011每次驱动C0线圈时,计数器的当前值加1。当第10次执行线的输出触点即动作。之后即使计数器输入X011再动作,计数器的当前值保持不变。?当复位输入X010接通(ON)时,执行RST指令,计数器的当前值为0,输出接点也复位。?应注意的是,计数器C100~C199,即使发生停电,当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。f 数据寄存器(D) 数据寄存器是计算机必不可少的元件,用于存放各种数据。FX2N中每一个数据寄存器都是16bit(最高位为正、负符号位),也可用两个数据寄存器合并起来存储32bit数据(最高位为正、负符号位)[7]。 2)PLC的扫描工作方式 这个过程可分为内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段,整个过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。在内部处理阶段,PLC检查CPU模块内部硬件是否正常,复位监视计时器, 以及完成其它一些内部处理。在通信处理阶段,PLC与带微处理器的智能装置通信,响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容。在PLC 处于停止运行(STOP)状态时,只完成内部处理和通信服务工作。在PLC处于运行(RUN)状态时,除完成上述操作外,还要完成输入处理、程序执行、输出处理工作。从输入→第1步运算→第2步运算,…… ,最后一步运算→输出顺序执行[4]。 3)PLC的工作原理——计算机特性PLC按扫描方式或串行方式工作,其实质就是因为PLC是一台微型机,它按照微型计算机的工作方式一条条从内存中读取指令,执行指令只是为了便于工厂中技术人员和工人的使用,才把PLC的程序用梯形图来表示。特别是中、高档PLC的指令集中已出现了类似于微型机的指令,比如从操作方式上讲有数据或数据块在内存数据区内移动指令,有两个数据的加、减、乘、除、开方等运算指令,有中断、比较、移位等指令;从寻址方式上讲有直接寻址、间接寻址和变址寻址等指令。在编写梯形图程序时完全像用汇编语言那样使用它们,对数据进行各种操作,使程序分支,或局部循环,执行子程序或中断服务程序等。在程序连续进行嵌套判别时,因为PLC像微型机一样,只有一个进位位,前边的判别必须用内存中的某个字的某个位,或者说是用PLC的辅助继电器记住其状态,才能进行下面的判别操作,否则会丢失前面判别的结果,使程序运行紊乱。这些状态和工作过程都和微型机的状态和工作过程十分相似[3]。第六章、技术经济分析6.1需求分析 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,增加了工人的劳动强度,甚至危及生命。自从机械手问世以来,相应的各种难题迎刃而解。机械手一般由耐高温,抗腐蚀的材料制成,以适应现场恶劣的环境,大大降低了工人的劳动强度,提高了工作效率。 机械手的发展已有近40年的历史了。其早期的控制主要是应用继电器控制系统连线,控制系统相当复杂。现在全世界已有近100万台机械手在运行,机械手对国民经济和人民生活的各个方面,已产生重要的影响,机械手技术已成为当今主导技术之一。PLC是80年代发展起来的一种新型的电器控制装置,它将传统的继电器控制技术融为一体,目前正以功能强、体积小、成本低、编程简单、修改方便等显著优点被广泛应用于工业生产过程的自动控制中。近年,机械手普遍应用于一些自动化生产厂家,采用PLC控制取代传统体积大 、易出故障的继电器—接触器控制,取得了良好的社会与经济效益。由于传统的继电器控制系统连线复杂、体积大、功耗大、故障率高,因此采用可编程控制器(PLC)的控制系统取代传统的继电器控制系统已是必然的趋势。6.2控制系统的经济特点一个PLC可以简单的视为具有特殊系统结构的工业计算机,只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连的接口,具有更适用于控制要求的编程语言。它的众多特点决定了它与其它相似设备相比,具有很大的经济学意义:1)硬件的可靠性高 PLC专为在工业环境的恶劣条件下应用而设计,一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动,极端温度和湿度很大的环境中。 在硬件设计方面,首先是选用优质器件,再就是采用合理的系统结构,加固,简化安装,使它容易抗振动冲击,对印制电路板的设计、加工及焊接都采用了极为严格的工艺措施,而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如,在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施,做到电浮空,既方便接地,又提高了抗干扰性能;各个I/O端口都除采用常规模拟器滤波以外,还加上数字滤波;内部采用了电磁屏蔽措施,防止辐射干扰;采用了较为先进的电源电路,以防止由电源回路串入的干扰信号;采用了较为合理的电路程序,一旦某模块出现故障,进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。 由于PLC本身具有很高的可靠性,因此发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上,以及如传感器件、限位开关、电磁阀线圈等外围装置上。为了及时诊断故障,有的公司研制了智能可编程I/O系统,供用户了解I/O组件状态和监测系统的故障,也有的公司研制了故障检测程序。近来还发展了公共回路远距离诊断和网络诊断技术[10]。 2)编程简单,使用方便 用微机实现自动控制,常使用汇编语言编程,难于掌握,要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。 PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程,容易掌握。例如,目前大多数PLC均采用的梯形图语言编程方式,既继承了传统控制线路的清晰直观感,又顾及大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平,很容易被电气技术人员所接受,易于编程,程序改变时也容易修改,很灵活方便。 这种面向控制过程、面向问题的编程方式,与目前微机控制常用的汇编语言相比,虽然在PLC内部增加了解释程序,增加了程序执行时间,但对大多数的机电控制设备来说,这是微不足道的。3)接线简单,通用性好PLC的接线只需要将输入信号的设备(按钮、开关等)与PLC输入端子连接,将接受输出信号执行控制任务的执行元件(接触器等)与PLC输出端子连接。接线简单、工作量少,省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”,这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。 用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分,模块化的自诊断接口电路能指出故障,并易于排除故障与替换故障部分,这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。4)可连接为控制网络系统 PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类:一类是低速网络,采用主从方式通信,传输速率从几千波特到上万波特,传输距离为500—2500m;另一类为高速网络,采用令牌传送方式通信,传输速率为1M—10Mbps,传输距离为500—1000m,网上结点可达1024个。这两类网络可以级连,网上可兼容不同类型的可编程控制器的计算机,从而组成控制范围很大的局部网络。5)易于安装,便于维护 PLC安装简单而且功能有效,其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方,在从继电器控制系统改换PLC传统的情况下,PLC小的模块结构使之能安装在继电器箱附近并将连线接向已有接线端,其实改换很方便,只要将输入/输出设备连向接线端口即可。 在大型安装中,长距离输入/输出站安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆或双扭线连向CPU,这种配置大大减少了物料和劳力,长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前有PLC制造商预先连好线,这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间[11]。 从一开始,PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的,维护时只需要更换模块级插入式部分,故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中,就能指示器件是否正常工作,借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF,还可写编程指令来报告故障。 PLC的这些及其其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后,其作用立即显现,其收益也马上实现,像其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。硬件的可靠性高决定了满足同样的控制要求的设备,从长远的角度来说,用PLC控制系统具有成本低、维修费用少的优点;编程简单,这样对编程人员的培训就显得比较容易,而且由于程序的编制比较简单易懂,因此调试的时间和检错的时间就相对缩少,这样不但节约人力、物力和财力,还可以相对的增加设备的正常工作时间,从而获取更大的利润;接线简单,可连接成为网络,易安装维护完善了控制要求,增大了系统控制性能和可靠性,为厂家尽可能的减少了投资,扩大了收益,这些性能使PLC组成的控制系统具有极高的经济效益。结论在机械手移动物体控制系统中,用PLC控制机械手的正转/反转、上升/下降、夹紧/松开。这种控制的好处在于只要系统有输入(按下相应操作的按钮),相应的电磁阀线圈就会马上得电,系统就会马上动作,响应时间迅速。而且通过限位开关来控制最大行程,控制精度也得到了提高。在控制系统中采用了可编程序控制器来控制驱动装置,可编程序控制器不仅仅内置了许多继电器,而且还设置了多个定时器,计数器,这样使系统的接线达到了最简,减少了误差产生的机会。应用可编程序控制器的最大的一个好处在于它是通过编辑程序来完成控制要求的,根据不同的控制要求,编辑不同的控制程序。在系统接线不变更的情况下,只需要适当改变控制程序,就能满足新的要求。而且系统的动作严格按照程序执行,减少了误动作。在人力、物力、财力上都得到了节余。因此,在机械手移动工件控制系统的设计中,采用技术先进,可靠性非常高的可编程控制器,这使得机械设备更灵活有效,动作准确,易于维护,劳动生产率大大提高,各种操作方式的自由切换,满足了各种生产需求。致谢本文是在AAA老师、BBB老师精心指导和大力支持下完成的。AAA老师和BBB老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他们渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时,在此次毕业设计过程中,我也学到了许多关于PLC的知识和其他相关方面的知识。另外,在设计的过程当中,PLC实验室的老师们也时常帮助我,给我提出了许多宝贵的意见,在此我也衷心的感谢他们。 最后,再次对关心、帮助我的老师们表示衷心的感谢!参考文献[1] JB3915-85。液压机安全技术条件.北京:中华人民共和国机械工业部,1985~02~08发布[2] 许福玲、陈尧明主编。液压与气压传动(第二版),北京:机械工业出版社 2004.7[3] 何存兴主编。液压与气压传动,武汉:华中科技大学出版社 2000.8[4] 李爱华等主编。工程制图基础 北京:高等教育出版社,2003.8[5] 钟毅芳等主编。机械设计,武汉:华中科技大学出版社 2001.2[6] 朱理主编。机械原理,北京:高等教育出版社,2004.4[7] 王伯平主编。互换性与测量技术基础,北京:机械工业出版社 2000.2[8] 赵程、杨建民主编。机械工程材料,北京:机械工业出版社 2003.1[9] 秦曾煌主编。电工学,北京:高等教育出版社,2003.2[10] 李建兴主编。可编程序控制器应用技术. 北京:机械工业出版社 2004.7[11] 成大先主编。机械设计手册。北京:化学工业出版社,2004[12] 黄兴。/grid20/detailref.aspx?filename=GXJX200601012&dbname=CJFD2006&filetitle=%e6%b6%b2%e5%8e%8b%e4%bc%a0%e5%8a%a8%e6%8a%80%e6%9c%af%e5%8f%91%e5%b1%95%e5%8a%a8%e6%80%81液压传动技术发展动态./grid20/Navi/Bridge.aspx?DBCode=cjfd&LinkType=BaseLink&Field=BaseID&TableName=CJFDBASEINFO&NaviLink=%e8%a3%85%e5%a4%87%e5%88%b6%e9%80%a0%e6%8a%80%e6%9c%af&Value=GXJX装备制造技术 , /grid20/Navi/Bridge.aspx?DBCode=cjfd&LinkType=IssueLink&Field=BaseID*year*issue&TableName=CJFDYEARINFO&Value=GXJX*2006*01&NaviLink=%e8%a3%85%e5%a4%87%e5%88%b6%e9%80%a0%e6%8a%80%e6%9c%af2006,(01)[13] 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PLC应用开发技术与工程实践[M]. 北京:人民邮电出版社,2005.[12] 三菱电机.FX2N系列可编程控制器编程手册,2006(6).致谢 学生签名: 日 期:附 录图纸清单序号 图样代号 图纸名称图纸大小备注 1 QDJXSZPT-00-00 机械手装配图A0打印 2 QDJXS-02-01 机械手气压系统原理图A1打印 3 QDJXS-03-01 机械手电气控制原理图A1打印 4 QDJXS-01-01 线 齿条A4打印 7 QDJXS-01-04 导向花键轴A4打印 8 QDJXS-01-05 手臂气缸缸体 A1打印参考文献1、 机械设计手册 〔M〕.北京:机械工业出版社,2004.2、濮良贵,浓名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2004.184-2323、冯辛安,黄玉美,村君文.机械制造装备设计[M].北京:机械工业出版社,2005.13-294、 刘朝阳,彭福荫,高政一.机械制图[M].北京:高等教育出版社,2002.9-15,456-459,5、 姜继海,宋锦春,高常识。液压与气压传动[M]。高等教育出版社20096、 郝桐生。理论力学[M]高等教育出版社2013其它参考文献由学生完善。

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