PLC搬运机械手控制系统设计.docVIP

基于PLC的搬运机械手控制系统设计 摘 要 随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运，可以更好的节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。 本机械手的机械结构主要是曲轴在两条生产线之间搬运任务的搬运机械手控制系统进行设计。采用了电气一体化的设计方案，使用带自锁功能的气缸实现了机械手对工件的抓放和保证了在断气状态下机械手状态的保持，通过伺服电机来实现机械手在水平、竖直方向快速精确的移动。采用SIEMENS公司的SIMATIC S7-200系列PLC作为核心控制器，外扩定位模块EM253模块对伺服电机进行精确的定位控制，从硬件和软件两个方面进行设计，完成了PLC在搬运机械手中硬件连接，I/O点分配和应用程序的设计，实现了机械手的上电初始化、零点复位、故障报警、手动运行、半自动运行和在无人看守时的自动运行。最终达到设计要求，完成搬运目的。 关键词 搬运机械手 定位模块EM2253 控制系统 可编程PLC SIMATIC S7-200系列PLC核心控制器。 目 录 目 录 2 1引言 1 1.1 搬运机械手的应用简况 1 1.2 机械手的应用意义 2 2 系统设计 2 2.1 系统结构及流程 2 2.2 系统主要部件选择 4 2.2.1 气缸的选择 5 2.2.2 阀门的选择 6 2.2.3 行程开关的选择 6 2.2.4 接近开关的选择 6 2.2.5 驱动电机的选择 6 3控制系统的硬件设计 7 3.1 控制系统功能 7 3.2 控制系统硬件结构 8 3.2.1 位控模块 8 3.2.3 控制系统硬件结构 9 3.3 操作面板的设计 9 3.4 PLC系统设计 11 3.4.1 PLC的I/O分配表 11 3.4.2 PLC的I/O接线图 11 3.5 运动控制系统的实现 12 3.6 控制系统电路设计 17 4 系统软件的设计与实现 19 4.1 系统工作方式 19 4.2 程序设计 19 4.2.1 主程序设计 19 4.2.2 初始化子程序设计 20 4.2.3 复位子程序设计 20 4.2.4 报警子程序设计 21 4.2.5 手动运行子程序设计 21 4.2.6 半自动运行子程序 22 4.2.7 自动子程序设计 23 5 结束语 25 致 谢 26 参考文献 27 附录1 系统配件清单 28 附录2 程序清单 28 1引言 1.1 搬运机械手的应用简况 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。 但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75％是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5％。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。 国内外机械工业、铁路部门中搬运机械手主要应用于以下几方面： （1）热加工方面的应用 热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。 （2）冷加工方面的应用 冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。 （3）拆修装方面 拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。 近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提