基于PLC机械手的物料分拣控制毕业设计.docx
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基于PLC机械手的物料分拣控制毕业设计
毕业设计（论文）
题目：
基于PLC机械手的物料分拣控制毕业设计
学号：
姓名：
学历层次：
大专
专业：
电气自动化
班级：
10电气自动化
指导老师：
刘一玲
完成日期：
2012-11-20
目录
摘要…………………………………………………………………………2
前言…………………………………………………………………………3
一、毕业内容简介…………………………………………………………4
二、器材……………………………………………………………………4
三、整机工作原理…………………………………………………………5
四、整机工作流程…………………………………………………………6
五、设计要求………………………………………………………………7
5.1、初始状态…………………………………………………………7
5.2、启动………………………………………………………………7
5.3、送料………………………………………………………………7
5.4、机械手搬送工件…………………………………………………8
5.5、工件分拣…………………………………………………………9
5.6、设备停止…………………………………………………………9
六、工件分拣的意外情况处理……………………………………………9
七、进行工件传送分拣的皮带输送机……………………………………10
7.1、物料分拣传送带…………………………………………………10
7.2、机械手搬运机构…………………………………………………11
7.3、变频器参数………………………………………………………12
八、三菱变频器参数设置方法……………………………………………13
8、1参数设置方法……………………………………………………13
九、I/O分配表……………………………………………………………14
9.1、PL软元件X点注释……………………………………………14
9.2、PLC软元件Y点注释……………………………………………14
十、I/O分配图……………………………………………………………15
十一、端子接线图…………………………………………………………16
十二、梯形图………………………………………………………………17
结束语…………………………………………………………………23
参考文献………………………………………………………………24
基于PLC机械手的物料分拣控制毕业设计
摘要
机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。
它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。
可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
本文结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。
采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。
对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。
在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。
通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型物料分拣机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。
关键词:
机械手，气动控制，可编程控制器（PLC），自动化控制，物料分拣
前言
随着工业的高速发展,机械手在工业生产中已经得到了广泛的应用,它可以搬运货物、分拣物品等,节省了大量的人力。
气动由于结构简单、污染很小,价格便宜也逐渐被人们所重视。
综合气压系统和步进电机的优点设计了气动机械手臂。
机械手在运行过程中要求精度高、可靠性高、灵活性好,因此在旋转部分采用了步进电机,使旋转过程的精度得到了很大提高,采用PLC也使机械手的可靠性也得到了保证。
作为自动化专业的学生，PLC是我们最基础的专业课。
众所周知，PLC自问世以来就在自动控制各个行业发挥着难以取代的核心控制作用。
PLC运行可靠，适用于各种恶劣的工业环境，PLC和工控机（IPC）相比，其运行可靠、可扩展性好、便于电气连接、控制更专业，但是工控机良好的人机界面，方便高级语言都是PLC所不能比拟的。
组态软件在很多场合应用于控制，可整个控制的中心往往还是PLC，组态软件（上位机）所起的控制作用很小。
人机界面一般用于简单的动作控制，工艺参数的编制，配方的设定等等，虽然在概念上属于控制范畴，但它并未真正起到核心控制作用，因为真正长期的自动运行控制是由PLC完成。
我们不经常使用工控机作为核心控制部分的原因有两点：
第一，工控机不适于在很恶略的环境下运行；第二，工控机经常采用的Windows系统并不能够让人放心，其长期运行效果并不好。
尽管PLC、IPC在自动化控制中扮演不同角色，在许多运行连续时间较短，环境相对比较好的地方，人们还是希望使用IPC进行核心控制。
使用IPC进行核心控制有很多种实现方式，当然其中最为简单的办法就是使用组态软件。
在工厂和企业里面PLC一直是实现自动化的有效方式，而且目前国内真正懂得PLC的人才太少，希望针对本次实训对我们自动化的人大有裨益！
一、毕业内容简介
本次实训项目-基于PLC机械手的物料分拣控制毕业设计主要包含了机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、机械传动、气动、触摸屏控制、可编程控制器、传感器，变频调速等多项技术，为我们提供了一个典型的综合实训环境，使学生对过去学过的诸多单科的专业和基础知识，在这里能得到全面的认识与巩固、综合的训练和实际运用。
亚龙YL-235A型光机电一体化实训考核装置既包含了机电一体化专业所涉及的基础知识、专业知识和基本的机电技能要求，也体现了当前先进技术在生产实际中的应用。
同时为我们提供了一个典型的、可进行综合训练的工程环境，为我们构建了一个可充分发挥学生潜能和创造力的实践平台如图1-1三菱PLC主机、变频器：
图1-1三菱PLC主机、变频器
二、器材
◆实训控制台一台（电源模块、按钮模块、PLC模块、变频器模块、警示灯）
◆电工常用工具一套
◆计算机一台
◆连接导线若干
◆机械手模拟显示模块一块
◆传送带和物料槽、变频器、电机
电源模块：
三相电源总开关（带漏电和短路保护）、熔断器。
单相电源插座用于模块电源连接和给外部设备提供电源，模块之间电源连接采用安全导线方式连接。
按钮模块：
提供了多种不同功能的按钮和指示灯（DC24V），急停按钮、转换开
关、蜂鸣器。
所有接口采用安全插连接。
内置开关电源（24V/6A一组，12V/2A一组，）为外部设备工作提供电源。
PLC模块：
采用三菱FX2N-48MR继电器输出，所有接口采用安全插连接。
变频器模块：
三菱E540-0.75KW控制传送带电机转动，所有接口采用安全插连接。
警示灯：
共有绿色和红色两种颜色。
引出线五根，其中并在一起的两根粗线是电源线（红线接“+24”，黑红双色线接“GND”），其余三根是信号控制线（棕色线为控制信号公共端，如果将控制信号线中的红色线和棕色线接通，则红灯闪烁，将控制信号线中的绿色线和棕色线接通，则绿灯闪烁）。
三、整机工作原理
1）机械手在左限位位置，机械手悬臂气缸、手臂气缸的活塞杆缩回，手指处于松开状态。
各物件推出气缸的活塞杆均处于缩回状态，警示灯组没有发光的警示灯，皮带输送机静止不动，为设备主要部件的初始位置。
若这些部件不在初始位置，可采用手动的方式使其复位。
2）按下启动按扭后，装置进行复位过程，当装置复位到位后，由PLC启动送料电机驱动放料盘旋转，物料由送料盘滑到物料检测位置，物料检测光电传感器检测；如果送料电机运行若干秒钟后，物料检测光电传感器仍未检测到物料，则说明送料机构已经无物料或故障，这时要停机并报警；当物料检测光电传感器检测到有物料，将给PLC发出信号,由PLC驱动机械手臂伸出到位后→手臂下降→手爪紧抓取一个圆柱型物件→然后手臂上升→悬臂缩回→整个机械手向右转动，到右限止位置时→悬臂伸出到位后→手臂下降→手爪松开圆柱型物件落入落料口后→机械手手臂上升→悬臂缩回整个机械手向左转动，到左限止位置停止，落料口的物料检测传感器检测到物料后启动传送带输送物料，同时机械手按原来位置返回，进行下一个流程；传感器则根据物料的材料特性、颜色等特性进行辨别，分别由PLC控制相应电磁阀使气缸动作，对物料进行分拣。
3）如果在运行状态中，尚未按下过停止按钮SB5，则系统继续循环。
如果在运行状态中，按下停止按钮SB5，设备完成当前的物件分拣，推料气缸的活塞杆缩回后，设备停止。
四、整机工作流程
五、设计要求
工件分拣设备能自动完成金属工件、黑色塑料工件与白色塑料工件的传送、分拣与包装任务。
5.1、初始状态
通电后，红色警示灯闪亮，提示工件分拣设备送电。
此时，设备的相关部件应为初始状态。
相关部件的初始状态为：
⑴供料盘的拨杆停止转动。
⑵机械手停止在左限止位置，气爪松开，手臂气缸和悬臂气缸活塞杆缩回。
⑶传送带停止运行，分拣气缸A、B、C的活塞杆全部缩回复位。
⑷急停按钮处于复位位置（常开触点断开、常闭触点闭合）。
5.2、启动
在设备相关部件为初始状态的情况下，才能按下启动按钮SB5使设备进入运行，红色警示灯灭，绿色警示灯闪亮。
5.3、送料
按下启动按钮SB5后，若物料盘上的出口传感器检测无物料，则送料电动机开启，驱动物料盘旋转送料，当出料口传感器检测到物料后停止送料；如果送料电动机运行20秒后，出料口传感器仍没检测到物料，则停止送料，红色警示灯闪亮，报警器报警，直到按下复位按钮才停止报警，并重新开始。
1-放料转盘2-调节机架3-直流电机4-物料5-出口料传感器
6-物料检测机架
放料转盘：
转盘中共放三种物料：
金属物料、白色非金属物料、黑色非金属物料。
驱动电机：
电机采用24V直流减速电机，转速6r/min,用于驱动放料转盘。
出口料传感器：
物料检测为光电慢反射型传感器，主要为PLC提供一个输入信号，如果运行中，光电传感器没有检测到物料并保持若干秒钟，则让系统停机并报警。
5.4、机械手搬送工件
当出料口传感器检测到物料且机械手和各气缸活塞杆的位置正确时，按下启动按钮，机械手开始搬物加工。
机械手悬臂伸出——下降——夹紧物料，夹紧1秒后——上升——缩回——右转——伸出——下降——放物，延时1秒后——上升——缩回——左转至左侧极限位置停止，等待传送带上的工件分拣完成后再进行下一次搬物。
5.5、工件的分拣
通过皮带输送机位置Ⅱ的进料口到达传送带上的工件，按下面的方式分拣：
进料口放入工件后，传送带启动。
放入传送带上金属、白色塑料或黑色塑料中每种工件的第一个，由位置Ⅲ的气缸A推入出料斜槽D；每种工件第二个由位置Ⅳ的气缸B推入出料斜槽E；每种工件第二个以后的则由位置Ⅴ的气缸C推入出料斜槽F。
每次将工件推入斜槽，气缸活塞杆缩回后，机械手再进行搬运下一个工件。
推料时，传送带要先停止。
当出料斜槽D和E中各有1个金属、白色塑料和黑色塑料工件时，设备停止运行，绿色警示灯灭，红色警示灯闪亮，报警器报警2秒，等待下一轮的工作。
5.6、设备的停止
需要停止工作，按下停止按钮SB6。
按下停止按钮SB6时，所有正在工作的部件，应完成当前工件分拣成功后，设备才能停止运行，绿色警示灯灭，红色警示灯闪亮。
再次启动时，设备继续运行。
六、工件分拣设备的意外情况处理
机械手在夹持工件时可能会出现意外，请对这种情况作出下述处理与保护：
由于位置Ⅰ的机械手取件平台的工件相互挤压，使机械手气爪夹持不到工件就提升。
发生此种情况时，机械手应立刻回到初始状态并停止，同时蜂鸣器发出鸣叫声。
当出现这种情况，蜂鸣器发出鸣叫后，工作人员应按下急停按钮QS使设备停止运行。
QS按下后，蜂鸣器停止发声。
当故障排除后，作人员将QS复位，设备将在停止时保持的状态上继续运行。
七、进行工件传送分拣的皮带输送机
7、1物料分拣传送带
在传送带支架上的位置Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别安装光电传感器或接近式开关。
在位置Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别安装工件推送气缸A、B、C，各气缸有对应的出料斜槽D、E、F，各气缸也装有检测活塞杆位置的磁性开关。
1－磁性开关D-C732－传送分拣机构3－落料口传感器4－落料口5－料槽
6－电感式传感器7－光纤传感器8－过滤调压阀9－节流阀
10－三相异步电机11－光纤放大器12－推料气缸
图5-1工件分拣设备元件、器件名称及位置
落料口传感器：
检测是否有物料到传送带上，并给PLC一个输入信号。
落料孔：
物料落料位置定位。
料槽：
放置物料。
电感式传感器：
检测金属材料，检测距离为3~5mm。
光纤传感器：
用于检测不同颜色的物料，可通过调节光纤放大器来区分不同颜色的灵敏度。
三相异步电机：
驱动传送带转动，由变频器控制。
推料气缸：
将物料推入料槽，由电控气阀控制。
7、2机械手搬运机构
1－旋转气缸2－非标螺丝3－气动手爪4－手爪磁性开关Y59BLS5－提升气缸
6－磁性开关D-C737－节流阀8－伸缩气缸9－磁性开关D-Z7310－左右限位传感器
11－缓冲阀12－安装支架
整个搬运机构能完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪松紧。
手爪提升气缸：
提升气缸采用双向电控气阀控制。
磁性传感器：
用于气缸的位置检测。
检测气缸伸出和缩回是否到位，为此在前点和后点上各一个，当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个信号；（在应用过程中棕色接PLC主机输入端，蓝色接输入的公共端）
手爪:
抓取和松开物料由双电控气阀控制，手爪夹紧磁性传感器有信号输出，指示灯亮，在控制过程中不允许两个线圈同时得电。
旋转气缸：
机械手臂的正反转，由双电控气阀控制。
接近传感器：
机械手臂正转和反转到位后，接近传感器信号输出。
（在应用过程中棕色线接直流24V电源“+”、蓝色线接直流24V电源“-”、黑色线接PLC主机的输入端）
伸缩气缸：
机械手臂伸出、缩回，由电控气阀控制。
气缸上装有两个磁性传感器，检测气缸伸出或缩回位置。
缓冲器：
旋转气缸高速正转和反转时，起缓冲减速作用
7、3变频器参数设置
皮带输送机由带减速箱的三相交流电动机拖动，交流电动机转速由变频器控制，运行频率设定为正转30Hz，反转20Hz,加、减速时间等于1s。
序号
参数代号
参数值
说明
1
P4
30
高速
2
P5
10
中速
3
P6
20
低速
4
P7
2s
加速时间
5
P8
2s
减速时间
6
P14
0
7
P79
2
电动机控制模式
8
P80
默认
电动机的额定功率
9
P82
默认
电动机的额定电流
10
P83
默认
电动机的额定电压
11
P84
默认
电动机的额定频率
8、三菱变频器参数设置
8、1参数设置方法
九、I/O分配表
9.1、PLC软元件X点注释：
9.2、PLC软元件Y点注释：
十、I/O分配图
十一、端子接线图
十二、梯形图
结束语
本次设计，题目为：
基于PLC机械手的物料分拣控制毕业设计。
通过课程设计能很好的将理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。
既让学生懂得了怎样把理论应用于实际，又让学生懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
在此次设计中，需要大量的以前没有学到过的知识，要通过查阅资料来完成。
在查阅资料的过程中，要判断优劣、取舍相关知识，可以让学生查阅资料的能力得到了很好的锻炼。
在设计过程中，还会遇到这样或那样的问题。
发现一个问题，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。
自然而然的学习的耐心便在其中建立起来了以便为以后的工作积累了经验，增强了信心。
此次课程设计只是一次尝试，其中会遇到很多的问题，学生基础相对较差，任务完成起来可能有较大的困难。
这些我们都会在实际遇到随机解决。
但PLC课程设计对于学生将PLC系统的、连贯的应用有很大的作用，也可以大大提高学生的现场应用能力，和实际操作能力。
因此，是很有必要进行的。
参考文献
1、亚龙YL-235A光电型实训指导书
2、PLC实训任务书
3、网上资料
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