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基于PLC的物料分揀機械手自動化控制系統設計

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更新時間：2014-08-29
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基于PLC的物料分揀機械手自動化控制系統設計
施耐德公司；韓國：三星、LG公司等。
我國的PLC產品的研制和生產經歷了三個階段：1、順序控制器（1973～1979）2、以微處理器為主的工業控制器（1979～1985）3、以微處理器為主的可編程序控制器（1985以后）。在對外開放政策的推動下，國外PLC產品大量進入我國市場，一部分隨成套設備進口。隨著不斷的學習與不斷開拓的精神，現在，我國自主生產的PLC在國內的各行各業也有了極大的應用，技術含量也越來越高。
PLC的發展趨勢：
（1）產品規模向大、小兩個方向發展
大：I/O點數達14336點、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。
小：由整體結構向小型模塊化結構發展，增加了配置的靈活性，降低了成本。
（2）PLC在閉環過程控制中應用日益廣泛
（3）不斷加強通訊功能
（4）新器件和模塊不斷推出高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計數模塊、遠程I/O模塊等專用化模塊。
（5）編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化有各種簡單或復雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的PLC指令系統。
（6）發展容錯技術采用熱備用或并行工作、多數表決的工作方式。
（7）追求軟硬件的標準化。
2、國內外機械手的發展現狀和發展趨勢：
目前，國際上的機械手公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奧地利的工GM公司。
我國機械手起步于20世紀70年代初期，經過30多年發展，大致經歷了3個階段：70年代萌芽期，80年代的開發期和90年代的應用化期。
在我國，機械手市場份額大部分被國外機械手企業占據著。在國際強手面前，國內的機械手企業面臨著相當大的競爭壓力。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強國”邁進，中國制造業面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰，對我國工業自動化的提高迫在眉睫，政府務必會加大對機器人的資金投入和政策支持，將會給機械手產業發展注入新的動力。
機械手的發展趨勢：
隨著機械手發展的深度和廣度以及機器人智能水平的提高，機械手已在眾多領域得到了應用。從傳統的汽車制造領域向非制造領域延伸。如采礦機器人、建筑業機器人以及水電系統用于維護維修的機器人等。在國防軍事、醫療衛生、食品加工、生活服務等領域機械手的應用也越來越多。
在未來幾年，傳感技術，激光技術，工程網絡技術將會被廣泛應用在機械手工作領域，這些技術會使機械手的應用更為高效，高質，運行成本低。據猜測，今后機器人將在醫療、保健、生物技術和產業、教育、救災、海洋開發、機器維修、交通運輸和農業水產等領域得到應用。
目錄
目錄 I
摘要 IV
Abstract V
第一章前言 1
1.1 研究的目的及意義 1
1.2 機械手在國內外現狀和發展趨勢 1
1.3 主要研究的內容 2
1.4 解決的關鍵問題 3
第二章執行系統的分析與選擇 4
2.1 執行機構坐標形式的選擇 4
2.2 執行機構的組成 6
2.3 執行機構各部分的分析與選擇 6
2.3.1 手部的選擇 6
2.3.2 手臂結構的選擇 8
2.3.3 機座結構的選擇 9
2.4 執行機構的工作原理 10
2.5 執行機構簡圖 10
第三章驅動系統的分析與選擇 12
3.1 驅動系統的分析與選擇 12
3.2 機械手驅動系統的控制設計 13
3.3 氣動元件選取及工作原理 14
3.3.1 氣源裝置 14
3.3.2 執行元件 15
3.3.3 控制元件 16
3.3.4 輔助元件 17
3.3.5 真空發生器 18
3.3.6 吸盤 18
3.4 氣動回路的工作原理 18
第四章控制系統的分析設計 22
4.1 控制系統的組成結構 22
4.2 控制系統的性能要求 22
4.3 傳感器的選擇 23
4.3.1 位置檢測裝置 23
4.3.2 滑覺傳感器 23
4.3.3 視覺傳感器 24
4.4 控制系統PLC的選型及控制原理 25
4.4.1 PLC控制系統設計的基本原則 25
4.4.2 PLC種類及型號選擇 30
4.4.3 I/O點數分配 30
4.4.4 PLC外部接線圖 32
4.4.5 機械手控制原理 32
4.5 PLC程序設計 34
4.5.1 總體程序框圖 34
4.5.2 初始化及報警程序 36
4.5.3 手動控制程序 37
4.5.4 自動控制程序 39
第五章總結與展望 42
參考文獻 43
致謝 44
附錄 45
基于PLC的物料分揀機械手自動化控制系統設計

摘要
機械手在先進制造領域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動。可以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因此被廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
本文在縱觀了近年來機械手發展狀況的基礎上，結合機械手方面的設計，對機械手技術進行了系統的分析，提出了用氣動驅動和PLC控制的設計方案。采用整體化的設計思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點并進行互補優化。對物料分揀機械手的整體結構、執行結構、驅動系統和控制系統進行了分析和設計。在其驅動系統中采用氣動驅動，控制系統中選擇PLC的控制單元來完成系統功能的初始化、機械手的移動、故障報警等功能。最后提出了一種簡單、易于實現、理論意義明確的控制策略。
通過以上部分的工作，得出了經濟型、實用型、高可靠型物料分揀機械手的設計方案，對其他經濟型PLC控制系統的設計也有一定的借鑒價值。

關鍵詞: 機械手，氣動控制，可編程控制器（PLC），自動化控制，物料分揀。
The Design for The Automatic Control System of The Sorting Materials Manipulator Based on PLC

Abstract
Manipulator plays an extremely important role in the field of advanced manufacturing. It can carry goods, sort materials and do heavy works instead of the human being. It also can realize mechanization and automation of the production, do the jobs in harmful environment to protect the personal safety. So it is widely used in metallurgy, machinery manufacturing, electronics, light industry and atomic energy etc.
In this paper,by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, combining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider the characteristics of the software and hardware and complementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used pneumatic-driven in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of the system, manipulator's moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance.
Through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design.
Key words: manipulator ；pneumatic-driven； programmable logic controller (PLC)； automatic control；sorting materials

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