plc在汽车生产毕业论文中的应用
摘要
随着工业自动化的普及和发展，对控制器的需求逐年增加，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、医药等领域的生产线或货物搬运。，可以更好地节约能源，提高运输设备或产品的效率，从而减少其他搬运方式的局限性和不足，适应现代经济发展的要求。
该机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢，实现机械手的上升和下降运动以及夹持工件的动作。两个不同转速的电机分别通过两个线圈控制电机的正转和反转，从而实现小车的快进、慢进、快退和慢退运动。它的动作转换通过安装在不同位置的行程开关(SQ1-SQ9)产生的通断信号传递给PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈控制电机或电磁阀产生不同的动作，可以实现机械手的精确定位；其动作过程包括:下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括:返回原位、手动操作、单步、单循环和连续操作；以满足生产中的各种操作要求。
关键词:搬运机械手、可编程控制器(PLC)、液压、电磁阀。
摘要
随着工业自动化的普及和发展，对控制器的需求逐年增加，搬运机器人的应用逐渐普及，主要在汽车、电子、机械加工、食品、医药等领域的生产线或货物运输中，我们可以更好的节约能源，提高设备或产品的运输效率，减少对其他运输方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。
该机械手的机械结构包括两个电磁阀，由液压机械手控制钢板来实现升降运动和工件夹紧动作，两个不同的电机转速通过两个电机线圈正向控制，以实现小车的快进、慢进、快退、慢退运动；通过设定其动作转换在各个不同部位的行程开关(SQ1 - SQ9)产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部不同的输出信号，驱动外部线圈来控制电机或电磁阀产生不同的动作，机器人可以实现精确定位；他们的动作过程包括:下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延伸、下降、放松、上升、慢退、倒带、慢退；其操作包括:回原位、手动、单步、单循环、连续；满足生产中各种操作和维护的要求。
关键词:搬运机械手、可编程控制器(PLC)、液压、电磁阀
目录
前面的话
第一章是机械手的概况。
1.1搬运机械手的应用
1.2机械手的应用意义
1.3机械手的开发
第三章是搬运机械手PLC控制系统的设计。
3.1搬运机械手的结构及其动作..........................................
3.2搬运机械手系统的硬件设计..........................................
3.3搬运机械手控制程序设计。
1操作面板及动作说明............................................
2输入/输出分配........................................................
3梯形图设计..........................................................
1)梯形图的总体设计...................................................
2)各部分梯形图的设计...............................................
3)绘制搬运机械手的PLC控制梯形图....................................
结论。
谢谢你....................................................................
参考文献
序
机械手:机械手，又称自动手、自动手。
能模仿人的手和手臂的某些动作功能来抓取和搬运物体或按固定程序操作工具的自动操作装置。它可以代替人的繁重劳动，实现生产的机械化和自动化，可以在有害环境中操作，保护人身安全，因此广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工、原子能等行业。
该机械手主要由手、运动机构和控制系统组成。手是用来抓工件(或工具)的部件。根据所抓物体的形状、大小、重量、材质和操作要求，有夹持式、握持式、吸附式等多种结构形式。运动机构使手能够完成各种旋转(摆动)、运动或复合运动，以实现规定的动作，改变被抓物体的位置和姿态。运动机构的独立运动模式，如提升、伸展和旋转，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任何位置和方向的物体，需要六个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性和通用性就越大，其结构也就越复杂。一般专用机械手有2 ~ 3个自由度。
机械手的类型按驱动方式可分为液压、气动、电动和机械机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；根据运动轨迹控制方式，可分为点控制和连续轨迹控制机械手。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和转移工件，在加工中心换刀等。，而且一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要人直接操作，如原子能部门使用的处理危险品的主从操作器，也常被称为机械手。机械手在锻造行业的应用，可以进一步发挥锻造设备的生产能力，改善热、疲劳等工作条件。
机械手最早是在美国开发的。1958美国控制公司研制出第一台机械手。
第1章操纵器概述
1.1搬运机械手的简单应用
在现代工业中，生产过程的机械化和自动化已经成为突出的主题。在机械工业中，加工和装配等生产是不连续的。专用机床是实现大批量生产自动化的有效途径，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机器是有效解决多品种小批量生产自动化的重要途径。
但除了切割本身，还有大量的装卸、搬运、组装等作业，需要进一步机械化。有资料显示，美国生产的所有工业零件中，有75%是小批量生产的；四分之三的金属加工生产批量不到50件，零件在机床上实际加工的时间只占零件生产时间的5%。从这里可以看出装卸、搬运等过程机械化的迫切性，工业机械手就是为了实现这些过程的自动化而产生的。该机械手能够抓取和放置空间物体，动作灵活多样。适用于生产品种多变的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动化生产线。
中国机械装卸机器人在国内外机械工业和铁路部门主要应用于以下几个方面:
1.热加工中的应用
热加工是一种高温、危险的重体力劳动，长期以来一直要求自动化。为了提高工作效率，保证工人的人身安全，更需要使用机械手操作，尤其是大型、小型、低速、不胜任的操作。
2.冷加工的应用
在冷加工方面，机械手主要用于单机加工柴油机零件和轴、盘、箱等零件时的装卸和工具安装。然后应用于程序控制、数字控制等机床，成为设备不可或缺的一部分。最近在加工生产线和自动线中得到了应用，成为机床与设备连接的重要部分。
3.拆卸、维修和安装
拆、修、装是铁路工业系统中体力劳动较重的部门之一，推动了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门都采用机械手拆卸三通阀、钩舌、拆卸制动缸、拆卸轴箱、组装轮对、清除石棉，减轻了劳动强度，提高了拆、修、装效率。近年来，开发了客车内部涂装通用机械手，可用于客车内部连续涂装，以改善劳动条件，提高涂装质量和效率。
近年来，随着计算机技术、电子技术和传感技术在机械手中的应用越来越多，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。
1.2机械手的应用意义
在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下:
1.它可以提高生产过程的自动化程度。
机械手的应用有利于提高物料输送、工件装卸、刀具更换和机器装配的自动化程度，从而提高劳动生产率，降低生产成本，加快工业生产机械化和自动化的步伐。
2.可以改善工作条件，避免人身事故。在高温、高压、低温、低压、粉尘、噪音、气味、放射性或其他有毒污染以及狭窄的工作空间等情况下，直接用人手操作是危险的或不可能的。而机械手的应用可以部分或完全代替人安全地完成工作，大大改善了工人的工作条件。在一些简单但重复的操作中，用机械手代替人手可以避免因操作疲劳或疏忽造成的人身事故。
3.可以减少人力，方便有节奏的生产。
应用机械手代替人手工作是直接减少人力的一个方面，同时由于应用机械手可以连续工作，也是减少人力的另一个方面。因此，目前几乎所有的自动机床和集成加工自动生产线都配备了机械手，以减少人力，更精确地控制生产节奏，便于有节奏的生产。
综上所述，机械手的有效应用是机械工业发展的必然趋势。1.3.3机械手的概况及发展趋势
1.3机械手发展综述
经过几十年的发展，专用机械手现在已经进入了以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，推动了智能机器人的发展。智能机器人所涉及的知识不仅包括一般机械、液压和气动的基础知识，还应用了一些电子技术、电视技术、通信技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢技术，因此是一门综合性很强的新技术。目前，国内外都非常重视这项新技术的发展。几十年来，这项技术的研发一直很活跃，设计不断修改，品种不断增加，应用领域不断扩大。
早在20世纪40年代，随着原子能工业的发展，出现了第一代具有模拟关节的机械手。
从20世纪50年代到60年代，制造了用于传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现机械手。这种机械手也被称为二代机械手。比如Unimate机械手就属于这种类型。
20世纪60-70年代，通用机械手用于汽车车身点焊冲压自动化生产线，即第二代机械手进入应用阶段。
上世纪八九十年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是在日本。
20世纪90年代，专用机械手有了很大发展，广泛应用于农业、林业、矿业、航空航天、海洋、娱乐、体育、医疗、服务和军事领域。
20世纪90年代以后，随着计算机技术、微电子技术和网络技术的快速发展，机械手技术也迅速多样化。
总之，操纵者目前的主要经历分为三代:
第一代机械手主要靠人工控制，控制方式是开环的，没有识别能力。改进方向主要是降低成本，提高精度；第二代机械手装有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉甚至听觉和思维能力。研究安装各种传感器，反馈接收到的信息，使机械手具有感知功能；第三代机械手能够独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，逐渐发展成为柔性制造系统(FMS)和柔性制造单元(FMC)的重要组成部分。
1.4机械手的发展趋势
目前，国内工业机械主要用于机床加工、铸锻、热处理等。
性能不能满足工业生产发展的需要。
因此，在我国，主要是逐步扩大机械手的应用范围，重点发展铸造、锻造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善劳动条件。在应用专用机械手的同时，相应发展通用机械手，有条件的话发展示教机械手、计算机控制机械手和组合机械手。
将机械手的运动部件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适用于不同类型的夹持机构设计成典型的通用机构，这样就可以根据不同的作业要求选择不同的典型部件组成不同类型的机械手。既方便设计制造，又方便换工作，扩大了适用范围。同时要提高精度，减少冲击，准确定位，更好地发挥机械手的作用。此外，还应大力研究具有触觉和视觉特性的伺服型、记忆再现型和机械手，并考虑与计算机相结合，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。
在国外机械制造业中，工业机械手应用广泛，发展迅速。目前主要用于机床装卸、模锻压机、点焊、喷漆等作业。它能按照预先设定的操作程序完成指定的操作，但不具备任何感知反馈能力，无法应对外界变化。如果出现某种偏差，会对零件甚至机械手本身造成损害。因此，国外机器人的发展趋势是开发具有一定智能的机器人，使其具有一定的感知能力，反馈外界条件的变化并做出相应的改变。如果位置稍有偏差，可以自行纠正和检测，重点是视觉功能和触觉功能的研究。
视觉功能是在机器人上安装电视摄像头、光学测距仪(即距离传感器)和卫星计算机。工作时，电视摄像机将物体的图像变成视频信号，然后传输给计算机，从而分析出物体的类型、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手工作。
触觉功能是在机械手上安装触觉反馈控制装置。工作时，机械手首先伸出手指寻找工件，然后通过安装在手指上的压力敏感元件向前伸出抓住工件。
手的抓力可以通过安装在手指内侧的压敏元件来控制，从而自动调节抓力。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配能力将进一步提高。到1995年，全球约50%的汽车将由机器人组装。
现在机械手的发展主要是将机械手与柔性制造系统、柔性制造单元相结合，从而从根本上改变目前机械制造系统的手工操作状态。
1.5 PLC概况及其在机械手中的应用
1.可编程控制器的应用与发展
可编程控制器，现在一般简称为PLC(可编程逻辑控制器)，是以微处理器为基础，集计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术于一体的通用工业自动控制装置。它以其显著的优点被广泛应用于冶金、化工、交通、电力等领域，成为现代工业控制的三大支柱之一。
在可编程控制器出现之前，继电器控制在工业控制领域占主导地位。传统继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格低廉等优点，在工业生产中应用广泛。然而，控制设备体积大、动作慢、消耗更多的功率并且功能更少。尤其是因为是依靠硬件布线来组成系统，布线比较复杂。当生产工艺或控制对象发生变化时，必须改变或更换原有的接线控制盘(柜)，通用性和灵活性较差。
2.2的应用。可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)
PLC的应用领域非常广泛，并且正在迅速扩大。对于现在的PLC来说，可以说几乎哪里需要控制系统，哪里就需要PLC。特别是近年来，PLC在冶金、机械、石油、化工、轻工、电力等行业得到了广泛的应用。
根据PLC的控制类型，其应用大致可以分为以下几个方面。
1).用于逻辑控制。
这是PLC最基本也是应用最广泛的方面。用PLC代替继电器控制和顺序控制器控制。比如机床电气控制、包装机械控制、自动电梯控制等。
2).用于模拟控制。
通过模拟I/O模块，PLC可以实现模拟和数字之间的转换，并对模拟进行控制。
3).用于数控加工。
现代PLC具有强大的数据处理功能，在加工中可以与数控、计算机控制紧密结合，实现数字化控制。
4).用于工业机器人控制。
5)用于多层分布式控制系统。
高功能PLC具有很强的通信能力，可以实现PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。
3.PLC的特点
1).可靠性高，抗干扰能力强。
PLC能在电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等恶劣环境下可靠工作。PLC的平均无故障时间高，日本三菱公司F1系列PLC的平均无故障时间长达30万h，是普通微机无法比拟的。
2).该控制系统结构简单，通用性强。
由于PLC采用软件编程来实现控制功能，对于同一控制对象，当控制要求发生变化，需要改变控制系统的功能时，不需要改变PLC的硬件设备，只需要相应地改变软件程序即可。
三
自20世纪60年代以来，机械手作为一种产品被认识，其开发和应用也在不断发展。机械手广泛用于搬运物体、装配、切割、喷涂染料等。现已应用于机械制造、冶金、化工、电力、矿山、建材、轻工、食品、环保等行业。比如最典型的发展就是厂家将该产品大量应用到健康行业(全自动生化分析仪)，从而实现了健康检验中急需大量样本数据的需求。而卫生领域的机械手采用样品加单一酶试剂显色的方法，并采用滤光片结构设计，导致试剂价格昂贵，限制了产品市场的发展。随着技术的发展，机械手的设计真正打破了单一试剂、加热、过滤的束缚。随着社会的快速发展，工业现场机械手的要求会越来越高，其技术也会越来越成熟。
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多任务，如移动物体、装配、切割、喷射染色等，应用广泛。利用PLC控制机械手实现各种指定的工作程序，可以简化控制电路，节约成本，提高劳动生产率。图1是搬运物品的机械手示意图。
图1搬运物体的机械手示意图
图中机械手的任务是将传送带A上的物品运送到传送带b上，为了使机械手准确移动，在机械手的极限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5，分别限制机械手抓取、左转、右转、上升、下降，并发出动作到位的输入信号。传送带A上安装有光电开关SP，用于检测传送带A上的物品是否到位。机械手的启动和停止由图中的启动按钮SB1和停止按钮SB2控制。
传送带a和b由电机驱动。机械手的上、下、左、右、抓取和松开等动作由液压驱动，分别由六个电磁阀控制。
2机械手的动作流程
传送带B处于连续运行状态，不需要PLC控制。
机械手和传送带C顺序动作的要求是:
1)当按下启动按钮SB1时，机械手系统工作。首先，上升电磁阀通电，手臂上升，直到上升限位开关动作；
2)左转电磁阀通电，手臂左转，直到左转限位开关动作；
3)下降电磁阀通电，手臂下降，直到下降限位开关动作；
4)启动传送带A运行，光电开关SP检测传送带A上是否有物品送出，如果检测到物品，电磁阀通电，机械手抓取直至限位开关动作；
5)手臂再次上升，直到上升限位开关再次动作；
6)右转电磁阀通电，手臂右转，直到右转限位开关动作；
7)臂再次下降，直到下降限位开关再次动作；
8)松开电磁阀通电，机械手松开手爪。延迟2秒后，完成一个搬运任务，然后重复上述过程。
9)当按下停止按钮SB2或断电时，机械手停止在当前工作步骤，重新启动时，机械手继续按照停止前的动作工作。
根据机械手顺序动作的要求，可以画出如图2所示的时序图。图3所示机械手的动作流程图可由时序图制作。
图2机器人武诗源布局序列图
图3机械手动作流程图
3 PLC选择和I/O点数分配
3.1 PLC选择
由于机械手系统中输入/输出接点少，要求电气控制部分体积小，成本低，PLC可由计算机监控管理，所以选用日本欧姆龙公司生产的多功能小型C20P主机。这台机器的输入点是12，输出点是8。有136个辅助继电器、16个特殊功能继电器、160个闭锁继电器、8个临时继电器、48个定时器/计数器和64个16位数据存储器。
3.2输入/输出点编号分配
根据图3所示机械手的动作流程图，可以确定电气控制系统的I/O点分配，如表1所示。
表1机械手控制I/O分配表
根据图3的流程图和表1的I/O分配表，可以编制出如图4所示的状态转移图。
图4机械手的状态转移图
4编程和程序运行
4.1用步进指令编程
根据图4中的状态转移图，步骤梯形图程序如图5所示。
图5中“禁止所有输出”部分的作用是停止时禁止所有输出，使机械手停止在当前工作步；重新启动时，它可以从上一步继续移动。
在状态从HR010转移到HR000的情况下，增加了闭锁继电器的常闭触点，用于在PLC断电或停止运行时，在中间步骤停止机械手。PLC重新通电或再次投入运行后，由于闭锁继电器HR具有状态断电保护功能，重启时其中一个断开，使HR000无法设置，机械手只能从闭锁继电器的后续步骤继续移动，该步骤是在停止前设置的。
4.2程序运行
按下启动按钮SB1，输入点0000 ON，则作为联锁条件的辅助继电器1000 ON，联锁命令IL ON，IL和ILC之间的线圈正常工作，“所有输出禁止”解除。如果所有常闭触点(见图1)打开，闭锁继电器HR000打开，输出点0503给上升电磁阀通电，臂上升。当臂上升到位时，上升限位开关关闭输入点0005，闭锁继电器HR001打开，HR000复位，输出点0501给左转电磁阀通电，臂左转。.....未来一步到位，满足极限条件，状态转移，进行下一步。当状态切换到HR 008 ON的状态时，输出点0506给释放电磁阀通电，机械手释放，定时器TIM00计数。当定时器到达2秒时，状态再次转移到HR000，程序再次从第一步开始循环。
停止时，按停止按钮SB2，0001关闭，辅助继电器1000关闭，联锁命令关闭，禁止所有输出，但各闭锁继电器的状态为断电保护，机械手停止在当前工作步。再次按下启动按钮时，互锁命令打开，停止前的输出恢复，操作器继续工作步骤，停止前闭锁继电器打开。
5结束语
介绍了日本OMRON公司生产的C系列P型小型多功能PLC在机械手步进控制中的设计与应用。阐述了该机械手的动作原理、设计要求和程序设计方法。本文介绍的程序已成功应用于实际生产中。