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1、摘 要 本次设计在研究了近年来机械手发展状况的基础上，针对人类繁重的劳动，以及工业生产之中人工作业存在的安全隐患等问题提出了将PLC控制与气动控制相结合的机械手设计，运用了机械手技术作为设计基础，设计了整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统，提出基于PLC以及气动控制的分拣机械手，进行产品的分拣工作。通过对实现分拣功能进行深入研究，结合控制系统以及硬件选用的优缺点仔细分析，在实现分拣功能的基础上进行了部分优化，并设计绘制了相应电路接线图等一系列设计图纸。设计出了采用气动进行驱动的，PLC进行控制的简单易操作的，有实际意义的物料分拣机械手，可以为现代工业生产提供部分数据支持以及技术支撑。关键词：
2、机械手；气动控制；可编程控制器（PLC）；自动化控制；物料分拣PLC-based control sorting manipulator design-hardware designAbstractIn this design, based on the study of the development of manipulators in recent years, the design and application of manipulators combining PLC control and pneumatic control are proposed for the proble
3、ms of human heavy labor and the hidden safety hazards of manual operations in industrial production. Taking the manipulator technology as the design basis, the overall structure, execution structure, drive system and control system are designed. A sorting manipulator based on PLC and pneumatic contr
4、ol is proposed to sort the products. Through in-depth study on the realization of sorting function, careful analysis of the advantages and disadvantages of the control system and hardware selection, some optimizations were carried out on the basis of the realization of sorting function, and a series
5、 of design drawings such as the corresponding circuit wiring diagram were drawn. A simple, easy-to-operate and practical material sorting manipulator driven by pneumatics and controlled by PLC is designed, which can provide some data support and technical support for modern industrial production.Key
6、words: manipulator; pneumatic control; PLC; automatic control; material sorting目 录1气动机械手及控制系统设计11.1设计背景11.1.1 课题研究的背景和意义21.1.2 国内外气动机械手的研究21.1.3 气动机械手的应用31.2机械手的组成和分类31.3课题的提出及主要任务42 机械手系统设计52.1气压传动控制52.2结构原理图62.3 气动控制系统设计62.4方案确定72.5气动控制系统分工步分析73 气动系统选择93.1换刀机械手气动系统元件的确定93.2 电磁换向阀93.3气动三联件103.4执行气缸
7、103.5排气装置114 系统各主要组成部分设计124.1夹持器结构设计与校核124.2 水平方向设计计算124.3气动机械手的定位及平稳性确定134.4气动驱动系统设计164.5手部抓取缸174.6 立柱升降气动回路184.7手臂伸缩缸气动回路194.4总体系统图205 硬件设计225.1 控制系统电源的设计225.2 硬件选型225.2.1 中间继电器选型235.2.2 行程开关245.2.3 电动机255.2.4 交流接触器选型265.2.5 热继电器选型275.2.6 按钮开关选型285.2.7 电源指示灯选型295.3 电路设计305.3.1 PLCIO接线图305.3.2 I/O地
8、址分配表315.3.3电机一次接线图31总结32参考文献34致谢36附录371气动机械手及控制系统设计1.1设计背景气动操纵器由操纵器(机械体)、控制器、驱动系统和感应装置组成，能够完成一些模拟人类机能的、控制系统智能化、以及自主编执行一些简单程序任务的集多项功能于一身的一类设备。在任务种类丰富的场景下有极强的适应性，以及对于产出产品的产量也更加有保障。气动操作器，其自身性能的稳固体现，作用于产出物品的数量及其水平，产品产出速率、整个工作流程的安全性能以及便利程度和整个工作环境下操纵起来的敏捷度都有着不可忽视的改善，也是其可用性的一种客观。表现在各个方面，例如生产之中的气动机械手，也有着对于生
9、产最根本指标产品产出的直接作用，在智能全自动方面较于普通生产更近了一大截，在此基础上大大增加了生产的便利性，使得本该使用的无论人力资源还是其他资源，也在原来的基础上有显著的减少，但是基于气动技术以及机械手技术的科学与高于人力操控的严谨，在人力资源节约的情况下产出的质量并没有因此而有滑坡。相较于一些高新智能科技来说对于气动机械手的生产以及保障其生产的各性能，例如稳固性、耐用性、敏捷性、以及安全性并不那么复杂，但这并不意味着降低了其专业的性能。现代化科技以及机械技术飞速成长，程序的控制以及可以做到及其自动化以及自主化，在批量生产的工作中进行同样的步骤以及可以自主完成的很好，也出现了一些通用机械手，
10、以达到在较大领域内能够很好作业的目的。这类普遍适用的机械手可以在短时间内对于作业的程序内容进行改写，有较为优秀的适应能力，在重复生产的一些领域中尤其是经常更换产出产品种类的一些地方被大量运用。1.1.1 课题研究的背景和意义随着现代化科技以及机械技术的飞速成长，工业已然是我们成产生活的一大重要领域，在这项重要领域之中，气动机器人的技术也发挥着重要作用。科研人员们对于未来的机械以及智能的控制技术有了一个方向性的肯定，他们通过各类研究认为机器人是模仿人类各种动作和人类外表的人类模型。未来的气动机器人管家不是梦想。根据气动机械手结构，有很多气动机械手。轮式移动气动机器人、轨道气动机器人、机器人、行走
11、气动机器人等。但是，最近几年人类机械研究的重要成果徒步气动机械手。像大多数动物一样，人在移动，机器人也可以做到。这项成果有着在很大程度上体现的是一种较强的技术结果，其科学性、稳固性、以及安全性都处于一个较高的水平。相较于一些老式的气动机器人，这项新型成果表现出来的性能更加优秀。小空间工作，不平的路是平地，楼梯等。今后不久这项技术将被广泛应用。在气动机器人的研究制作中，通常使用计算机设计的气动机械手的模拟，以达到一个直观的模拟效果。运用计算机现在已经完全可以实现，气动机器人各个部件的仿真，以及运动模拟的仿真。通过设计器直观地观察到机构各零部件的运动，通过一些仿真的呈现，体现出其在资源使用方面，不
12、论是人力还是物力都有较少的浪费的显著优势。1.1.2 国内外气动机械手的研究工业气动机械手其实已经有一个不短时间的发展史，尤其是在日本。20世纪80年代，工业气动机械手第一次面世投入使用，在接下来几年的发展中，这个产业愈发的成熟，各项指标也有了一个快速的增长，使得这个产业也被越来越多的人知道，当然，随之而来的对于这个新兴产业的发展成长的是其工业产值。1980年的1，000亿日元，从1990年开始达到6，000亿日元。2004年时已经达到了1万日元，人数也有了8500亿这样的庞大数字。这也彰显着工业气动机械手在我们的生产生活之中越来越重要，不仅仅是工业水平的提高也是一个社会生产水平的提高。气动机
13、械手的在工业领域的愈来愈多的运用，也正是产品质量和工业生产的能力显著的提高的一个直观体现。不仅仅在工业生产方面，同时，由于这项技术的安全性能，在人力资源的使用方面，大大减小了以往存在的许多安全隐患，使得在人力资源不变的情况下消耗大幅减少，从而营造出更为良好的生产环境。也大大缓和了人们的消费并且使原本的生产成本有了一个明显幅度的下跌。机械工业气动机械手的广泛应用也映射出社会的产业发展终究离不开人民群众的原则，究其本质都是求得人民利益的最大化以及人民生产生活需求的满足。1.1.3 气动机械手的应用气动机械手这种产业，相与汽车产业后出现，是一种大规模的高科技产业。现代气动机械产业市场前景看好发展之手
14、。20世纪世界的房地产操纵者持续增加。上个世纪90年代，气动机器人的产品产量有了一个显著的增长，具体表现为以年均10%的增长率快速增长。2004年记录的20%。韩亚航空机械手需求量大，年增长率为43%。40年的发展，机械工业气体应用于多个领域。气动机器人制造应用最广泛。在一些领域，如是电焊、热处理、镀层、加工、拼装、测试和堆栈等领域，在坯料制造(硬件、压铸、锻造等)等工作中，气动机械手都较于手动的生产效率的有显著提高。1.2机械手的组成和分类机械手的核心构成有以下几个部分：执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等。各个组成系统的联系可以做如下表示。图1.1机械手组成方框图1.3课题的提出
15、及主要任务本次设计课题中使用继电器来控制电路，采用继电器来控制四个电磁阀线圈的得电与失电，并切换将压缩过的空气排进气缸的方向，以此来实现各种不同的行为。本次设计要主要的任务如下：(1) 对于气动机械手首先进行整体的研究，以及设计整体的运动方式，提出不同的控制方案，综合各方面的要求，选择最佳方案。(2) 气动机械手动道路设计，绘制气动电路图；(3) 设计继电器控制线，构建控制系统仿真图。(4) 根据气动原理图运行仿真，对调试时出现的问题进行仔细分析，进行多方面咨询，找出其中问题逐个击破并详细记录。42 机械手系统设计2.1气压传动控制在气压传动控制的设计中运用将压力能转化为机械能的一项技术：采用
16、气压驱动器，并将压缩空气作为工作介质来实现此项技术。而用于控制零件的，是通过将马达或其他原动机所生成机械能转换成压缩空气的压力能的空气压缩机来实现的。在压力能被转换为不同形式的机械能的过程中，借此可以实现向外部做功，以及不同种动作的完成。气源装置、控制元件、执行元件、辅助元件等四个部分共同构成了气压传动控制系统。为系统提供呵护质量要求的压缩空气，用于过滤空气中的固体小颗粒以及一些含有水汽的会影响气动零件工作的空气。其主要部分是空气压缩机，压缩空气的发生装置以及压缩空气的储藏以及净化的辅助装置，是气动系统必不可少的源头装置气源装置。控制元件是气动控制系统之中一部分核心元件，通常运用压力控制阀、流
17、量控制阀、方向控制阀等，通过对气源输入信号的处理进而实现方向等各方面的控制。用于压缩空气净化的过滤器、润滑零件所需的油雾、将零件合理连接的管接头以及降噪所用消声器，这些都是气动控制中重要的辅助零件。执行元件于控制元件相辅相成，它的机制是实现机械能的运用（由压缩空气的压力能转化而成）。主要为气缸以及马达等元件，设计之中的立柱摆动以及手臂升降或是夹爪的收缩都是通过控制元件，具体而言是气缸控制。有四个执行元素，每个执行不同的动作。圆柱型零件1可以实现了机机械手正向翻转，圆柱型零件2实现了机械手的立柱的上升与下降运动，圆柱型零件3实现了机械手手臂的伸缩运动，气动爪零件4实现了夹爪的收紧和放松。必须控制
18、这四个执行元件的运动，以达到处理工件的目的。依次进行的动作过程包括：“翻转柱”“拉伸手臂”“升高柱”“夹住工件”“收缩手臂”“降低柱”“展开手臂”“释放工件”要按顺序执行这些操作，只需调整四个零件的气流转换，一次只需更换一个柱状零件。气动技术的大幅采用已经体现在许多领域。如：机械、轻工业、石化、纺织品、电子、包装、食品、医药、冶金、航空、运输等各个工业领域。气动机器人、组合机器、加工中心、生产者铜芯、自动检测和实验装置等大量登场。气动技术的广泛使用也正是其日益增长的优越性的一种体现，具体在自动控制方面、生产产量、产出产品合格度控制、以及资源利用率等方面都有体现。2.2结构原理图通过上面对气动机
19、械手的分析，现在将其结构原理进行分析，如下图2-1机械手工作原理图。图2.1 机械手工作原理图2.3 气动控制系统设计有了理论依据的支撑后，需要针对结构和气动进行气动原理图的设计，本次设计采用气动标准元器件画法，搭建本次设计的机械手气动原理图。图中所示气动路线图为：气源过滤装置压力表控制阀组执行气缸，每个气缸通过单独的双电控二位五通阀进行控制，压缩空气通过阀组进入气缸的两侧，从而控制其推进和后退。图中所示电容式接近开关为限位开关，作用是到达点位后，触发上位机进行监测使用。2.4方案确定方案1:运用X-D线图方法设计气动机械手的气动电路，通过多个电磁换向阀的结构设计。方案2:使用3个电磁方向阀控
20、制3个气缸换向，使用时间继电器KT和交流继电器KM以及中间继电器KA设计控制电路，通过3个电磁方向阀的切换换向，完成按既定顺序执行的8个动作。实验室中电磁换向阀的数量有限，继电器的数量被充分考虑，选项2用于系统设计。2.5气动控制系统分工步分析1、机械手立柱的下降过程（1）进气路气源装置气动三大件二位五通电磁换向阀B(右位)气缸（下降）。（2）排气路气缸二位五通电磁换向阀A(左位)大气2、机械手夹持过程（1）进气路气源装置气动三大件二位五通电磁换向阀A(左位)气缸（夹持过程）。（2）排气路气缸二位五通电磁换向阀B(右位)大气3、机械手立柱上升过程（1）进气路气源气动三大件二位五通电磁换向阀A(
21、左位)气缸（上升）。（2）排气路气缸二位五通电磁换向阀B(右位)大气4、机械手臂伸长过程（1）进气路气源气动三大件二位五通电磁换向阀A(左位)气缸（伸出过程）。（2）排气路气缸二位五通电磁换向阀B(右位)大气5、机械手臂收缩过程（1）进气路气源气动三大件二位五通电磁换向阀B(右位)气缸（收缩）。（2）排气路什么玩意气缸二位五通电磁换向阀A(左位)大气6、机械手臂松开过程（1）进气路气源气动三大件二位五通电磁换向阀B(右位)气缸（松开）。（2）排气路气缸二位五通电磁换向阀A(左位)大气83 气动系统选择3.1换刀机械手气动系统元件的确定气动三大件是气动控制系统必不可少的组成部分；在这里选用较为常
22、见的双电控二位五通电磁换向阀，排气阀选用单向排气阀，还有几个气缸。3.2 电磁换向阀电磁阀是控制元件中的一种方向控制阀，方向控制阀又有电气控制、机械控制与人力控制几种，通过电气控制来实现流动体的自动化。是一种执行元件，在各个技术领域都有运用。用于调整介流动体的方向等各个参数。电磁换向阀得电，先导孔在电气控制下张开，使上腔的压力在流体进入的情况下远小于腔室外部的压强，从而产生一个压强的高低差距，流体压力推动阀门打开；电磁换向阀失电时，先导孔在弹簧驱动控制下张开，使上腔的压力远大于腔室外部的压强，从而产生一个压强的高低差距，由于流体压力，阀门关闭。如图3-1电磁换向阀，最大流体压力范围高，能够实现
23、随机安装，但要求满足流体压差条件下才可以实现。图3.1 电磁换向阀图3.3气动三联件气动三联件又称气动三大件，是运用回转离心原理分离的分水过滤器、注油装置油雾器以及稳压减压的减压器三个元件，按照分水过滤器减压阀油雾器的顺序连接而成的综合性装置。如图3-2气动三联件。其中分水过滤器采用新型旋风叶片，在过滤度、水分离率、滤灰效率等指标方面均有良好表现，能够很好的将空气中的灰尘杂质过滤出去，并分离水分。油雾器将润滑油进行雾状喷射，能够很好的达到润滑的效果，且润滑效果稳定，使用简单便捷。图3.2 气动三联件3.4执行气缸气动驱动器可以将压缩气体的压力转换为机械能的气动工作元件。根据在活塞两侧的气腔内压
24、缩气体的交换，向一个方向还是两个方向输出力，有单作用气缸与双作用气缸之分。以下图为例，为单活塞杆气缸的剖面结构，如图3-3所示。气缸固定后，表等皮带载荷与气缸2活塞杆组合，压缩空气按顺序进入气缸左右两腔，控制活塞杆的前后位移，其外部工作台所需范围相当于有效行程的三倍，需要足够空间，在小型设备上较为常见。图3.3执行气缸原理图3.5排气装置快速排气阀是用以排除气缸废气的一般情况下介于换向阀与气缸之间的装置可以快速排出气缸废气，无需换向阀。由此，汽缸的往复运动速度加快，工作周期缩短。通常，快速排气阀应直接安装在气缸上或气缸附近。原理如图3.4排气装置的原理图中所示。图3.4 排气装置原理图214
25、系统各主要组成部分设计4.1夹持器结构设计与校核在实际的工业生产以及机械设计环节中运用连杆杠杆手爪，在运用中对于夹爪有一定要求。(1) 适当的夹紧力手操作时，必须有适当的夹紧力，以确保稳定性和可靠性高的支持，变形少，工作是损坏加工面。僵硬、拙劣的工作夹紧力的大小是可调节的设计，繁重的工作必须考虑使用自锁安全装置。(2) 足够的交换机范围操作时手指的开关位置最大的是正变化称为开关范围。支持班级手的手指开闭装置。操作开关角度和手指夹紧边长度表达。关于手的手指切换开关范围、手指开关范围要求和多个因素(3) 追求简单的结构，小巧轻便运动状态改变直接影响整个气动机器人的结构重量、位置精度、运动速度等性能
26、的结构、重量和体积。需要手前，工作设计，追求手，简单，小的轻量结构。(4) 机械手爪应具有一定承受能力基于承受强度的要求，使用了简单的开合式夹爪，通过弹簧驱动控制两个指之间的开合，以达到手抓夹紧与放松的简单控制，单作用气缸。这个结构简单，并且便于操作。气缸工作时，右侧没有气体进入时，气缸右侧腔停止进入时，夹爪松开。4.2 水平方向设计计算1、水平方向计算要使摆动缸的工件扭矩最大，需要工件处于水平的位置且将工件重量设定为重10kg，长度l =100mm。如图4-1所示。工件图4.1 受力简图（1）计算扭矩（2）气缸（伸缩）及其配件的估算扭矩 F =100N S =0.1m（最大行程时）=1000
27、.11 =10（NM）同理得垂直方向上的升降气缸。2、气缸的选型气缸种类繁多，大致有以下分类，根据活塞数目分为单活塞和双活塞气缸，单活塞气缸之下根据气缸有无杆又有杆气缸和无杆气缸之分，有杆气缸为较为常见的单活塞杆的气缸，以及双活塞杆的气缸，而单双活塞杆又均有单双作用气缸的分类。而磁性、机械耦合等气缸为无杆气缸。在本次设计中选用的是单活塞杆的双作用气缸。4.3气动机械手的定位及平稳性确定1、一般定位方法机械块锚定是在笔划结束时设置机械块。气动操纵器减速并工作到最后，放置在块旁边。如果在定位前速度减慢，则定位时不会移除驱动压力。在这种情况下，机械块位置可以达到更高的迭代精度。通常可以高于0.5mm
28、，如果拖动驱动器以消除工作压力，气动操纵器会再次被块撞击到较小的距离，从而降低位置精度。2、影响稳定性和位置精度的因素气动操纵器是否正常工作实际上是在3D空间中定位的问题，而3D空间是折线和角度位置的混合体。在最简单的情况下，一个强度可能是主要值。影响单个线或角定位错误的因素包括：(1) 定位方法影响因素因位置确定方法而异。对于机械块定位，定位精度与块的刚度和触摸块时的速度等因素有关。(2) 定位速率定位的精度其中一个重要影响因素，位置和速度的差异是由于需要消耗的运动部件的能量不同。一般情况下，为了减少位置误差，必须合理地控制定位速度，例如缓冲性能和提高缓冲效率，并且驱动驱动系统可以确保运动部
29、件的速度放慢。(3) 灵敏度控制气动机械手灵敏度与其反应与感应的灵敏度也是位置精度的影响因素之一。(4) 承受强度气动机械手的承受强度直接影响机械手接触工件后的工作效果，强度不能太低，造成工件松动。(5) 运动件的重量运动中的运动气动机械手以及机械手分拣或运输的工件（物料）的质量。当运动件的质量发生变化时，定位的精准性也收到影响。(6) 控制系统开关控制、电比例控制和伺服控制的位置控制精度不相同。这不仅是因为各种控制元件的精度和灵敏度不同，而且与位置反馈装置的有无有关13。3、气动机械手运动缓冲装置缓冲设备内缓冲区外缓冲区分类气缸端缓冲电路弹性机械零件缓冲电路优缺点设计简单，紧凑型位置灵活，性
30、能佳但结构大本设计主题中使用的缓冲装置是气缸端缓冲装置。活塞从气缸端盖移动一定距离时，活塞和端盖之间会形成缓冲室。利用节流的原理，使缓冲室产生暂时背压电阻，从而使动作减慢到停止为止，防止硬冲击的装置称为气缸结束缓冲装置12-15。在缓冲冲程中，恒定节流器的缓冲装置称为恒定节流缸端缓冲器。设计气缸端恒定节流缓冲区时，三个参数受工作条件限制：(最大加速度)、(缓冲室最大冲击压力)和(剩馀速度)。一般方法是在三个参数之中只选其一，然后对剩下的两个参数进行校核。步骤如下首先要使活塞在完成运动后形成一个缓冲空间，这个在气缸端盖与活塞之间的缓冲空间就是缓冲室。利用节流的原理使缓冲室产生临时背压阻力，以使运
31、动减速直至停止，而避免硬性冲击的装置，称为气缸端部缓冲装置。在缓冲冲程中，节流口恒定的缓冲装置称为恒节流式气缸端部缓冲装置。设计气缸端部恒节流缓冲装置时，（最大加速度）、（缓冲腔最大冲击压力）和（残余速度）这三个参数受操作条件的限制。首先选择一个参数，确认其他两个参数。步骤如下：(1) 选择最大加速度通常，amax值根据空气力学反手击球的类型和结构,必须考虑到速度和负荷。对于重载低速气动机械手，- 取5m/s2以下，对于轻载高速气动机械手，-取510 m/s2(2) 计算沿运动方向作用在活塞上的外力F水平运动时： （式3.23） =0.251033.62-7=138N(3) 计算残余速度Vr
32、（式3.24）m/s4.4气动驱动系统设计空气动力学控制室内自动材料输送机构的一级控制根据气体流量和压力确定自动输送机构的运动速度和工作范围。因此，自动输送机构的运动速度和工作功率只能通过流量和气压的控制来控制。气动压力一般在5- 14kg /cm的范围内，最大臂力可达160kg以上。主要优点是:(1) 空气动力(发动机、汽缸)结构紧凑、重量轻、功率低。(2) 大量的热能通过空气排出，为了保证机器的正常工作。(3) 空气元件有直线位移式和回转式两种。开关控制系统可以通过阀门和泵的调整来补充。(4) 接触速度快，可以快速进行。与其他驱动元件相比，气动元件具有更高的刚度、更小的方位误差、更高的定位
33、精度和抗振性。比较复杂，处理电流的数学故障、检测、扩展、测试和补偿功能不及电子设备，电气机械设备敏感、简单。4.5手部抓取缸图 4.2 夹爪部分气动原理图(1) 夹爪部分气动原理图如图4.2所示(2) 泵的供气动力P取1Mpa，流量Q取系统所需最大流量即Q =1300ml/s。因此，需装图4-3中所示的调速阀，流量定为7.2L/min，工作压力P=2Mpa。硬件选型： 型号为2FRM5-20/102的流量控制阀型号为23E1-10B的二位三通阀电磁换向阀4.6 立柱升降气动回路图 4.3 立柱升降气动回路(1) 立柱升降气动原理图如图4.3所示(2) 工作压力: P=1Mpa流量: Q=35m
34、l/s硬件选型:型号为2FRM5-20/102的流量控制阀型号为34E1-10B的二位四通电磁换向阀4.7手臂伸缩缸气动回路图 4.4 手臂伸缩缸气动回路(1) 小臂伸缩缸气动原理图如图4.4所示(2) 工作压力: P =0.25Mpa流量: Q =1000ml/s硬件选型： 型号为2FRM5-20/102 流量控制阀型号为23E1-10B的二位三通电磁换向阀4.4总体系统图图 4.5 总体系统图(1) 总体系统图如图4.5所示,(2) 工作过程:立柱下降手部抓紧立柱上升小臂伸长立柱下降手部放松(3) 确认电机规格：气动泵选取CB-D型气泵，额定压力P =1Mpa，工作流量在3270ml/r之
35、间。选取80L/min为额定流量的泵，因此：传动功率 （式4.15）式中：=0.8 （经验值）所以代入公式（4.15）得： =16.7KN图4.6 机械手整体图5 硬件设计5.1 控制系统电源的设计本设计系统中用于提供电源的为AC380V，PLC的供电电源为AC220V，使用隔离变压器为其供电，PLC输入/输出回路的电源为DC24V，选用AC220V/DC24V直流稳压电源。5.2 硬件选型SPS系列S 7-200具有221、222、224xpcn、226等各种类型。选择224xpcn作为14个输入/10个起始点，24个数字I/O的综合系统。224xpcn包括一组模拟量输入和模拟量输出模块。不
36、能使用226和其他类型。224xpcn在成本和性价比方面比其他类型有优势。允许联接七个拓展模块。扩展到最多248个数字或35个模拟I/O口。有13kb的程序和存储空间。有6个独立的30khz高速表，2个独立的20khz高速脉冲输出，PID控制器。有两个RS 485通信端口。图 5.1 PLC实物图5.2.1 中间继电器选型中心继电器的主要参数选择:极数(接点对)、线圈电压、附加电流、插座、有灯、无灯。根据以上几点，根据欧姆龙提供的参数来选择模型。首先是my这个系列，操作频率从100000到60000次。常用线圈电压:AC 200/ 2020 / 240v、DC 24v。有n的型号是有LED灯的
37、型号。这里可以基于成本以及需求选用价格相对更高的n型。LED颜色:交流红色，直流绿色。线圈交换标准:线圈分离有自己的诊断功能。线圈直流规格:线圈极性必须识别，布线必须正确。My 2j 2对接点，额定通电电流为3a。对于导轨安装底座，ly系列比my系列有更大的容量。与上面my系列的常用线圈电压是同样的LED的颜色:交流红，直流绿。线圈交换标准:线圈分离时要具有自我诊断能力。都是两个系列相同的。线圈直流标准:检测线圈极性，正确的布线ly 2j将附加电流10a施加到接触。最后选择pyf 08a -e my 4j +pyf 08a -e my 4nj有LED的小型中央继电器作为装置的中央继电器。图5.
38、2 中间继电器实物图5.2.2 行程开关 行程开关，方向开关。通过与生产机械的运动部件接触，实现控制电路的连接或分离，达到一定的控制目的。一般用于控制或提高。限制机械的运动，使移动的机械能够根据特定的方向或升力而停止，反转，改变速度或相互抓住。如图5.35.3 行程开关样图5.2.3 电动机一、三相异步电动机的选择和应用由于系统规划的特殊性，对作业设备有一定的要求。发动机在高温下连续工作，使环境温度保持在高温。因此，发动机本身适用于高温高湿环境。不同运行方式和运输方式的环境控制相对较低，粉尘较多。总结了发动机的各种环境因素和要求。虽然速度不高，但是环境习惯能力应该满足一定的要求。三相异步电动机
39、的选择(1)根据机械负荷特点、生产工艺、网络要求、建设成本、运行成本等综合指标，合理选择发动机类型。(2)根据机械负荷所需的负荷能力、起动扭矩、运转方式及工作条件，适当地选择发动机功率以调整功率，确保有足够的备用功率。保证可靠的经济运行。(3)根据应用领域选择发动机的保护类型和结构。(4)根据生产设备的最高转速和变速系统的要求，选择发动机的转速。(5)根据环境温度、舒适性和检验性、安全性和可靠性的要求，选择发动机的绝缘和装配方法。(6)根据电源电压和频率选择发动机的附加电压和频率。综上所述，选择了华新国产c 01- 43b 0型发动机。图5.4 C01-43B0型电机实物图三相电机名牌参数1.
40、型号 C01-43B0；2.电压 380V；3.接法 星型;4功率 1.5kw;5.电流 3A6.转速 1400r/min7.频率 50hz;5.2.4 交流接触器选型关于交流接触器的选型，可以通过电路中负载电压（流）来进行判断，交流对应交流，直流对应直流，但是在一些情况下，直流电压不一定对应交流的接触器，当电路中大部分负载为交流，仅存在小部分为直流时，在负载电流允许的情况下依然采用交流接触器。基于以上分析，我们选用国产正泰品牌的效流接触器，型号为CJX21210；图5.5 交流接触器实物图5.2.5 热继电器选型热继电器用于马达或其他电气设备或电路的过载。当发动机实际工作时，负荷增加时电流增
41、加，负荷减少时电流减少，发动机不受超负荷控制。因此，为了获得引擎，有必要追加热继电器。选择热继电器的时候要考虑以下几点。1. 类型一般来说，选择二级结构的热继电器，但在条件不理想环境下，三相电压不平衡，或者发动机无人，可以选择三相结构的热继电器。选择相位断路器。A类型。2额定热继电器流量的选择热继电器的额定流量要求大于发动机的额定流量，请在额定流量后选择热继电器的种类。3.热力元件标称流量的选择和调整热部件的额定电流略高于发动机的额定电流，当发动机输出电流为额定电流的6倍，起动时间小于5s时，热交换部件的调节电流应与发动机的额定电流相对应。在发动机起动时间较长的情况下，在不允许牵引力或停止的情
42、况下，热元件的调节流量为额定发动机流量的1.1-1.15倍。图5.6 热继电器实物图5.2.6 按钮开关选型停止按钮，选择常闭触点，红色的，按下断开，松开自动恢复，只需要一个触点。选择施耐德的，按钮型号为XB2-BA42C22金属平头，弹簧复位，1NC，红色，共1个。启动按钮，选择常开触点，绿色的，按下闭合，松开自动断开，只需要一个触点。可以选择施耐德的，按钮XB2-BA31C22金属平头，弹簧复位，绿色，共1个。图5.7 按钮开关实物图5.2.7 电源指示灯选型电源指示灯选型原则： 1、根据工艺要求选择对应的电源指示灯颜色；2、根据当前控制设备的功能选择电源指示灯工作电压；综合以上几点我们选
43、用了正泰品牌型号为ND16-22DS/2 AC/DC 24V；5.8 电源指示灯实物图5.3 电路设计5.3.1 PLCIO接线图 PLC部分的图纸包括电源的接入以及输入/输出回路的连接，电气图纸如下所示：图5.9 PL接线图5.3.2 I/O地址分配表表5.1 I/O地址分配表I/O地址分配表信号输入地址编码信号输入地址编码启动IO.0传送带A运行Q0.0停止IO.1传送带B运行Q0.1急停IO.2上升气缸Q0.2上升到位检测IO.3下降气缸QO.3下降到位检测IO.4左移气缸QO.4左移到位检测IO.5右移气缸QO.5右移到位检测IO.6夹爪打开夹紧QO.6传送带A检测到位IO.7运行指示
44、灯QO.7传送带B检测到位I1.05.3.3电机一次接线图如图5.10所示 ，三相电通过空气开关上端进入，下端头接入到交流接触器上端头，这个时候如何交流接触器吸合，那么动力电源380V接通，相应的电机也就开始工作；否则电机不会工作，这样就可以实现弱电控制强电的效果。选用FR热继电器对电路进行保护作用， 如图所示，当PLC输出相应的Q点，然后，相应的中间继电器开始动作。当中间继电器的线圈接通时，连接中间继电器的点，电源220v与开关的线圈连接，超过中间继电器的点，这样就可以实现用PLC来控制负载，因此就可以实现全自动控制技术。图5.10 电机一次接线图总结毕业设计转眼间就到了收尾阶段，这几个月的
45、设计与学习的过程中，通过设计的不断深入我取得了长足的进步。在整个从选题到开题、从设计到调试、从查重到定稿，一连串的设计完善中，我们更高效更自主的汲取知识以作为我们开展设计的基础。毕业设计这样一个大学生涯中最复杂工作量最大的一次设计，带给我的不仅仅是一次丰富的经历，更多的是这个过程中能力的增加。在实验设计过程用到的资料，需要自己去检索整合筛；设计效果的呈现，需要借助软件完成；小组合作的课题，需要大家讨论摩擦中推进。在疫情的限制下学会如何利用网络查找资料，更好的利用图书资源，运用资料，还学会如何和同学共同讨论问题，这对我今后的工作有着很大的帮助，在与同学共同探讨设计的过程中，有一拍即合也有灵感碰撞，不论是怎样的沟通与协调都是宝贵的经历，是脱离书本知识的丰富与充实。我会在今后的工作中不断学习，努力提升自己的能力。通过这次的设计，实感优秀的设计人员的艰难性，尽管我们只是管中窥豹的学习设计了一部分内容，也足以切实体会专业设计与工作的严谨与复杂程度还远在我们能做到的之上，也激励与敦促我们学海无涯、谦逊待人，实践是检验认识真理性的唯一标准，切实学到知识断然离不开课本知识，却也不仅仅依靠纸上的经验。成为优秀设计人员的道路上，离不开自身不断的摸索。随着设计的逐步完善，我