1、南京工程學院 本科畢業設計（論文）開題報告題 目：基于PLC的物料分揀機械手自動化控制 系統的設計 專 業： 自動化（數控技術） 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 2015年3月學生姓名 學 號專 業指導教師 職 稱所在院系課題來源自擬課題課題性質課題名稱基于PLC的物料分揀機械手自動化控制系統設計畢業設計的內容和意義 （1）據控制要求完成PLC的選型（2）實現物料分揀機械手的自動化控制要求 （3）繪制功能要求的工藝流程圖、工作梯形圖（4）編寫程序清單（5）完成設計說明書 （6）畢業設計論文符合學院規定的論文格式和有關要求本課題對虛擬制造技術的應用進行研究，其研究意義如下：

2、（1）本課題試圖開發PLC對物料分揀機械手的控制，使其能夠對不同的物料按預先設定的程序進行分揀，動作靈活多樣，廣泛應用于柔性生產線。（2）采用PLC控制，可部分代替人工在高溫和危險的作業區進行單調持久的作業。（3）可以允許方便的改動或重新設計其新部件，并能很快地投產，降低安裝和轉換工作的費用。文獻綜述1.PLC介紹 它是一種即時系統有別於個人電腦 。傳統式以繼電器為主的電機控制系統中, 每當變更設計時,整個系統幾乎都要重新制作, 不但費時又費力；同時由於繼電器還有接點接觸不良、磨損、體積大之缺點, 因此造成成本升高、可靠性低、不易檢修等問題。為了改善這些缺點,美國DEC在1969年首度發表：可

3、程式控制器(Programmable Controller)。程式控制器在發表初期被稱為(Programmable Logic -Controller)簡稱PLC, 最先的目的是取代繼電器，從而執行繼電器邏輯及其他計時或計數等功能的順序控制為主, 所以也稱順序控制器,其結構也像一部微電腦,所以也可稱為微電腦可程式控制器(MCPC),直到1976年,美國電機制造協會正式給予命名為Programmable Controller, 即可程式控制器,簡稱PC,由于目前個人電腦(Personal Computer)極為普遍, 加上常與可程式控制器配合使用,為了區分兩者, 所以一般都稱可程式控制器為PLC

4、 以加以分別。目前市面上之PLC種類繁多，依照制造廠商及適用場所的不同而有所差異, 但是每種廠牌可依機組復雜度分為大、中、小型；而一般工廠及學校通常使用小型PLC, 其中以日系F系列及我國A系列PLC較受國人愛用。 而本CAI將以三菱FX2 PLC 為主加以介紹,望使用者能對PLC有更深的瞭解, 在使用PLC時能更得心應手。 可程式控制器內部基本結構可用下圖來表示, 其內部處單元包括CPU、輸入模組、輸出模組三大部門, PLC的CPU 會經由輸入模組取得輸入元件所產生的訊號, 再從記憶體中逐一取出原先以程式書寫器中輸入的控制指令, 經由運算部門邏輯演算後,再將結果通過輸出模組加以驅動外在的輸出

5、元件。2.應用領域 目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為如下幾類。1）開關量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。2） 模擬量控 在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液文獻綜述位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的

6、A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。3）運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。4）過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都

7、有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。5）數據處理現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。6）通信及聯網PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設

8、備間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網絡發展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3. 功能特點1）使用方便，編程簡單采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，文獻綜述因此系統開發周期短，現場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。2）功能強，性能價格比高一臺小型PLC內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能可以實現非常復雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統相比，具有很高的性能價比。PLC可以通過通信聯網，實現分散控制，集中管理。3）硬件配套齊全，用戶使用方

9、便，適應性強PLC產品已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和小型交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化。4）可靠性高，抗干擾能力強傳統的繼電器控制系統使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于觸點接觸不良，容易出現故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統的1/10-1/100，因觸點接觸不

10、良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業控制設備之一。5）系統的設計、安裝、調試工作量少 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法來設計。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，設計梯形圖的時間比設計相同功能的繼電器系統電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過PL

11、C上的發光二極管可觀察輸出信號的狀態。完成系統的安裝和接線后，在現場的統調過程中發現的問題一般通過修改程序就可解決，系統的調試時間比繼電器系統少。文獻綜述6）維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執行機構發生故障時，可以根據PLC上的發光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故。4.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

12、）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，還帶有處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計時模塊、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、語言表等編程語言，亦有高檔的PLC指令系統；（6）發展容錯技術采用設備并行工作、多數表決的工作方式；（7）追求軟硬件的標準化。5.PLC控制的機械手 在工業生產和其他領域內，由于工作的需要，人們經常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，

13、甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。機械手可在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線。機械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應現場惡劣的環境，大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。機械手是工業機器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業機器人。工業機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業重要的自動化裝備。廣泛采用工業機器人，不僅可以提高產品的質量與產量，而且對保障人身安全，改善勞動環境，減輕勞動強度，提高勞動生產率，節約原材料消耗以及降低生產成本，有

14、著十分重要的意義。文獻綜述可編程控制器（PLC）是繼電器控制和計算機控制出上開發的產品，逐漸發展成以微處理器為核心把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業自動控制裝置。本課題充分利用了PLC控制功能，實現機械手搬運控制。使該系統可靠穩定，時期功能范圍得到廣泛應用。參考文獻（1）鐘肇新.可編程序控制器原理及應用.廣州：華南理工大學出版社,2002 （2）陳宇,段鑫.可編程控制器基礎及編程技巧.廣州：華南理工大學出版社,2002 （3）常曉玲.電氣控制系統與可編程控制器.北京：機械工業出版社,2004  （4）張建民,機電一體化系統設計.北京：高等教育出版社,2001 （5）

15、蔣少茵.PLC控制的機械手.2004 （6）張兵,施永輝.基于PLC的機械手混合驅動控制,液壓與氣動.2005 （7）張建民等.機電一體化系統設計M.北京：北京理工大學出版社，2007 （8）袁子榮.液氣壓傳動與控制M.重慶：重慶大學出版社，2007（9）陳奎生.液壓與氣壓傳動M.武漢：武漢理工大學出版社，2001（10）張鐵，謝存禧.機器人學M.廣州：華南理工大學出版社，2001（11）He yong yi. A Control System of Material Handling in FMS. Journal of Shanghai university. Vol.1.No.1.199

16、7.  （12） 費仁元，張慧慧.機器人設計和分析M.北京：北京工業大學出版社， 1998. （13）王永章，杜君文，程國全.數控技術M.北京：高等教育出版社，2001（14） 鄂大辛.液壓傳動與氣壓傳動M.北京：北京理工大學出版社，2007（15） 宋建武，趙冬梅.液壓與氣動元件操作訓練M.北京：化學工業出版社， 2007  （16）Ren Sheng-le. Development of PLC-based Tension Control System. Chinese Journal of Aeronautics20 (2007)（17）楊文生，沈兆奎，王寶中，等.液壓與氣壓傳動M.北京：電子工業出社，版社，2007齊進凱.氣動機械手的結構設計、分析及控制的研究D .上海：東華大學，2006 （19）常曉玲.電氣控制系統與可編程控制器M.北京：機械工業出版社，2004: （20）楊存智.PLC在自動化生產機械手中的應用J.機床電器.2006(33).研究內容 （1）物料分揀機械手執行系統的研究。 （2）物料分揀機械手驅動系統的研究與選擇。 （3）物料分揀機械手控制系統的設計。研究計劃第1周 熟悉課題，查找相關資料第2周 熟悉課題，查找相關資料第3周 撰寫開題報告，英文資料翻譯第4周 熟悉相關PLC