搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)題目搬運(yùn)機(jī)械手 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名孫飛龍學(xué)號(hào)02030801013專業(yè)班級(jí)機(jī)電一體化（ 1）班指導(dǎo)老師張?zhí)m仙機(jī)電工程系1/39搬運(yùn)機(jī)械手PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運(yùn) , 可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。本機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個(gè)電磁閥控制的液壓鋼來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動(dòng)及夾緊工件的動(dòng)作，兩個(gè)轉(zhuǎn)速不同的電動(dòng)機(jī)分別通過兩線圈控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的

2、快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；其動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個(gè)不同部位的行程開關(guān)(SQ1-SQ9) 產(chǎn)生的通斷信號(hào)傳輸?shù)絇LC 控制器，通過 PLC 內(nèi)部程序輸出不同的信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)外部線圈來控制電動(dòng)機(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位；其動(dòng)作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手，可編程控制器（PLC），液壓，電磁閥目錄2/39前 言 .1第一章 機(jī)械手的概況1.1搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡況 21.2機(jī)械手的應(yīng)用意義 31.3機(jī)械手的發(fā)展概況 3第

3、三章 搬運(yùn)機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及 " title=" 下一頁 ">> >> >>|其動(dòng)作3.2 搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.3 搬運(yùn)機(jī)械手控制程序設(shè)計(jì)1 操作面板及動(dòng)作說明2 I/O 分配 3 梯形圖的設(shè)計(jì) 1） 梯形圖的總體設(shè)計(jì)2） 各部分梯形圖的設(shè)計(jì)3） 繪制搬運(yùn)機(jī)械手PLC 控制梯形圖 3/39結(jié)論 謝辭 參考文獻(xiàn) 附：語句.表 梯形圖 I/O 接線圖前 言機(jī)械手： mechanical hand，也被稱為自動(dòng)手，auto hand能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工

4、具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體， 需有 6 個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械

5、手的靈活性越大，通用性越廣， 其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23 個(gè)自由度。4/39機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958 年美國聯(lián)合

6、控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。第一章機(jī)械手概況1.1 搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡況在現(xiàn)代工業(yè)中， 生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50 件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生5/39產(chǎn)時(shí)間的5。從這里可看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些

7、工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。國內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門中機(jī)搬運(yùn)械手主要應(yīng)用于以下幾方面：1.熱加工方面的應(yīng)用熱加工是高溫、危險(xiǎn)的笨重體力勞動(dòng)，很久以來就要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對(duì)于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。2.冷加工方面的應(yīng)用冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機(jī)加工時(shí)的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動(dòng)線上應(yīng)用，成為機(jī)床、設(shè)備上

8、下工序聯(lián)接的重要于段。3.拆修裝方面拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動(dòng)較多的部門之一，促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門，已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動(dòng)缸、裝卸軸箱、組裝輪對(duì)、清除石棉等，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機(jī)械手，可用以對(duì)客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆，以改善勞動(dòng)條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。6/39近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來越多的應(yīng)用，工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。1.2 機(jī)械手的應(yīng)用意義在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下：1.可以提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)械手，

9、有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。2.可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。3.可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)

10、用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。7/39綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。機(jī)械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì)1.3 機(jī)械手的發(fā)展概況專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對(duì)

11、發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。早在 40 年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。50 60 年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特(Unimate) 機(jī)械手即屬于這種類型。60 70 年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。80-90 年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是日本。90 年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林

12、、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。8/3990 年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展?？傊?，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代：第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有 |<< << < 1 23 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>|識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能；第三代機(jī)械手

13、能獨(dú)立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(FlexibleManufacturing Cell)中重要一環(huán)。1.4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)目前國內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此，國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手， 有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)

14、構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件， 即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，9/39擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高精度，減少?zèng)_擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機(jī)械手，并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。在國外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋

15、能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時(shí)，即能更正，并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。工作時(shí)，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后傳送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手先伸出手指尋找工件， 通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用

16、，然后伸向前方， 抓住工件。手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到1995 年，全世界約有50% 的汽車由機(jī)械手裝配?，F(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。10/391.5 PLC 概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用1. 可編程序控制器的應(yīng)用和發(fā)展概況可編程序控制器（programmable controller），現(xiàn)在一般簡稱為PLC（ programmable logic controller ），它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合

17、了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、 自動(dòng)控制技術(shù)、 數(shù)字技術(shù)、 通 信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、 價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對(duì)象改變時(shí)，原有的接線刻控制盤（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。2.PLC 的應(yīng)用概況PLC 的應(yīng)用 |<< <

18、;< < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>|領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴(kuò)大，對(duì)于而今的PLC 幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來 PLC 的性價(jià)比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。按 PLC 的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面。1） . 用于邏輯控制11/39這是 PLC 最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用 PLC 取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯控制等。2） . 用于模擬量控制PLC 通過模擬量I/O 模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字

19、量之間轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量控制。3） . 用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制現(xiàn)代 PLC 具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC）及計(jì)算機(jī)控制（CNC）緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。4） . 用于工業(yè)機(jī)器人控制5） . 用于多層分布式控制系統(tǒng)高功能的PLC 具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)現(xiàn)PLC 與 PLC 之間、 PLC 與遠(yuǎn)程 I/O 之間、 PLC 與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。3. PLC 的特點(diǎn)1） . 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)PLC 能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度變化等中可靠地工作， PLC 的平均無故障間隔時(shí)間高，日本三菱公司

20、的F1 系列 PLC 平均無故障時(shí)間間隔長達(dá)30 萬 h ，這是一般微機(jī)所不能比擬的。12/392） . 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng)由于 PLC 是采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)控制功能，對(duì)同一控制對(duì)象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變PLC 的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。3） . 編程簡單、使用、維護(hù)方便4） . 組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣PLC 既可用于開關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此，PLC 應(yīng)用范圍很廣。5） . 體積小、重量輕、功耗低PLC 采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時(shí)功

21、耗也很低，空載功耗約 1.2KW 。5.PLC 在機(jī)械手中的應(yīng)用機(jī)械手通常應(yīng)用于動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合來代替人的反復(fù)的操作，從而節(jié)省人的勞動(dòng)，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經(jīng)常被應(yīng)用于動(dòng)作簡單的電氣及流水線控制，而PLC 以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng);控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng);編程簡單、 使用、維護(hù)方便 ; 組合方便、 功能強(qiáng)、 應(yīng)用范圍廣 ; 體積小、 重量輕、功耗低等有點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于類似機(jī)械手的控制動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合，本設(shè)計(jì)正是以PLC控制為基礎(chǔ)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)。13/39第二章搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案2.1 搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作本機(jī)械手用于生產(chǎn)線上工件的自動(dòng)搬運(yùn)，根據(jù)對(duì)機(jī)械手的工藝過

22、程及控制要求分析，機(jī)械手的動(dòng)作過程如圖31 所示：圖 2 1 機(jī)械手的動(dòng)作周期2.2 機(jī)械手的控制過程如圖 3 2 所示由 A、B 兩個(gè)液壓缸完成工件的夾緊和提升的動(dòng)作，A 缸通過一個(gè)單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松，B 缸通過一雙電兩位四通電磁閥控制機(jī)械手的升降；由小車實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的移動(dòng)。該小車由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)是高速，一臺(tái)是慢速。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)以慢快慢的形式進(jìn)行，返回時(shí)按慢快 慢的形式后退。當(dāng)工件從傳送帶傳輸?shù)綑C(jī)械手下方時(shí)，工件碰壓行程開關(guān)SQ1， B缸活塞桿伸出，帶動(dòng)機(jī)械手下降，下降至終點(diǎn)碰壓行程開關(guān)SQ3 與機(jī)械手夾鉗相連的 A 缸活塞桿收進(jìn)，機(jī)械手將工件夾緊；當(dāng)工件夾緊到位

23、時(shí)，行程開關(guān)SQ5 動(dòng)作，B 缸的活塞桿收進(jìn)，把工件提升；當(dāng)工件提升到最高位置時(shí)碰壓行程開關(guān)SQ4，啟動(dòng)小車慢速右行；當(dāng)小車碰壓行程開關(guān)SQ7 時(shí)轉(zhuǎn)為快速行走；接近終點(diǎn)時(shí)小車碰壓14/39行程開關(guān) SQ8，轉(zhuǎn)為慢速行走；行至右端行程開關(guān)SQ9，小車停止前進(jìn)；停留5 秒后， B 缸活塞桿再次外伸，機(jī)械手下降至終點(diǎn)，A 缸活塞桿外伸帶動(dòng)夾鉗松開，將工件放下；然后機(jī)械手上升，小車以慢快 慢的形式沿原路返回，恢復(fù)到圖示所示的原點(diǎn)位 |<<<<<12345678910>>>>>|置。2.3 機(jī)械手的控制要求為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作

24、方式選擇開關(guān)。分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：單步、單周期、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。手動(dòng)操作：供維修用，即用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，按下上升/ 下降按鈕，機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其它動(dòng)作以此類推?；卦唬寒?dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí)，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點(diǎn)位置。單步運(yùn)行：供試用，即沒按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。單周期運(yùn)行：供首次檢驗(yàn)用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)周期后停止在原點(diǎn)位置連續(xù)運(yùn)行：正常使用，當(dāng)

25、機(jī)械手在原點(diǎn)并按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動(dòng)作。15/39該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位 ”，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放置自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開關(guān)放置于“手從操作 ”位置。第三章 搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)械部分和電氣控制部分的設(shè)計(jì)。3.1 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如圖32 所示圖 3 2 ：機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖圖中設(shè)置9 個(gè)行程開關(guān)SQ1SQ9 用于檢測(cè)工件、小車、機(jī)械手的位置及機(jī)械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài)，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)施控制。其中SQ1 為工件是否到位的檢測(cè)開關(guān)；

26、SQ2 為小車原位檢測(cè)開關(guān)；SQ3、 SQ4 分別為機(jī)械手下降上升是否到位檢測(cè)開16/39關(guān)； SQ5、SQ6 分別為機(jī)械手夾緊放松檢測(cè)開關(guān)；SQ7、 SQ8 分別為小車速度轉(zhuǎn)換開關(guān)； SQ9 為小車運(yùn)動(dòng)停止開關(guān)。3.2 電氣控制的設(shè)計(jì)包括主電路和控制電路的設(shè)計(jì)。主電路由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，即慢速電機(jī)和快速電機(jī)，分別拖動(dòng)小車慢行和快行，其控制如下：慢速電動(dòng)機(jī)M1 由接觸器KM1、KM2 分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)；快速電動(dòng)機(jī)M2 由接觸器KM3 和 KM4 分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)。機(jī)械手的夾緊放松動(dòng)作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個(gè)液壓缸完成的，在通電情況下，機(jī)械手松開，得電時(shí)松開，可以防止在設(shè)備運(yùn)行過程中

27、突然斷電導(dǎo)致的機(jī)械手松開，工件脫落的情況發(fā)生。3.3 操作面板及動(dòng)作說明根據(jù)控制和生產(chǎn)工藝的要求，控制操作包括手動(dòng)和自動(dòng)，手動(dòng)又包括手動(dòng)步進(jìn)、回原位操作，自動(dòng)控制包括單步、單周期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開關(guān)設(shè)置有五個(gè)檔位。手動(dòng)工作方式下，手動(dòng)動(dòng)作包括上升、下降、放松、快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退和復(fù)位，故設(shè)置六個(gè)動(dòng)作看官按鈕。各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行的同時(shí)均設(shè)有動(dòng)作指示燈。另外設(shè)有啟動(dòng)停止按鈕。其操作面板如圖3 3 所示：17/39圖 3 3 機(jī)械手操作面板示意圖3.4 I/O 分配I/O 設(shè)備即所需的I/O 點(diǎn)數(shù)如下表所示：信I/O 設(shè)備I/O 點(diǎn)數(shù)信號(hào)I/O 設(shè)備號(hào)操作方式選擇旋鈕開關(guān)5交流接觸器控制線

28、圈手動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)選擇按鈕8電磁閥輸入輸出啟動(dòng)停止按鈕2動(dòng)作指示行程開關(guān)9原點(diǎn)指示I/O 點(diǎn)數(shù)438118/39根據(jù) I/O 點(diǎn)的分配要求及考慮10% 到 15% 的 I/O 裕量，本設(shè)計(jì)PLC 采用F1 60MR 36/24型，樣圖見圖3-4 所示：19/39圖 3 4 F1-40MR 樣圖控制電路設(shè)計(jì)主要是PLC 輸入、輸出接線的設(shè)計(jì)，其 I/O 分配如圖3 5 所示。電氣接線圖見附圖圖 3 5 PLC I/O 接線控制圖第四章 搬運(yùn)機(jī)械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)20/39機(jī)械手動(dòng)控制屬順序控制，故其手動(dòng)程序采用普通的PLC 控制指令控制， 自動(dòng)程序采用步進(jìn)梯形指令控制4.1 梯形圖的總體設(shè)計(jì)按照機(jī)械手控

29、制和工藝流程的要求，在選擇“手動(dòng)方式 ”時(shí)應(yīng)執(zhí)行手動(dòng)程序；在選擇 “回原位 ”時(shí)應(yīng)執(zhí)行回原|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>|位程序；在選擇自動(dòng)程序時(shí)應(yīng)執(zhí)行自動(dòng)程序。其中自動(dòng)程序要在啟動(dòng)按鈕按下時(shí)才執(zhí)行。故梯形圖的總體構(gòu)成如圖36 所示。圖 3 6 搬運(yùn)機(jī)械手PLC 控制梯形圖總體構(gòu)成21/394.2 各部分梯形圖的設(shè)計(jì)1.通用部分梯形圖設(shè)計(jì)通用部分梯形圖分為三部分：1） . 狀態(tài)器的初始化。初始化狀態(tài)器S600 在手動(dòng)方式下被置位、復(fù)位。當(dāng)方式選擇開關(guān)置于“返回原位 ”（X514 接通）時(shí)，按

30、下復(fù)位按鈕（X507 ）時(shí)被置位，在“手動(dòng)操作 ”（ X510 ）接通時(shí)， S600 復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動(dòng)做復(fù)位操作，即在方式選擇開關(guān)位于“手動(dòng)操作 ”或 “返回原位 ”時(shí)，中間狀態(tài)器同步復(fù)位。故初始化梯形圖如圖3 7 所示，（如果狀態(tài)器要在供電時(shí)從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要 M71 ）。圖 3 7 狀態(tài)器初始化梯形圖2） . 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。若機(jī)械手工作在自動(dòng)工作方式下，當(dāng)初始狀態(tài)器S600被置位后按下啟動(dòng)按鈕，輔助繼電器M575 工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步一步的向下傳遞，即可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)程序 ”時(shí)，轉(zhuǎn)換啟動(dòng)繼電器M575 一直保持到22/39停機(jī)按鈕按下為止。另

31、一面采用M100 檢查機(jī)器是否處于原位。當(dāng)M575 和 M100都接通時(shí)，從初始狀態(tài)器開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，故其梯形圖如圖38 所示。圖 3 8 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)梯形圖3）. 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖。激活特殊輔助繼電器M574 并用步進(jìn)梯形指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時(shí)，狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換就被自動(dòng)禁止。在“單周期 ”工作期間，按下停止按鈕時(shí)，M574 應(yīng)被激勵(lì)并自保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，從現(xiàn)行工步重新開始工作，M574 應(yīng)復(fù)位，即重新允許新轉(zhuǎn)換。在“步進(jìn) ”工作方式時(shí)， M574 應(yīng)始終工作，此時(shí)，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但沒按下一次啟動(dòng)按鈕時(shí)，M574 斷開一次，允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次。在“手動(dòng) ”工作方式時(shí)

32、禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)方式解除之后，按下啟動(dòng)按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除，M574 復(fù)位，。PLC 在啟動(dòng)時(shí)，用初始化脈沖M71 和 M574 自保持，以此禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換，直到按下啟動(dòng)按鈕。故狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖如圖38 所示。23/39圖 3 8 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖通過對(duì) 37 和 38 的分析可得出：在執(zhí)行“手動(dòng)操作 ”和 “返回原位 ”程序時(shí)，M575 一直不能被接通，而 M574 長期被接通，（按下啟動(dòng)按鈕時(shí)除外）；執(zhí)行“步進(jìn)”程序時(shí)沒按一次啟動(dòng)按鈕， M574 斷開一次， M575 接通一次，狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次；在執(zhí)行 “單周期操作 ”程序時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，M574 斷開， M575 接通

33、，狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換可一步一步向下轉(zhuǎn)換，直至按下停止按鈕時(shí)，M574 自鎖，狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換被禁止，操作停止在現(xiàn)行工序（再次按下啟動(dòng)按鈕時(shí)從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)程序”時(shí)， M575 一直接通到按下停止按鈕，此時(shí)M574 一直不能接通。2.手動(dòng)操作梯形圖手動(dòng)操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方式來設(shè)計(jì)梯形圖。 “手動(dòng)操作時(shí) ”按下放松按鈕時(shí)，機(jī)械手卡抓松開，當(dāng)松開放松按鈕時(shí)，機(jī)械手卡爪在液壓缸作用下自動(dòng)加緊并保持；按下上升按鈕，上升輸出Y435 保持24/39接通；按下下降按鈕， Y436 保持接通；在上限位按下慢進(jìn)按鈕，慢進(jìn)輸出Y430 接通，至行程開關(guān) SQ7 閉合

34、，小車停止；快進(jìn)、快退、慢退情況同慢進(jìn)。手動(dòng)操作梯形圖設(shè)置有互鎖，只有在小車處于左限位（即X403 閉合）或右限位（即 X412 閉合）時(shí)機(jī)械手的上升下降動(dòng)作才能進(jìn)行，只有當(dāng)機(jī)械手處于下限位（即 X404 接通）機(jī)械手的加緊放松動(dòng)作才可以手動(dòng)控制；為了安全，同一個(gè)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)線圈不能同時(shí)接通，設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了自鎖開關(guān)，防止線圈同時(shí)接通造成的短路。故手動(dòng)操作時(shí)梯形圖如圖39 所示。圖 3 9手動(dòng)操作梯形圖25/393.返回原位梯形圖在 “返回原位 ”狀態(tài)下， “夾緊 ”與 “下降 ”動(dòng)作應(yīng)被停止，上限位未動(dòng)作時(shí)，應(yīng)進(jìn)行“上升 ”；上限位動(dòng)作時(shí)，“右行 ”動(dòng)作應(yīng)停止，并左行至左限|<<&

35、lt;< < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>|位位置。故返回原位梯形圖如圖310 所示：圖 3 10 返回原位梯形圖4. 自“動(dòng) ”狀態(tài)梯形圖圖 311 表示了機(jī)械手自動(dòng)工作時(shí)執(zhí)行各工步的情況，表示了各工步的實(shí)現(xiàn)和轉(zhuǎn)換的條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥Y436 接通。自下限位置時(shí)，X404 接通，轉(zhuǎn)換為 “夾持 ”過程；夾持電磁閥Y434 復(fù)位，至加緊限位 X406 接通，轉(zhuǎn)換為上升動(dòng)作；當(dāng)上限為開關(guān)SQ4 閉合， X405 接通，小車開始慢進(jìn)動(dòng)作?？爝M(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、加緊、上升、慢退、快退、慢退動(dòng)作依次類推，如上所述

36、一步一步按順序驅(qū)動(dòng)各個(gè)負(fù)載動(dòng)作，稱為順序控制或過程步進(jìn)型控制。26/39圖 3 11 搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作流程圖27/39用狀態(tài)器代替自動(dòng)工作流程圖的各工步，可得到312 所示的功能表圖：圖 3 12 搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作功能表圖28/39根據(jù)圖 312 所示的自動(dòng)工作功能表圖，可設(shè)計(jì)出自動(dòng)操作時(shí)的梯形圖如圖313 所示。29/3930/39圖 3 13 搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作梯形圖5、繪制搬運(yùn)機(jī)械手PLC 控制梯形圖將從初始化開始的一系列梯形圖，按照總體結(jié)構(gòu)圖 （圖 36 ）的形式組合在一起，得到機(jī)械手PLC 控制的梯形圖（見附圖），其語句表見附錄。附圖：搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖搬運(yùn)機(jī)械手控制梯形圖搬運(yùn)機(jī)械手動(dòng)作流程圖搬運(yùn)機(jī)械手控制接線圖結(jié)論本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于機(jī)加工生產(chǎn)，貨物調(diào)運(yùn)等場(chǎng)合。搬運(yùn)機(jī)械手采用PLC 控制，體積小，重量輕，控制方式靈活，可靠性高，操作簡單，維修容易。使用該機(jī)械手代替人工搬運(yùn)工件，既安全，又準(zhǔn)確，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了工件的質(zhì)量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?？删幊炭刂破鱌LC 以其豐富的I/O 接口模塊、高可靠性,可以在機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起到了十分重要的作用。31/39本文就設(shè)計(jì)過程中的幾項(xiàng)關(guān)鍵的問題提出了自己的一些看法,可以有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力,對(duì) PLC 讀、寫