1、东莞理工学院城市学院本 科 毕 业 设 计毕业论文题目： 基于 PLC 控制的碎纸 机刀片加工系统设计 学 生 姓 名： 陈树明 学 号： 200940501205 系 别： 机电工程系 专 业 班 级： 09 机械设计制造 及其自动化（2）班 指导教师姓名及职称： 张锦荣 讲师 起 止 时 间: 2013 年 3 月 2013 年 6 月摘 要目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力建材。机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，因此 PLC 在控制领域取得广泛应用。在现代工业控制中，PLC 和组态都是非常重要的技术，掌握这项技术，对我们从事机电的人来说是非常
2、必要的。这次我毕业设计的题目是：“基于 PLC 控制的碎纸机刀片加工系统设计” 。这次的毕业设计的主要木的是培养一种对 PLC 的认知方法。掌握自动化加工系统的工作原理、工作过程及其控制操作方式、PLC 控制的设计、编程方法、系统调试。这次的毕业设计是用组态王软件模拟机械手，用机械手代替人手操作，去完成碎纸机刀片的加工过程。并且机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工
3、件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。本文应用三菱公司生产的可编程控制器 FX 系列 PLC，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。关键词: 组态王 可编程控制器 PLC 机械手 自动化AbstractAt present, PLC has been widely applied in electric power, petroleum, chemical industry, building materials, iron and steel. Machinery manufacturing
4、, automotive, textile, transportation, environmental protection, and cultural entertainment industries, so PLC in control applications.In modern industrial control, PLC and configuration is very important technology, master the technology, it is very necessary for us to engage in electromechanical p
5、eople.The graduation design topic is: “the design of paper shredder blade processing system based on PLC control“. The graduation design of the main wood this is to develop a cognitive approach to PLC. Master automation processing system working principle, working process and control mode of operati
6、on, the PLC control design, programming, debugging system. The graduation design is the simulation manipulator by Kingview software, manipulator instead of manual operation, the process to complete the paper shredder blade.And the mechanical hand can replace human do dangerous, boring work, to reduc
7、e human labor intensity, and improve labor productivity. Manipulator is a kind of grasping and moving the workpiece function of automation devices in the automation of the production process, it is a new device developed in the mechanization, automation of production process. The manipulator has bee
8、n applied more and more widely, in the machinery industry, it can be used for parts assembly, handling, loading and unloading of workpiece, especially in the automation of CNC machine tools, machine tool portfolio of more general use. This paper applied the Mitsubishi Co production of programmable c
9、ontroller FX series PLC, realizes the manipulator transportation control system, the system makes full use of the programmable controller (PLC) control function. So that the system is reliable and stable, the time functional scope widely used.Keywords: Kingview programmable controller PLC manipulato
10、r automation目录1、前言 11.1 选题背景 11.2 设计目的及主要内容 12、PLC 及机械手的介绍及选择 .22.1 可编程控制器 PLC.22.2 机械手 .103、设计主体部分 .123.1 控制要求 .123.2 顺序控制流程图 .133.3 I/O 分配 143.4 梯形图 .143.5 指令表 .173.6 PLC 连线图 193.7 模拟调试 .204、设计过程 214.1 数据变量的建立 .214.2 系统程序的编制 .224.3 动画连接 .234.4 机械手的运行 .275、设计小结 30参考文献 .31致 谢 .321基于 PLC 控制的碎纸机刀片加工系统
11、设计陈树明1、前言1.1 选题背景随着我国经济的迅速发展，采用 PLC 的工作原理来控制材料完成生产的技术基本已经成熟，其中得到愈来愈广泛的就是采用 PLC 控制搬运机械手来实现生产所需的装置，本次课题是采用 PLC 的机械手应用于碎纸机刀片的加工系统。在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于 PLC 对机械手搬运材料的控制设计这个实践性非常强的设计课题，我进行了大量的实习。经过在东莞精锐五金有限公司的生产实习，我对于 PLC 对搬运机械手的控制设计
12、有了一个全新的认识，丰富了许多PLC 方面的知识，而对于 PLC 方面的制造工艺更是实现了零的突破。在指导老师的协助下，同时在现场查阅了很多相关资料，明确了 PLC 的一般工作原理、制造、工艺过程。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。1.2 设计目的及主要内容1.2.1 设计目的培养机械设计能力；扩展知识结构；培养综合运用能力；是课堂教学的有
13、益补充。通过本次设计，进一步加强自己对机械手对于加工系统的应用和 PLC 的认识，以及它们在生活中广泛应用。1.2.2 主要内容正确选用机械手和 PLC 类；绘制 I/O 分配；设计梯形图；指令表；模拟调试22、PLC 及机械手的介绍及选择2.1 可编程控制器 PLC2.1.1 PLC 慨况可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称 PC）。与个人计算机的PC 相区别，用 PLC 表示。是近几年迅速发展并得到广泛应用的新一代工业自动化控制装置。它的产生和发展与继电器有很大的关系。继电器是一种弱电信号控制强电信号的电磁开关，在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常
14、困难的，如果工艺要求发生变化，就得重新设计电路、连线安装，严重地影响生产。显然，将计算机功能的完备、灵活、通用与继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制造一种新型的工业控制装置成为电气控制系统的发展方向。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC 得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC 的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的 PL
15、C 不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。PLC 是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的 PLC 只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入 PLC 的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC 的 CPU 内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常
16、为 END 指令），然后再返回起始步循环运算。PLC 每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的 PLC，循环扫描周期在 1 微秒到几十微秒之间。PLC 用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算 1K 逻辑程序不到 1 毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16 位（也有 32 位的）为一个模拟量。大型 PLC 使用另外一个 CPU 来完成模拟量的运算。把计算结果送给 PLC 的控制器。3相同 I/O 点数的系统，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大约能省 40%左右）。PLC 没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比 DCS
17、要低很多。一个 PLC 的控制器，可以接收几千个 I/O 点（最多可达 8000 多个 I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用 PLC 较为合适。PLC 由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。近 10 年来，随着 PLC 价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用 PLC 进行控制，PLC 在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内 PLC 在我国仍将保持高速增长势头。 通用 PLC 应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但 PLC 相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更
18、好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用 PLC 或定制 PLC 取代嵌入式控制器PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC 的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控
19、制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点，它的几种常见的控制类型为逻辑控制、生产监控、模拟量控制、闭环调节控制。大型控制网络。正是由于它的这些控制功能使其被广泛应用于冶金、化工、机械、印刷、电子、电力、建筑建材、交通等几乎所有的工业控制领域，在工业控制领域中，PLC 控制技术的应用必将形成世界潮流PLC 程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为 PLC 程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设
20、计。 42.1.2 PLC 的结构及基本配置和继电器控制系统类似，PLC 控制系统也是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。一般讲，PLC 分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，当然按 CPU 性能分成若干型号，并按 I/O 点数又有若干规格。对模块式 PLC，有 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的 PLC，都属于总线式开放型结构，其 I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。CPU 的构成：PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每台 PLC 至少有一个 C
21、PU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU 功能：1. 用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；2. 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；3. 诊断电源和 PC 内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；4. 在 PC 进入运行状态后：执行用户程序产生相应的控制信号（
22、从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路）进行数据处理分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务更新输出状态输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等）5系统程序存储器存放系统工作程序（监控程序） 、模块化应用功能子程序、命令解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数*不能由用户直接存取用户程序存储器存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序。 功能存储器（数据区）存放用户数据
23、PC 的用户存储器通常以字（16 位/字）为单位来表示存储容量。注意：系统程序直接关系到 PC 的性能，不能由用户直接存取，所以，通常 PC 产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。 CPU 的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。
24、CPU 的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 虽然划分为以上几个部分，但 PLC 中的 CPU 芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对 CPU 内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在 PLC 中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU 模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU 模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式 PLC 的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接 I/O 模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU
25、模块上还有许多设定开关，用以对 PLC 作设定，如设定起始工作方式、内存区等。I/O 模块： PLC 的对外功能，主要是通过各种 I/O 接口模块与外界联系的，按 I/O点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配用户存储器系统存储器6置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。电源模块：有些 PLC 中的电源，是与 CPU 模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V的工作电源。电源
26、以其输入类型有：交流电源，加的为交流 220VAC 或 110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为 24V。底板或机架：大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。PLC 的外部设备：外部设备是 PLC 系统不可分割的一部分，它有四大类1. 编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况。编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。2. 监控设备：有数据监视
27、器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。3. 存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如 EPROM、EEPROM 写入器等。4. 输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。PLC 的通信联网：PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的 PLC 新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有 RS-232 接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内
28、交换信息。当然，PLC 之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC 与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的 PLC 之间、PLC 与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。了解了 PLC 的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥 PLC 所提供的最佳功能。2.1.3 PLC 的选型考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用 PLC 作为核心控制器，各控制对象都必须在 PLC 的统一控制下协同工作，所以7PLC 采用日本三菱公司的 FX2N-32MR 型 PLC(16 点输入、1
29、6 点输出)。三菱 FX2N 系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是 FX 系列中最高档次的超小型程序装置。性能规格：FX2N 性能规格运转控制方法 通过储存的程序周期运转 I/O 控制方法 批次处理方法（当执行 END 指令时） I/O 指令可以刷新运转处理时间 基本指令：0.08s应用指令： 1.52 至几百微秒 ，指令编程语言 逻辑梯形图和指令清单 使用步进梯形图能生成 SFC 类型程序程式容量 8000 步内置 。2.1.4 PLC 的工作过程2.1.4.1 初始操作（上电处理）PLC 未进入正式运行前，首先应确定自身的完好性。这就是接通电源后的初始操作（见图）。通电后，消
30、除各元件的随机状态，进行清零或复位处理，检查 I/O 单元的连接是否正确（I/O 总线）。再做一道题，使它涉及各种指令和内存单元，若解题时间在 to 以内，则自身完好（否则，系统关闭），解题结束，将监控定时器 to 复位，才开始正式运行。PLC 的工作方式 （顺序）周期循环扫描扫描按分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，顺序进行，这种分时操作的过程称“CPU 对程序的扫描”工作特点集中输入，集中输出（小型 PLC）2.1.4.2 PLC 运行过程 1. 四大类操作 （1）公共操作故障诊断及处理（自检），一般故障，只报警，不停机（2）I/O 操作联系现场的数据输入及控制信号的输出（3）执行用户程
31、序顺序循环扫描（4）服务外设2. I/O 处理过程（教材 P4）输入采样 三个阶段 执行用户程序输出刷新8工作过程框图，如图 2.1 所示。图 2.1 I/O 工作过程框图I/O 处理过程，如图 2.2 所示：合 上 电 源 启 动I/O和 内 部 继 电 器 清零 所 有 定 时 器 复 位检 查 I/O单 元 的 连 接监 控 定 时 器 复 位 to检 查 硬 件 和 用 户程 序 存 储 器检 查 合 格 ？否 采 样 输 入 信 号刷 新 输 入 映 像 存 储 器监 控 定 时 器 t1复 位逐 条 执 行 用 户程 序 指 令程 序 结 束 ？监 控 定 时 器 复 位 t1服
32、务 于 外 设 命 令错 误 标 志 置 位出 错 灯 点 亮 报 警故 障 性 质 ？故障 错误 PC的扫描周期上电后的初始操作公共操作数据输入执行用户程序服务外设命令图 3-5PC的 工 作 过 程是输 出 映 像 存 储 器 的 内 容 输 出至 相 应 输 出 口 数据输出是 否执行用户程序输入端子 输入调理电路 输入缓冲器 输入映像存储器 输出映像存储器 输出锁存器 输出驱动电路 输出端子生 产 现 场输 入 信 号 受 控元 件允 许（ 输 入 刷 新 ） 允 许（ 输 出 刷 新 ）9图 2.2 I/O 处理过程图（1）数据输入/输出I/O 状态刷新 采样输入信号 送出处理结果输
33、入映像存储器及其刷新对应于输入端子状态的数据区PLC 中的 CPU 是不能直接从与外部接线端子打交道的。在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，经过输入调理电路（光电隔离、电平转换、滤波处理等）后进入输入缓冲器等待采样。没有 CPU 的采样“允许” ，外界的输入信号是不能进入内存的。当 CPU 采样时，输入信号便进入输入映像存储器刷新。接着进入程序的执行阶段，直至信号的输出。在此期间，输入映像存储器将现场与 CPU 隔离，无论输入信号如何变化，输入映像存储器中的内容保持到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新采样新的信号，即：输入映像存储器每周期刷新一次。（2） 输出映像存储器及其刷新CPU 数据
34、处理的中间结果和最终结果的存放区域。同理，CPU 不能直接驱动负载，处理的结果存放在输出映像存储器中，直至所有程序执行完毕，才将输出映像区的内容经输出锁存器（称为输出状态刷新）送到输出端子上驱动外部负载。即：输出映像存储器随时刷新输出锁存器每周期刷新一次（刷新后的输出状态一直保持到下一次刷新）同样，两次刷新的间隔仅几十 mS，即使考虑电路的电气惯性（延迟）时间，仍可认为输出是及时的。（3） 输入/输出状态表状态 RAM 表I/O 映像存储器的内容，在 CPU 中构成 I/O 状态表，其内容是 CPU 处理用户程序及数据的依据。注意：输入状态表采样时刷新输出状态表随时刷新（中间值和最终结果）输出
35、端子的接通或开断输出锁存器决定2. 执行用户程序 执行监视（1） 监控定时器 WDT（ WATCH DOG TIMER）即监控定时器 t110正常：执行完用户程序所需的时间应不超过 t1。执行程序前，复位 t1，执行程序开始 t1 计时，完毕后立即复位 t1，表示程序执行正常。 异常：因某些原因，程序进入死循环，执行程序时间超出 t1 值，WDT 发出警告，程序重新开始执行，同时复位 t1。若因偶然因素，则重新执行程序将正常，否则，系统自动停止执行用户程序，切断外部负载，并发出故障信号等待处理。（2） 执行用户程序3. 执行外设命令每次执行完用户程序，输出后，就进入服务外设命令的操作，如没有外
36、设命令，自动循环扫描。2.2 机械手2.2.1 机械手简介11mechanical hand 也被称为自动手， auto hand 能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。在工业生产和其他领域内，由12于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被
37、抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 23 个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机
38、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传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部
39、门的重视，并越来越广泛地得到了应用。机械手简述:机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。2.2.1.1 执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，13可以进行上下、左右和回转动作。简单的机械手可以没有手腕。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。2.2.2.2 传动系统执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。2.2.2.3 控制系
40、统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。2.2.2 机械手的选择由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带的机械手类型，有 4 个自由度（上升、下降、前进、后退）。此机械手易于操作，性能可靠。3、设计主体部分3.1 控制要求搬运机械手工作示意图如图 3.1 所示，其任务是将传送带 A 的物品搬到传送带 B上。机械手的原位是在传送带 A 上方，开始工作时，先是传送带 A 将刀片运
41、送到指定位置，到达位置时，上升限位开关 LS4 闭合，手臂下降；下降到位时，下降限位开关LS3 闭合，传送带 A 停止，C 缸驱动，输出继电器 Y2 运作，机械手的吸盘吸紧物品。当物品吸紧时，手臂上升；到上限位时，上升限位开关 LS4 闭合，手臂右移；右移到位时，右移限位开关 LS1 闭合，手臂下降；下降到下限位时，下降限位开关 LS3 闭合，吸盘放开刀片，物品被放到传送带 B，传送带 B 运走刀片，一个循环结束，再重复。14图 3.1 界面工作示意图3.2 顺序控制流程图传送带电动机停止机械手左移机械手上升机械手放松机械手下降机械手右移机械手上升吸紧传送带运走刀片机械手下降T0K20T2X5
42、K10RST Y1X4X5X4X3X3SET Y2S20S21S22S23S24S25S26S27S28M0 S30S31T0Y3T2T1M8002M0X0SET Y1X1SEY Y0T1 K10X2Y3X4SET Y1RST Y2RST Y1RST Y0X4X215图 3.2 机械手控制流程图3.3 I/O 分配表 3.1 I/O 分配表序号 文字符号 元件名称 输入、输出地址1 启动停止开关 SB1 X02 A 缸右限位传感器 LS1 X13 A 缸左限位传感器 LS2 X24 B 缸下限位传感器 LS3 X35 B 缸上限位传感器 LS4 X46 传送带刀片传感器 LS5 X57 A 缸
43、驱动 YV1 Y08 B 缸驱动 YV2 Y19 C 缸驱动 YV3 Y210 传送带缸驱动 YV4 Y3163.4 梯形图图 3.3 机械手 PLC 步进梯形图之一M8002 给电路一个脉冲，M8002 闭合，输出 S20 和 S30，S20 和 S30 线圈得电置位保持。当机械手在原始位置时（缸初始状态、缸初始状态）X002 、X004 闭合，输出 M0，M0 闭合，按下起度按钮 SB1 时，X000 闭合，将 S21 线圈得电置位。接着Y001 得电输出，机械手开始下移，到达 B 缸的下移限位时， X003 闭合，S22 线圈得电置位，Y002 线圈得电输出，吸盘吸紧刀片，在这过程中，
44、T0 时间继电器得电输出，延时 1S。17图 3.4 机械手 PLC 步进梯形图之二1S 到达之后， T0 时间继电器闭合，S23 线圈得电置位， Y001 线圈复位，机械手开始上移，当机械手到达 B 缸的上移限位时，X004 闭合，S24 线圈得电置位，Y000线圈得电输出，机械手开始右移，到达右移限位时，X001 闭合，由于 X005 和 Y003初始状态是处于闭合状态，S25 线圈得电置位，机械手下移，到达下移限位时，X003闭合，S26 线圈得电置位。18图 3.5 机械手 PLC 步进梯形图之三Y002 线圈得电输出，吸盘放松刀片，在这过程中， T1 时间继电器得电输出，延时 1S。
45、1S 到达之后，T1 时间继电器闭合，S27 线圈得电置位，Y001 线圈复位，机械手开始上移，当机械手到达缸的上移限位时，X004 闭合，S28 线圈得电置位，Y000线圈得电输出，机械手开始左移，到达左移限位时，X002 闭合，S20 线圈得电置位。19图 3.6 机械手 PLC 步进梯形图之四X002 闭合，S20 线圈得电置位，当传送带上的刀片运送到指定位置时，X005 闭合，当机械手的缸已经复位时，X004 闭合，S31 线圈得电置位，传送带电动机转动以运走刀片，经 2S 后传送带电动机自然停止。刀片未完全运走（计时未到）时，则应等待传送带电动机停止后再将刀片移走。说明：SET（置位
46、）线圈得电保持，RST（复位）线圈失电保护。3.5 指令表表 3.2 指令表序号 指令 备注0 LD M8002 初始脉冲常开触点，用于运行 PLC1 SET S20 将状态继电器 S20 置位，线圈接通保持3 SET S305 STL S20 状态继电器 S20 接通后，用于实现顺序控制6 LD X002 左限位输入继电器，当机械手到达左限位时闭合7 AND X004 上限位输入继电器，当机械手到达上限位时闭合8 OUT M0 中间继电器，用于辅助 PLC 运行9 LD M010 AND X000 启动 PLC 或停止 PLC11 SET S21 13 STL S2114 SET Y001
47、输出继电器，将 Y001 置位，用于机械手下移动作15 LD X003 下限位输入继电器，当机械手到达下限位时闭合16 SET S2218 STL S222019 SET Y002 输出继电器，将 Y002 置位，用于机械手吸盘吸紧刀 片20 OUT T0 K10 时间继电器，延时 1S23 LD T024 SET S2326 STL S2327 RST Y001 输出继电器，将 Y001 复位，用于机械手上移动作28 LD X004 上限位输入继电器，当机械手到达上限位时闭合29 SET S2431 STL S2432 SET Y000 输出继电器，将 Y000 置位，用于机械手右移动作33
48、 LD X001 右限位输入继电器，当机械手到达右限位时闭合34 ANI X005 传送带刀片传感器，用于检测刀片是否在指定位置35 ANI Y003 输出继电器，用于传送带的驱动36 SET S2538 STL S2539 SET Y001 输出继电器，将 Y001 置位，用于机械手下移动作40 LD X003 下限位输入继电器，当机械手到达下限位时闭合41 SET S2643 STL S2644 RST Y002 输出继电器，将 Y002 复位，用于机械手吸盘放松刀 片45 OUT T1 K10 时间继电器，延时 1S48 LD T149 SET S2751 STL S2752 RST Y
49、001 输出继电器，将 Y001 复位，用于机械手上移动作53 LA X004 上限位输入继电器，当机械手到达上限位时闭合54 SET S2856 STL S2857 RST Y000 输出继电器，将 Y000 复位，用于机械手左移动作58 LD X002 左限位输入继电器，当机械手到达左限位时闭合59 SET S2061 STL S3062 LD X005 传送带刀片传感器，用于检测刀片是否在指定位置63 AND X004 上限位输入继电器，当机械手到达上限位时闭合64 SET S3166 STL S3167 OUT Y003 输出继电器，用于传送带的驱动68 OUT T2 K20 时间继电器，延时 2S71 LD T272 SET S3074 RET 循环2175 END 结束3.6 PLC 连线图图 3.7 机械手 PLC 外接电路连线图LS5LS4LS3LS2SB1LS1FX2N220VYV1YV4YV3YV2FU3FU4QFLNCOMX0X1X2COM0Y0Y1Y2Y3COM1X3X4X5PELN启动/停止按钮传送带刀片传感器传送带缸驱动C 缸驱动B 缸驱动
