搬运机械手PLC控制系统设计.doc

1、题 目 搬运机械手 PLC 控制系统设计- -I搬运机械手 PLC 控制系统设计摘 要随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，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、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(SQ1-SQ9)产生

2、的通断信号传输到 PLC 控制器，通过 PLC 内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可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：回原位、手动、单步、单周期、连续；来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IIABSTRACTWith the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of

3、 controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, medicine and other areas of the production line or cargo transport, we can be more good to save energy and improve the transport efficiency of equipment or products

4、, to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of modern economic development.The manipulator mechanical structure includes two solenoid valves controlled by hydraulic manipulator steel to achieve the increased decline in sports and workpiece clampi

5、ng action, the two different motor speed through the two motor coils positive control in order to achieve car of the fast-forward, slow forward, fast rewind, slow movement back movement; conversion by setting its action in various different parts of the trip switch (SQ1 - SQ9) generated on-off signa

6、l transmission to the PLC controller, through the PLC internal different output signal, which drives the external coil to control the motor or solenoid valves have a different action, the robot can achieve precise positioning; their course of action include: decline in clamping increased, slow forwa

7、rd, fast forward, slow progress, the extension of , the drop in, relax, rise, slow back, rewind, slow back; its operation, including: Back in situ, manual, single-step, single cycle, continuous; to meet the production requirements of the various operations and maintenance.Keywords: handling mechanic

8、al hands, Programmable Logic Controller (PLC), hydraulic, solenoid valve- -III目 录绪 论.1第一章 机械手的概况1.1 搬 运 机 械 手 的 应 用 简 况 21.2 机 械 手 的 应 用 意 义 31.3 机 械 手 的 发 展 概 况 31.4 机 械 手 的 发 展 趋 势 41.5 PLC 概 况 及 在 机 械 手 中 的 应 用 5 第二章 搬运机械手总体设计方案2.1 搬 运 机 械 手 结 构 及 其 动 作2.2 机械手的控制过程2.3 机械手的控制要求第 三 章 搬 运 机 械 手 PLC

9、控 制 系 统 设 计3.1 搬 运 机 械 手 结 构 及 其 动 作 3.2 搬 运 机 械 手 系 统 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 I/O 分配3 梯形图的设计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 PLC 控制梯形图第四章 搬运机械手的软件系统设计4.1 梯形图的总体设计4.2 各部分梯形图的设计结 论谢 辞参考文献. 附：语句表 梯形图 I/O 接线图- -1绪 论机 械 手 ： mechanical hand， 也 被 称 为 自 动 手 ， auto hand能 模 仿 人 手 和 臂

10、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 。 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 、 运 动 机 构 和 控 制 系 统 三 大 部 分 组 成 。 手 部 是 用 来 抓 持 工件 （ 或 工 具 ） 的 部 件 ， 根 据 被 抓 持 物

11、 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

12、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 2 3 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 械 手 通 常 用 作 机 床 或 其 他 机

13、 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 在 锻 造 工 业 中 的 应 用 能 进 一 步 发 展 锻 造 设 备 的 生 产 能力 ， 改 善 热 、 累 等 劳 动 条 件 。机 械 手 首 先 是 从 美 国 开 始 研 制 的 。 1958

14、 年 美 国 联 合 控 制 公 司 研 制 出 第 一 台机 械 手 。2第一章 机械手概况1.1 搬 运 机 械 手 的 应 用 简 况在 现 代 工 业 中 ， 生 产 过 程 的 机 械 化 、 自 动 化 已 成 为 突 出 的 主 题 。 在 机 械 工 业中 ， 加 工 、 装 配 等 生 产 是 不 连 续 的 。 专 用 机 床 是 大 批 量 生 产 自 动 化 的 有 效 办 法 ，程 控 机 床 、 数 控 机 床 、 加 工 中 心 等 自 动 化 机 械 是 有 效 解 决 多 品 种 小 批 量 生 产 自动 化 的 重 要 办 法 。但 除 切 削 加 工 本

15、身 外 ， 还 有 大 量 的 装 卸 、 搬 运 、 装 配 等 作 业 ， 有 待 于 进 一 步实 现 机 械 化 。 据 资 料 介 绍 ， 美 国 生 产 的 全 部 工 业 零 件 中 ， 有 75 是 小 批 量 生 产 ；金 属 加 工 生 产 批 量 中 有 四 分 之 三 在 50 件 以 下 ， 零 件 真 正 在 机 床 上 加 工 的 时 间 仅占 零 件 生 产 时 间 的 5 。 从 这 里 可 看 出 ， 装 卸 、 搬 运 等 工 序 机 械 化 的 迫 切 性 ，工 业 机 械 手 就 是 为 实 现 这 些 工 序 的 自 动 化 而 产 生 的 。 机

16、械 手 可 在 空 间 抓 放 物 体 ，动 作 灵 活 多 样 ， 适 用 于 可 变 换 生 产 品 种 的 中 、 小 批 量 自 动 化 生 产 ， 广 泛 应 用 于柔 性 自 动 线 。国 内 外 机 械 工 业 、 铁 路 部 门 中 机 搬 运 械 手 主 要 应 用 于 以 下 几 方 面 ：1.热 加 工 方 面 的 应 用热 加 工 是 高 温 、 危 险 的 笨 重 体 力 劳 动 ， 很 久 以 来 就 要 求 实 现 自 动 化 。 为 了 提高 工 作 效 率 ， 和 确 保 工 人 的 人 身 安 全 ， 尤 其 对 于 大 件 、 少 量 、 低 速 和 人

17、力 所 不能 胜 任 的 作 业 就 更 需 要 采 用 机 械 手 操 作 。2.冷 加 工 方 面 的 应 用冷 加 工 方 面 机 械 手 主 要 用 于 柴 油 机 配 件 以 及 轴 类 、 盘 类 和 箱 体 类 等 零 件 单 机加 工 时 的 上 下 料 和 刀 具 安 装 等 。 进 而 在 程 序 控 制 、 数 字 控 制 等 机 床 上 应 用 ， 成为 设 备 的 一 个 组 成 部 分 。 最 近 更 在 加 工 生 产 线 、 自 动 线 上 应 用 ， 成 为 机 床 、 设备 上 下 工 序 联 接 的 重 要 于 段 。3.拆 修 装 方 面拆 修 装 是

18、铁 路 工 业 系 统 繁 重 体 力 劳 动 较 多 的 部 门 之 一 ， 促 进 了 机 械 手 的 发 展 。目 前 国 内 铁 路 工 厂 、 机 务 段 等 部 门 ， 已 采 用 机 械 手 拆 装 三 通 阀 、 钩 舌 、 分 解 制动 缸 、 装 卸 轴 箱 、 组 装 轮 对 、 清 除 石 棉 等 ， 减 轻 了 劳 动 强 度 ， 提 高 了 拆 修 装 的效 率 。 近 年 还 研 制 了 一 种 客 车 车 内 喷 漆 通 用 机 械 手 ， 可 用 以 对 客 车 内 部 进 行 连续 喷 漆 ， 以 改 善 劳 动 条 件 ， 提 高 喷 漆 的 质 量 和

19、效 率 。近 些 年 ， 随 着 计 算 机 技 术 、 电 子 技 术 以 及 传 感 技 术 等 在 机 械 手 中 越 来 越 多 的- -3应 用 ， 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.可 以 提 高 生 产 过 程 的 自 动 化 程 度应 用 机 械 手 ， 有 利 于 提 高 材 料 的 传 送 、 工 件 的 装 卸 、 刀 具 的 更 换 以 及 机 器 的装 配 等 的 自 动

20、 化 程 度 ， 从 而 可 以 提 高 劳 动 生 产 率 ， 降 低 生 产 成 本 ， 加 快 实 现 工业 生 产 机 械 化 和 自 动 化 的 步 伐 。2.可 以 改 善 劳 动 条 件 、 避 免 人 身 事 故 在 高 温 、 高 压 、 低 温 、 低 压 、 有 灰 尘 、噪 声 、 臭 味 、 有 放 射 性 或 有 其 它 毒 性 污 染 以 及 工 作 空 间 狭 窄 等 场 合 中 ， 用 人 手直 接 操 作 是 有 危 险 或 根 本 不 可 能 的 。 而 应 用 机 械 手 即 可 部 分 或 全 部 代 替 人 安 全地 完 成 作 业 ， 大 大 地

21、改 善 了 工 人 的 劳 动 条 件 。 在 一 些 动 作 简 单 但 又 重 复 作 业 的操 作 中 ， 以 机 械 手 代 替 人 手 进 行 工 作 ， 可 以 避 免 由 于 操 作 疲 劳 或 疏 忽 而 造 成 的人 身 事 故 。3.可 以 减 少 人 力 ， 便 于 有 节 奏 地 生 产应 用 机 械 手 代 替 人 手 进 行 工 作 ， 这 是 直 接 减 少 人 力 的 一 个 侧 面 ， 同 时 由 于 应用 机 械 手 可 以 连 续 地 工 作 ， 这 是 减 少 人 力 的 另 一 个 侧 面 。 因 此 ， 在 自 动 化 机 床和 综 合 加 工 自

22、动 生 产 线 上 ， 目 前 几 乎 都 设 有 机 械 手 ， 以 减 少 人 力 和 更 准 确 地 控制 生 产 的 节 拍 ， 便 于 有 节 奏 地 进 行 生 产 。综 上 所 述 ， 有 效 地 应 用 机 械 手 是 发 展 机 械 工 业 的 必 然 趋 势 。 1.3.3 机 械 手 的发 展 概 况 与 发 展 趋 势1.3 机 械 手 的 发 展 概 况专 用 机 械 手 经 过 几 十 年 的 发 展 ， 如 今 已 进 入 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 ， 进 而 促 进 了 智 能 机 器

23、人 的 研 制 。 智 能 机 器 人 涉 及的 知 识 内 容 ， 不 仅 包 括 一 般 的 机 械 、 液 压 、 气 动 等 基 础 知 识 ， 而 且 还 应 用 一 些电 子 技 术 、 电 视 技 术 、 通 讯 技 术 、 计 算 技 术 、 无 线 电 控 制 、 仿 生 学 和 假 肢 工 艺等 ， 因 此 它 是 一 项 综 合 性 较 强 的 新 技 术 。 目 前 国 内 外 对 发 展 这 一 新 技 术 都 很 重视 ， 几 十 年 来 ， 这 项 技 术 的 研 究 和 发 展 一 直 比 较 活 跃 ， 设 计 在 不 断 地 修 改 ， 品种 在 不 断 地

24、 增 加 ， 应 用 领 域 也 在 不 断 地 扩 大 。早 在 40 年 代 ， 随 着 原 子 能 工 业 的 发 展 ， 已 出 现 了 模 拟 关 节 式 的 第 一 代 机 械 手 。50 60 年 代 即 制 成 了 传 送 和 装 卸 工 件 的 通 用 机 械 手 和 数 控 示 教 再 现 型 机 械 手 。4这 种 机 械 手 也 称 第 二 代 机 械 手 。 如 尤 尼 曼 特 (Unimate)机 械 手 即 属 于 这 种 类 型 。60 70 年 代 ， 又 相 继 把 通 用 机 械 手 用 于 汽 车 车 身 的 点 焊 和 冲 压 生 产 自 动 线 上

25、，亦 即 是 第 二 代 机 械 手 这 一 新 技 术 进 入 了 应 用 阶 段 。80-90 年 代 ， 装 配 机 械 手 处 于 鼎 盛 时 期 ， 尤 其 是 日 本 。90 年 代 机 械 手 在 特 殊 用 途 上 有 较 大 的 发 展 ， 除 了 在 工 业 上 广 泛 应 用 外 ， 农 、林 、 矿 业 、 航 天 、 海 洋 、 文 娱 、 体 育 、 医 疗 、 服 务 业 、 军 事 领 域 上 有 较 大 的 应用 。90 年 代 以 后 ， 随 着 计 算 机 技 术 、 微 电 子 技 术 、 网 络 技 术 等 的 快 速 发 展 ， 机 械手 技 术 也

26、 得 到 飞 速 的 多 元 化 发 展 。总 之 ， 目 前 机 械 手 的 主 要 经 历 分 为 三 代 ：第 一 代 机 械 手 主 要 是 靠 人 工 进 行 控 制 ， 控 制 方 式 为 开 环 式 ， 没 有 识 别 能 力 ；改 进 的 方 向 主 要 是 将 低 成 本 和 提 高 精 度 ； 第 二 代 机 械 手 设 有 电 子 计 算 机 控 制 系统 ， 具 有 视 觉 、 触 觉 能 力 ， 甚 至 听 、 想 的 能 力 。 研 究 安 装 各 种 传 感 器 ， 把 接 收到 的 信 息 反 馈 ， 使 机 械 手 具 有 感 觉 机 能 ； 第 三 代 机

27、械 手 能 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 ， 并 逐 步 发 展 成 为 柔 性 系 统FMS(Flexible Manufacturing System)和 柔 性 制 造 单 元 FMC(Flexible Manufacturing Cell)中 重 要 一 环 。1.4 机 械 手 的 发 展 趋 势目 前 国 内 工 业 机 械 于 主 要 用 于 机 床 加 工 、 铸 锻 、 热 处 理 等 方 面 ， 数 量 、 品 种 、性 能 方 面 都 不 能 满 足 工 业 生 产 发 展 的 需 要 。

28、因 此 ， 国 内 主 要 是 逐 步 扩 大 机 械 手 应 用 范 围 ， 重 点 发 展 铸 锻 、 热 处 理 方 面 的机 械 手 ， 以 减 轻 劳 动 强 度 ， 改 善 作 业 条 件 。 在 应 用 专 用 机 械 手 的 同 时 ， 相 应 地发 展 通 用 机 械 手 ， 有 条 件 的 还 要 研 制 示 教 式 机 械 手 、 计 算 机 控 制 机 械 手 和 组 合式 机 械 手 等 。将 机 械 手 各 运 动 构 件 ， 如 伸 缩 、 摆 动 、 升 降 、 横 移 、 俯 仰 等 机 构 ， 以 及 适 于不 同 类 型 的 夹 紧 机 构 ， 设 计 成

29、 典 型 的 通 用 机 构 ， 以 便 根 据 不 同 的 作 业 要 求 ， 选用 不 用 的 典 型 部 件 ， 即 可 组 成 各 种 不 同 用 途 的 机 械 手 。 既 便 于 设 计 制 造 ， 又 便于 改 换 工 作 ， 扩 大 了 应 用 的 范 围 。 同 时 要 提 高 精 度 ， 减 少 冲 击 ， 定 位 精 确 ， 以更 好 地 发 挥 机 械 手 的 作 用 。 此 外 还 应 大 力 研 究 伺 服 型 、 记 忆 再 现 型 ， 以 及 具 有- -5触 觉 、 视 觉 等 性 能 地 机 械 手 ， 并 考 虑 于 计 算 机 联 用 ， 逐 步 成 为

30、 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 较 多 ， 发 展 较 快 。 目 前 主 要 用 于 机 床 、模 锻 压 力 机 的 上 下 料 ， 以 及 点 焊 、 喷 漆 等 作 业 中 ， 它 可 按 照 事 先 制 定 的 作 业 程序 完 成 规 定 的 操 作 ， 但 是 还 不 具 备 任 何 传 感 反 馈 能 力 ， 不 能 应 付 外 界 的 变 化 。如 发 生 某 些 偏 离 时 ， 就 将 引 起 零 部 件 甚 至 机 械 手 本 身 的 损 坏 。 为 此 ， 国 外 机

31、械手 的 发 展 趋 势 是 大 力 研 制 具 有 某 些 智 能 的 机 械 手 ， 使 其 拥 有 一 定 的 传 感 能 力 ，能 反 馈 外 界 条 件 的 变 化 ， 做 出 相 应 的 变 更 。 如 位 置 发 生 稍 些 偏 差 时 ， 即 能 更 正 ，并 自 行 检 测 ， 重 点 是 研 究 视 觉 功 能 和 触 觉 功 能 。视 觉 功 能 即 在 机 械 手 上 安 装 有 电 视 照 相 机 和 光 学 测 距 仪 （ 即 距 离 传 感 器 ） 以及 卫 星 计 算 机 。 工 作 时 ， 电 视 照 相 机 将 物 体 形 象 变 成 视 频 信 号 ， 然

32、 后 传 送 给 计算 机 ， 以 便 分 析 物 体 的 种 类 、 大 小 、 颜 色 和 方 位 ， 并 发 出 指 令 控 制 机 械 手 进 行工 作 。触 觉 功 能 即 在 机 械 手 上 安 装 有 触 觉 反 馈 控 制 装 置 。 工 作 时 机 械 手 先 伸 出 手 指寻 找 工 件 ， 通 过 装 在 手 指 内 的 压 力 敏 感 元 件 产 生 触 感 作 用 ， 然 后 伸 向 前 方 ， 抓住 工 件 。手 的 抓 力 大 小 可 通 过 装 在 手 指 内 侧 的 压 力 敏 感 元 件 来 控 制 ， 达 到 自 动 调 整 握力 的 大 小 。 总 之

33、， 随 着 传 感 技 术 的 发 展 ， 机 械 手 的 装 配 作 业 的 能 力 将 进 一 步 提高 。 到 1995 年 ， 全 世 界 约 有 50%的 汽 车 由 机 械 手 装 配 。现 今 机 械 手 的 发 展 更 主 要 的 是 将 机 械 手 和 柔 性 制 造 系 统 以 及 柔 性 制 造 单 元 相结 合 ， 从 而 根 本 改 变 目 前 机 械 制 造 系 统 的 人 工 操 作 状 态 。1.5 PLC 概 况 及 在 机 械 手 中 的 应 用1. 可编程序控制器的应用和发展概况可编程序控制器（programmable controller） ，现在一般简

34、称为PLC（programmable logic controller） ，它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通 信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是6由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线刻控制盘（柜）就必须随之

35、改变或更换，通用性和灵活性较差。2.PLC 的应用概况PLC 的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的 PLC 几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要 PLC，尤其近几年来 PLC 的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。按 PLC 的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。1）. 用于逻辑控制这是 PLC 最基本，也是最广泛的应用方面。用 PLC 取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。2）. 用于模拟量控制PLC 通过模拟量 I/O 模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。3）. 用于机械加工中

36、的数字控制现代 PLC 具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。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的 PLC 具有较强的通信联通能力，可实现 PLC 与 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 能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作，PLC 的平均无故障间隔时间高，日本三菱公司的 F1 系列 PLC 平均无故障时间间隔长达 30 万

37、h，这是一般微机所不能比拟的。2）. 控制系统构成简单、通用性强由于 PLC 是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统的功能时，不必改变 PLC 的硬件设备，只需相应改变软件程序。3）. 编程简单、使用、维护方便- -74）. 组合方便、功能强、应用范围广PLC 既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制；既可用单片机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。因此，PLC应用范围很广。5）. 体积小、重量轻、功耗低PLC 采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约 1.2KW。5.PLC 在机械手中的应用机械

38、手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作，从而节省人的劳动，普通继电器由于其体积和接口等各方面限制，经常被应用于动作简单的电气及流水线控制，而 PLC 以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单、通用性强;编程简单、使用、维护方便;组合方便、功能强、应用范围广; 体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合，本设计正是以PLC 控制为基础从而实现机械手的各种动。第二章 搬运机械手总体设计方案2.1 搬 运 机 械 手 结 构 及 其 动 作本机械手用于生产线上工件的自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图 31 所示：原 点 下 降

39、 夹 紧 上 升 慢 进 快 进慢 进下 降放 松上 升慢 退快 退 慢 退图 21 机械手的动作周期2.2 机械手的控制过程如图 32 所示由 A、B 两个液压缸完成工件的夹紧和提升的动作， A 缸通过一个8单电两位四通电磁换向阀控制工件的夹紧、放松，B 缸通过一双电两位四通电磁阀控制机械手的升降；由小车实现机械手的移动。该小车由两台电动机驱动，一台是高速，一台是慢速。当小车前进时以慢快慢的形式进行，返回时按慢快慢的形式后退。当工件从传送带传输到机械手下方时，工件碰压行程开关SQ1，B 缸活塞杆伸出，带动机械手下降，下降至终点碰压行程开关 SQ3 与机械手夹钳相连的 A 缸活塞杆收进，机械手

40、将工件夹紧；当工件夹紧到位时，行程开关 SQ5 动作，B 缸的活塞杆收进，把工件提升；当工件提升到最高位置时碰压行程开关 SQ4，启动小车慢速右行；当小车碰压行程开关 SQ7 时转为快速行走；接近终点时小车碰压行程开关 SQ8，转为慢速行走；行至右端行程开关 SQ9，小车停止前进；停留 5 秒后，B 缸活塞杆再次外伸，机械手下降至终点，A 缸活塞杆外伸带动夹钳松开，将工件放下；然后机械手上升，小车以慢快慢的形式沿原路返回，恢复到图示所示的原点位置。2.3 机械手的控制要求为了便于生产加工、维修、调整设置的工作方式选择开关。分为手动和自动操作，其中自动操作中包括了：单步、单周期、连续；手动操作包

41、括手动和回原位的操作。手动操作：供维修用，即用按钮对机械手的每一步动作单独控制。例如，当选择手动操作时，按下上升/下降按钮，机械手在满足条件情况下即执行相应的动作，其它动作以此类推。回原位：当由于断电或其它原因导致机械手运行中途停止时，再次通电将操作方式选择置于回原位位置，按下复位按钮，机械手即可按最短路径的原则返回到原点位置。单步运行：供试用，即没按一次启动按钮机械手向前执行一个动作后停止。单周期运行：供首次检验用，当机械手在原点时按下启动按钮，机械手自动执行一个周期后停止在原点位置连续运行：正常使用，当机械手在原点并按下启动按钮时，机械手周而复始的执行各工步动作。该机械手在自动工作状态时，

42、应先将其工作方式选择开关放在“返回原位” ，并按下返回原位按钮，对状态器进行置位，然后再将工作方式选择开关放置自动工作方式下。若自动工作状态解除，则硬件工作方式选择开关放置于“手从操作”- -9位置。10第 三 章 搬 运 机 械 手 硬 件 系 统 设 计硬件系统设计包括机械部分和电气控制部分的设计。3.1 机械手的结构设计其结构如图 32 所示SQ42SQ61SQ7SQ89YAYA3YA1BA图 32：机械手的结构示意图图中设置 9 个行程开关 SQ1SQ9 用于检测工件、小车、机械手的位置及机械手夹钳的夹紧、放松状态，并对系统实施控制。其中 SQ1 为工件是否到位的检测开关；SQ2 为小

43、车原位检测开关； SQ3、SQ4 分别为机械手下降上升是否到位检测开关；SQ5 、SQ6 分别为机械手夹紧放松检测开关；SQ7、SQ8 分别为小车速度转换开关；SQ9 为小车运动停止开关。3.2 电气控制的设计包括主电路和控制电路的设计。主电路由两台电动机，即慢速电机和快速电机，分别拖动小车慢行和快行，其控制如下：慢速电动机 M1 由接触器 KM1、KM2分别控制其正传和反转；快速电动机 M2 由接触器 KM3 和 KM4 分别控制其正传和反转。机械手的夹紧放松动作是由一单电两位四通电磁阀控制的一个液压缸完成的，在通电情况下，机械手松开，得电时松开，可以防止在设备运行过程中突然断电导致的机械手

44、松开，工件脱落的情况发生。- -113.3 操作面板及动作说明根据控制和生产工艺的要求，控制操作包括手动和自动，手动又包括手动步进、回原位操作，自动控制包括单步、单周期、连续的操作。故操作方式选择开关设置有五个档位。手动工作方式下，手动动作包括上升、下降、放松、快进、慢进、快退、慢退和复位，故设置六个动作看官按钮。各个动作进行的同时均设有动作指示灯。另外设有启动停止按钮。其操作面板如图 33 所示：手 动回 原 位 单 步 单 周 期连 续启 动上 升 下 降 放 松 复 位快 进 慢 进 快 退 慢 退停 止 原 位 指 示图 33 机械手操作面板示意图3.4 I/O 分配I/O 设备即所需

45、的 I/O 点数如下表所示：信号I/O 设备I/O 点数信号 I/O 设备 I/O 点数12输 入操作方式选择旋钮开关手动时运动选择按钮启动停止按钮行程开关5829输 出交流接触器控制线圈电磁阀动作指示原点指示4381根据 I/O 点的分配要求及考虑 10%到 15%的 I/O 裕量，本设计 PLC 采用 F160MR 36/24 型，样图见图 3-4 所示：图 34 F1-40MR 样图控制电路设计主要是 PLC 输入、输出接线的设计，其 I/O 分配如图 35 所示。电气接线图见附图- -13X401X4023X405X4067X410X41250X152X1354X051X0253X04

46、5X0657Y4301Y432Y435Y43650Y3152Y354Y356Y37Y540KM12KM4AY12KMHL12HL4HL56HL7HL慢 电 机 （ 正 ）慢 电 机 (反 ）快 电 机 （ 正 ）快 电 机 （ 正 ）放 松上 升下 降下 降 指 示上 升 指 示加 紧 指 示放 松 指 示慢 进 指 示慢 退 指 示快 进 指 示快 退 指 示原 点 指 示启 动停 止工 件 到 位小 车 原 位下 降 到 位上 升 到 位加 紧 工 件放 松 到 位小 车 换 速小 车 换 速小 车 停 止手 动单 步单 周 期连 续回 原 位上 升下 降放 松快 进慢 进快 退慢 退复

47、位F1-40MR 2/6图 35 PLC I/O 接线控制图14第四章 搬运机械手的软件系统设计机械手动控制属顺序控制，故其手动程序采用普通的 PLC 控制指令控制，自动程序采用步进梯形指令控制4.1 梯形图的总体设计按照机械手控制和工艺流程的要求，在选择“手动方式”时应执行手动程序；在选择“回原位”时应执行回原位程序；在选择自动程序时应执行自动程序。其中自动程序要在启动按钮按下时才执行。故梯形图的总体构成如图 36 所示。通 用 程 序 ： 状 态 初 始 化 状 态 转 换 启 动状 态 转 换 禁 止 CJP70X510手 动 操 作手 动 操 作 程 序 EJP70C1EJP701返

48、回 原 位 程 序X517返 回 原 位X40启 动M102M102自 动 控 制 程 序 MCR102ENDM2图 36 搬运机械手 PLC 控制梯形图总体构成4.2 各部分梯形图的设计1.通用部分梯形图设计通用部分梯形图分为三部分：1）. 状态器的初始化。初始化状态器 S600 在手动方式下被置位、复位。当方- -15式选择开关置于“返回原位” （X514 接通）时，按下复位按钮（ X507）时被置位，在“手动操作” （X510）接通时，S600 复位。处于中间工步的状态器用手动做复位操作，即在方式选择开关位于“手动操作”或“返回原位”时，中间状态器同步复位。故初始化梯形图如图 37 所示， （如果状态器要在供电时从断电前条件开始继续工作，则不需要 M71） 。 sRS60状 态 初 始 化 置 位状 态 初 始 化 复 位中 间 状 态 器同 步 复 位图 37 状态器初始化梯形图2）. 状态器转换启动。若机械手工作在自动工作方式下，当初始状态器 S600被置位后按下启动按钮，辅助继电器 M575 工作