PLC机械手控制设计.doc

1、摘要是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；PLC 由于采用现 代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，此外，PLC 带有硬件故障自我 检测功能，出 现故障时可及时发出警报信息；PLC 采用光电隔离和滤波技术技术有效抑制外部干扰源对 PLC 的影响，此外 PLC 还可在强 、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对现代工业的的发展具有很重要的意义。关键词：意义，应用，前景，编程语言，设计目录第一章 绪论 .11.1 本 课 题 的 意 义 11.2 本文的主要工作.1第二章 PLC 的概述 2

2、2.1 PLC 的基本知识.22.2 PLC 的应用与前景.5第三章 PLC 的编程语言 .83.1 梯形图编语83.2 功能块图编程语 .9第四章 PLC 控制机械手的设计 .114.1 各电器设备的制方式及控制要求114.2 电器元件设备的选择134.3 控制流程图174.4 控制系统的软、硬设计184.5 功能表图设计35第五章 设计小结 45谢词 46参考文献 471第 一 章 绪 论1.1本 课 题 的 意 义机 械 手 是 近 代 自 动 控 制 领 域 中 出 现 的 一 项 新 技 术 ， 并 已 成 为 现 代 科 技 的 一 个 重 要 组 成 部 分 。 汽 车业 的 快

3、 速 发 展 ， 车 外 型 愈 求 美 观 流 线 ， 并 由 于 汽 车 外 板 件 要 求完 美 无 尘 的 冲 压 生 产 线 也 向 高 速 化 、 高 品 质 、 自 动 化 、柔 性 化 方 向 发 展 。 传 统 冲 压 生 产 过 程 中 的 手 工 操 作 、 人 工 送 料 的 生 产 方 式 已 无 法 满 足 该 行 业 的 需 要 。机 械 手 的 积 极 作 用 正 日 益 为 人 们 所 认 识 ， 其 一 ， 它 能 部 分 地 代 替 人 的 劳 动 并 能 达 到 生 产 工 艺 的 要求 ， 遵 循 一 定 的 程 序 、 时 间 和 位 置 来 完 成

4、 工 件 的 传 送 。 因 此 ， 它 能 大 大 地 改 善 工 人 的 劳 动 条 件 ， 加 快 实现 工 业 生 产 机 械 化 和 自 动 化 的 步 伐 。 因 此 ， 受 到 各 先 进 单 位 的 重 视 并 投 入 了 大 量 的 人 力 物 力 加 以 研 究 和应 用 。 尤 其 在 高 温 、 高 压 、 粉 尘 、 噪 声 的 场 合 ， 应 用 得 更 为 广 泛 。 在 我 国 ， 近 代 几 年 来 也 有 较 快 的 发 展 ，并 取 得 一 定 的 成 果 ， 受 到 各 工 业 部 门 的 重 视 。 1.2 本 文 主 要 做 的 工 作 1.问 题

5、提 出 ：PLC控 制 的 机 械 手 最 主 要 是 应 用 于 自 动 化 生 产 中 ， 如 何 综 合 地 运 用 前 面 学 过 知 识 点 ， 根 据 实 际 工 程 要 求 合 理 组 合 成 控 制 系 统 ， 在 此 介 绍 组 成 可 编 程 控 制 器 控 制 系 统 的 一 般 方 法 。2.系 统 设 计 的 主 要 内 容（ 1 ） 拟 定 控 制 系 统 设 计 的 技 术 条 件 。 技 术 条 件 一 般 以 设 计 任 务 书 的 形 式 来 确 定 ， 它 是 整 个 设 计 的 依 据 ； （ 2 ） 选 择 电 气 传动 形 式 和 电 动 机 、 电

6、 磁 阀 等 执 行 机 构 ； （ 3 ） 选 定 PLC 的 型 号 ； （ 4 ） 编 制 PLC 的 输 入 / 输 出 分 配 表 或 绘 制 输 入 / 输 出 端 子接 线 图 ； （ 5 ） 根 据 系 统 设 计 的 要 求 编 写 软 件 规 格 说 明 书 ， 然 后 再 用 相 应 的 编 程 语 言 （ 常 用 梯 形 图 ） 进 行 程 序 设 计 ； （ 6 ） 了 解 并 遵循 用 户 认 知 心 理 学 ， 重 视 人 机界 面 的 设 计 ， 增 强 人 与 机 器 之 间 的 友 善 关 系。第 二 章 可 编 程 控 制 器 的 概 述2.1 PLC的

7、基 本 知 识PLC的 种 类 繁 多 ， 其 规 格 和 性 能 也 各 不 相 同 ， 对PLC的 分 类 ， 通 常 根 据 其 形 式 的 不 同 、 功 能 的 差 异 和I/O点 数 的 多 少 等进 行 大 致 分 类.根 PLC的 结 构 形 式 可 将PLC分 为 整 体 式 和 模 块 式 两 类。21 整 体 式 PLC整 体 式 PLC是 将 电 源 、CPU、 I/O接 口 等 各 件 都 集 中 装 在 一 个 机 箱 内 ， 具 有 结 构 紧 凑 、 体 积 小 、 价 格 低 的 特 点 。 小 型PLC一 般 采用 这 种 整 体 式 机 构 。整 体 PL

8、C由 不 同 PLC点 数 的 基 本 单 元 和 扩 展 单 元 组 成 ， 基 本 单 元 内 有CPU、 I/O接 口 ， 与 I/O扩 展 单 元 相 连 的 扩 展 口 、以 及 编 程 器 或EPROM写 入 器 相 连 的 接 口 等 。 扩 展 单 元 内 只 有I/O和 电 等 ， 没 有CPU， 基 本 单 元 和 扩 展 单 元 之 间 一 般 用 扁平 电 缆 连 接 。 整 体 式PLC一 般 还 可 配 备 特 殊 功 能 单 元 ， 如 模 拟 量 单 元 、 位 置 控 制 单 元 等 ， 使 其 功 能 得 以 扩 展(2) 模 块 式 PLC模 块 式 PL

9、C是 将 PLC各 组 成 部 分 分 别 作 成 若 干 个 单 独 的 模 块 ， 如CPU模 块 、 I/O模 块 、 电 源 模 块 （ 有 的 含 在CPU模 块 中 ） 以及 其 他 模 块 。 模 块 式PLC由 框 架 或 基 板 和 各 种 模 块 组 成 ， 模 块 装 在 框 架 或 基 板 的 插 座 上 。 这 种 模 块 式PLC的 特 点 是 配 置 灵 活 、可 根 据 需 要 选 配 不 同 规 模 的 系 统 ， 而 且 装 配 方 便 ， 便 于 扩 展 和 维 修 。 大 、 中 型PLC一 般 采 用 这 种 模 块 式 结 构 。还 有 一 些 PL

10、C将 整 体 式 和 模 块 式 的 特 点 结 合 起 来 ， 构 成 所 谓 叠 装 式PLC。 叠 装 式 PLC其 CPU， 电 源 ， I/O接 口 等 也 是 各 自 独立 的 模 块 。 但 它 们 之 间 是 非 电 缆 进 行 联 接 ， 并 且 各 模 块 可 以 应 地 叠 装 ， 这 样 不 但 系 统 可 以 灵 活 配 置 ， 还 可 以 做 的 体 积 小 巧 。2 按 功 能 分根 据 PLC所 具 有 的 功 能 不 同 ， 可分 为 低 ， 中 ， 高 档 次（ 1） 低 档 PLC 具 有 逻 辑 运 算 、 定 时 、 计 数 、 移 位 以 及 自 诊

11、 断 监 控 等 基 本 功 能 还 可 以 少 量 模 拟 量 输 入/输 出 ， 算 术 运 算 ， 数据 传 送 和 比 较 等 功 能 ， 主 要 用 于 逻 辑 控 制 ， 顺 序 控 制 或 少 量 模 拟 量 控 制 的 单 机 控 制 系 统 。（ 2） 中 档 PLC出 具 有 低 档 PLC的 功 能 外 ， 还 具 有 模 拟 量 输 入/输 出 ， 算 术 运 算 ， 数 据 传 送 和 比 较 ； 数 据 转 换 ， 远 程I/O， 子 程序 ， 通 信 联 网 等 功 能 ， 有 些 还 可 增 设 中 断 控 制 ，PID控 制 等 功 能 ， 适 应 于 复 杂

12、 控 制 系 统 。（ 3） 高 档 PLC除 具 有 中 档 PLC的 功 能 外 ， 还 增 加 了 符 号 算 术 运 算 ， 矩 阵 运 算 ， 位 逻 辑 运 算 ， 平 方 根 运 算 及 其他 特 殊 功 能 函 数 的 运 算 ， 制 表 及 表 格 传 递 功 能 等 。 高 档PLC具 有 更 强 的 通 信 联 网 功 能 ， 可 用 于 大 规 模 过 程 控 制 或 构成 分 布 式 网 络 控 制 系 统 ， 实 现 工 厂 自 动 化 。3 按 I/O点 数 分 类根 据 PLC的 I/O点 数 的 多 少 ， 可 将PLC分 为 小 型 ， 中 型 ， 大 型

13、三 类（ 1） .型 PLCI/O点 数 2048点 ， 多 CPU， 16位 、 32位 处 理 器 ， 用 户 存 储 器 容 量8-16KS7-400 德 国 西 门 子 公 司GE-IV GE公 司C-2000 立 石 公 司K3 三 菱 公 司2.2 可 编 程 控 制 器 PLC的 应 用 与 前 景目 前 ， 在 国 内 外PLC已 广 泛 应 用 冶 金 ， 石 油 ， 化 工 ， 剪 彩 ， 机 械 制 造 ， 电 力 ， 汽 车 ， 轻 工 ， 环 保 及 文化 娱 乐 等 各 行 各业 ， 随 着 PLC性 能 价 格 的 不 断 提 高 ， 器 应 用 领 域 不 断

14、扩 大 ， 从 应 用 类 型 看 大 致 可 归 纳 为 以 下 几 个 方 面 。2.2.1 强 量 逻 辑 运 算1. 逻 辑 运 算利 用 PLC最 基 本 的 逻 辑 运 算 ， 定 时 ， 计 收 等 功 能 实 现 逻 辑 运 算 ， 科 取 代 传 统 的 继 电 器 控 制 用 于 单 片机 控 制 ， 多 机 群 控制 ，4生 产 自 动 线 控 制 等 。 例 ： 机 床 ， 注 塑 机 印 刷 机械 ， 装 配 生 产线 ， 电 镀 流 水 线 及 电 梯 的 控 制 等 。 这 是PLC最 基 本 的 应 用 ，也 是 PLC最 广 泛 的 应 用 领 域 。2.运

15、动 控 制大 多 数 PLC都 有 拖 动 步 进 电 机 或 伺 服 电 机 的 单 轴 或 多 轴 位 置 控 制 模 块 ， 这 一 功 能 广 泛 用 于 各 种 机 械设 备 。 例 如 ： 各 种机 床 ， 装 配 机 械 。 机 器 人 等 进 行 运 动 控 制 。3.过 程 控 制大 、 中 型 PLC都 具 有 多 路 模 拟 量I/O模 块 和 PID控 制 功 能 。 有 的 小 型PLC也 具 有 模 拟 量 输 入 输 出 ， 所 以PLC可 实 现 模 拟量控 制 而 且 具 有PID控 制 功 能 的 PLC可 构 成 闭 环 控 制 ， 用 于 过 程 控 制

16、 。 这 一 功 能 已 广 泛 用 于 铝 炉 ， 反 应 堆 ， 水处 理 ， 酿 酒 及 闭环 位 置 控 制 和 速 度 控 制 等 方 面 。4.数 据 处 理现 代 的 PLC都 具 有 数 学 运 算 数 据 传 递 ， 转 换 ， 排 序 和 查 表 等 功 能 ， 可 进 行 数 据 的 采 集 ， 分 析 和 处 理 ，同 时 的 通 过 通 信接 口 将 这 些 数 据 传 送 给 其 电 智 能 装 置 。 例 如 ：CNC设 备 进 行 处 理 。5.通 信 联 网PLC的 通 信 包 括 PLC与 PLC， PLC与 计 算 机 ，PLC与 其 它 智 能 设 备

17、之 间 的 通 信 ，PLC系 统 与 通 用 计 算 机 可 直 接 或 通 过通 信处 理 单 元 ， 通 信 转 换 单 元 相 连 构 成 网 络 ， 已 实 现 信 息 的 交 换 和 构 成 。 集 中 管 理 分 散 控 制 的 多 级 分 布式 控 制 系 统 。 满 足 工 厂自 动 化 （ FA） 系 统 发 展 的 需 要 。2.2.2 国 外 PLC发 展 概 况PLC在 问 世 以 来 ， 经 过40多 年 的 发 展 。 在 美 、 德 国 等 工 业 发 达 国 家 已 成 为 重 要 的 产 业 之 一 ， 世 界 总 销售 额 不 断 上 升 ，生 产 厂 家

18、 不 断 涌 现 ， 品 种 不 断 翻 新 ， 产 量 产 值 大 幅 度 上 升 而 价 格 则 不 断 下 降 。 目 前 ， 世 界 上 有200多 个 厂 家 生 产PLC。 较 多 的有 美 国 ： AB通 用 电 气 、 莫 迪 康 公 司 ； 日 本 ： 松 下 、 三 菱 、 富 士 、 欧 姆 龙 等 ； 德 国 ： 西 门 子 公 司 ； 法 国 ：TE施 耐 德 公 司 。 韩 国 ：三 星 、 LG公 司 等 。PLC的 发 展 前 景（ 1） 产 品 规 模 向 大 小 两 个 方 向 发 展大 ： I/O点 数 达 14336点 ， 32位 微 处 理 器 ， 多

19、CPU并 行 工 作 ， 大 容 量 存 储 器 ， 扫 描 速 度 快 高 速 ；5小 ： 整 体 结 构 向 小 型 模 块 化 结 构 发 展 ， 增 加 了 配 置的 灵 活 性 ，降 低 了 成 本 ；（ 2） PLC在 闭 环 过 程 中 应 用 日 益 广 泛 ；（ 3 不 断 加 强 通 讯 功 能 ；（ 4） 新 器 件 和 模 块 不 断 推 出。第 三 章 可 编 程 控 制 器 的 编 程 语 言可 编 程 控 制 器 的 编 程 语 言 按IEC61131-3国 际 标 准 来 分 主 要 包 括 图 形 化 编 程 语 言 和 文 本 化 编 程 语 言 。 图 形

20、 化 编 程 语 言 包 括:梯 形 图 (LD-Ladder Diagram)、 功 能 块 图(FBD-Function Block Diagram)、 顺 序 功 能 图(SFC-Sequential Function Chart)。 文 本化 编 程 语 言 包 括:指 令 表 (IL-Instruction List)和 结 构 化 文 本(ST-Structured Text)。 这 些 语 言 是 基 于WINDOWS操 作 系 统 的编程 语 言 .而 SFC编 程 语 言 则 在 两 类 编 程 语 言 中 均 可 使 用 。 下 面 分 别 来 介 绍 这 几 种 编 程

21、度 语 言 。3.1梯 形 图 编 程 语 言(LD-Ladder Diagram) 梯 形 图 来 源 于 继 电 器 逻 辑 控 制 系 统 的 描 述 ， 是PLC编 程 中 被 最 广 泛使用 的 一 种 图 形 化 语 言 ， 由 于 梯 形 图 类 似 于 继 电 器 控 制 的 电 气 接 线 图 ， 便 于 理 解,因 此 许 多 编 程 人 员 和 维 护 人 员 都 选 择了 这 一 编程 方 式 。 而 且 其 图 形 结 构 类 似 于 登 高 用 的 梯 子 ， 故 名 梯 形 图 。 梯 形 图 程 序 的 左 右 两 侧 有 两 垂 直的 电 力 轨 线 ， 左

22、侧 的 电 力 轨线 名 义 上 为 功 率 流 从 左 向 右 沿 着 水 平 梯 级 通 过 各 个 触 点 、 功 能 、 功 能 块 、 线圈 等 提 供 能 量 ， 功 率 流 的 终 点 是 右 侧 的 电力 轨 线 。 每 一 个 触 点 代 表 了 一 个 布 尔 变 量 的 状 态 ， 每 一 个 线 圈代 表 了 一 个 实 际 设 备 的 状 态 ， 一 个 简 单 的 梯 形 图 程 序 如 图3.1所 示 :图 3.1 梯 形 图程 序 示 例 梯 形 图 的 每 个 梯 级 表 示 一 个 因 果 关 系,事 件 发 生 的 条 件 表 示 在 梯 形 的 左 面,

23、事 件 发 生 的 结 果 表 示 在 梯 级 的 右 面 。梯 形 图 编 程 语 言 具 有 如 下 特 点:(1) 与 电 气 操 作 原 理 图 相 对 应 ， 具 有 直 观 性 和 对 应 性;(2) 与 原 有 继 电 器 逻 辑 控 制 技 术 相 一 致 ， 易 于 掌 握 和 学 习;(3) 对 于 复 杂 控 制 系 统 描 述,仍 不 够 清 晰;6(4) 可 读 性 仍 不 够 好 。几 乎 所 有 PLC厂 商 提 供 的 PLC都 支 持 梯 形 图 编 程 语 言,而 且 都 比 较 容 易 理 解 ， 只 是 在 梯 形 图 结 构 上 可 能 稍 有 变 化

24、 。比 如 西 门 子的 S7系 列 梯 形 图 就 没 有 右 边 的 电 力 轨 线 。 有 时 在有 此 参 考 书 中 右 边 的 电 力 轨 线 也 常 常 被 省 略 。3.2 功 能 块 图 编 程 语 言(FBD-Function Block Diagram)功 能 块 图 编 程 语 言 采 用 功 能 模 块 表 示 所 具 有 的 功 能 ， 不 同 的 功 能 模 块 具 有 不 同 的 功 能 。 功 能 模 块用 矩 形 来 表 示 ， 每 一个 功 能 模 块 的 左 侧 有 不 少 于 一 个 的 输 入 端 ， 右 侧 有 不 少 于 一 个 的 输 出 端

25、。 功 能 模 块的 类 型 名 称 通 常 写 在 块 内 ， 其 输 入 输出 名 称 写 在 块 内 的 输 入 输 出 点 对 应 的 地 方 。功 能 模 块 基 本 上 分 为 两 类:基 本 功 能 模 块 和 特 殊 功 能 模 块 。 基 本 功 能 模 块 如AND， OR XOR等 等 .特 殊 功 能 模 块 如ON延 时 ， 脉 冲输 出 ， 计 数 器 等 等 。功 能 块 编 程 语 言 具 有 以 下 特 点:(1) 以 功 能 模 块 为 单 位,从 控 制 功 能 入 手 ， 使 控 制 方 案 的 分 析 和 理 解 变 的 容 易;(2) 功 能 模 块

26、 用 图 形 化 的 方 式 描 述 功 能 ， 较 直 观 易 掌 握 ， 方 便 组 态 ， 易 操 作 。 是 有 发 展 前 途 的 一 种 编 程 语 言;(3) 对 较 复 杂 系 统 ， 由 于 控 制 功 能 关 系 能 够 比 较 清 晰 的 描 述 ， 因 此 缩 短 了 编 程 和 调 试 时 间;(4) 因 为 每 一 个 功 能 模 块 要 占 用 一 定 程 序 存 储 空 间 ， 对 功 能 块 的 执 行 需 要 一 定 的 执 行 时 间 ， 因 此 ， 这 种 语 言 在 大 中 型 可 编程 控 制器 和 分 散 控 制 系 统 中 应 用 较 广 泛 。

27、第 四 章 PLC控 制 机 械 手 的 系 统 设 计4.1各 电 器 设 备 的 控 制 方 式 及 控 制 要 求1 机 械 手 的 技 能 和 特 性根 据 古 典 力 学 观 点 ， 物 体 在 三 维 空 间 的 静 止 位 置 是 由 三 个 坐 标 和 绕 三 轴 旋 转 的 角 度 来 决 定 的 。 因此 ， 抓 握 物 体 的 位 置和 方 向 （ 即 关 节 间 的 角 度 ） 能从 理 论 上 求 得 。 据 资 料 介 绍 ， 如 果 采 用 的 机 械 手 ， 其机 能 要 接 近 人 的 上 肢 ，则 需 要 具 有 27个 自 由度 ， 而 每 一 个 自 由

28、 度 至少 要 有 一 根 “人 造 肌 肉 ”。 这 样 就 需7要 安 装 27根 重 量 轻 、小 型 和 高 输 出 力 的 “人 造 肌 肉 ”。 就 目 前 的 技 术 状 况 而 言 ， 上 述 功 能还 很 难 办 到 。 而 且 把 机 械 手 的功 能 搞得 那 么 复 杂 ， 动 作 彼 此 严 重重 叠 也 是 完 全 不 必 要 的 。 退 一步 ， 如 果 机 械 手 要 求具 有 完 全 通 用 的 程 度 ， 那 么 它的 整 机 、 本 体 、手 臂 和 手 指 都 得 有 三 个 直 线 运 动 和 三 个 旋 转 运 动 ， 总 共 就 要 有24个 自

29、由 度 。 这在 实 际 上 也 是 不 必 要 的 ， 这 样 会 使 机 械手 结 构 复 杂 ， 费 用 增 多 。 因 此 ， 不 应 盲 目 模 仿 人 手 的 动 作 ， 增 加过 渡 的 自 由 度 ， 而 应 根 据 实 际 需 要 的 动 作 ， 设 计 出最 少 的 自 由 度 就 能 完 成 作 业 所 要 求 的 动 作 。 所 以 一 般专 用 的 机 械 手 （ 不 包 括 握 紧 动 作 ） 通 常 具 有 二 到 三 个 自 由 度 。而 通 用 机 械 手 一 般 取 四 到 五 个 自 由 度 。本 设 计 中 设 计 的 机 械 手 ， 它 共 有 五 个

30、 自 由 度 。 即 ： 手 臂 伸 缩 、 手 臂 上 下 摆 动 、 手 臂 左 右 摆 动 、 手 腕 回 转 、 手 指 抓 握 。2 躯 干 和 传 动 系 统机 械 手 的 传 动 分 为 液 压 、 气 压 、 电 气 和 机 械 四 种 ， 本 设 计 采 用 综 合 传 动 方 式 ， 即 手 臂 采 用 电 气 传动 ， 而 手 爪 则 采 用 气压 传 动 。 (1)、 夹 紧 机 构机 械 手 手 爪 使 用 来 抓 取 工 件 的 部 件 。 手 爪 抓 取 工 件 是 要 满 足 迅 速 、 灵 活 、 准 确 和 可 靠 的 要 求 。 设 计 制 造 夹 紧 机

31、 构手 爪时 ， 首 先 要 从 机 械 手 的 坐 标 形 式 、 运 行 速 度 和 加 速 度 的 情 况 来 考 虑 。 其 加 紧 力 的 大 小 则 根 据 夹 持 物 体的 重 量 、 惯 性 和 冲 击力 的 大 小 来 计 算 。 同 时 考 虑 有 足 够 的 开 口 尺 寸 ， 以 适 应 被 抓 物 体 的 尺 寸 变 化 ， 为 扩大 机 械 手 的 应 用 范 围 ， 还 需 备 有 多 种抓 取 机 构 ， 以 根 据 需 要 来 更 换 手 爪 。 为 防 止 损 坏 被 夹 的 物 体 ， 夹 紧力 应 限 制 一 定 的 范 围 内 ， 并 镶 有 软 质

32、垫 片 、 弹 性衬 垫 或 自 动 定 心 结 构 。 为 防 止 突 然 停 电 被 抓 物 体 落 下 ，还 可 以 有 自 锁 结 构 。 夹 紧 机 构 本 身 则 应 结 构 简 单 、 体 积 小 、重 量 轻 、 动 作 灵 活 和 动 作 可 靠 。夹 紧 机 构 形 式 多 样 ， 有 机 械 式 、 吸 盘 式 和 电 磁 式 等 。 有 的 夹 紧 机 构 还 带 有 传 感 装 置 和 携 带 工 具 进 行 操作 的 装 置 。 本 设 计 采用 机 械 式 的 夹 紧 机 构 。机 械 式 夹 紧 机 构 是 最 基 本 的 一 种 ， 应 用 广 泛 ， 种 类

33、 繁 多 。 如 按 手 指 运 动 的 方 式 和 模 仿 人 手 的 动 作 ， 可分 为 回 转 型 、 直 进 型 ；按 夹 持 方 式 可 分 为 内 撑 式 、 外 撑 式 和 自 锁 式 ； 按 手 指 数 目 可 分 为 二 指 式 、 三 指 式 、四 指 式 ； 按 动 力 来 源 可 分 为 弹 簧 式 、气 动 式 、 液 压 式 等 。 本 设 计 采 用 二 指 式 气 动 手 爪 。 由 可 编 程 控 制 器控 制 电 磁 阀 动 作 ， 从 而 控 制 手 爪 的 张 闭 。 手 爪 的回 转 则 用 一 个 直 流 电 动 机 完 成 ， 同 时 通 过 两

34、 个 限 位 磁 头完 成 回 转 角 度 的 限 位 ，一 般 可 设 置 在180度 。(2) 躯 干8躯 干 由 底 盘 和 手 臂 两 大 部 分 组 成 。底 盘 是 支 撑 机 械 手 全 部 重 量 并 能 带 动 手 臂 旋 转 的 机 构 。 底 盘 采 用 一 个 直 流 电 动 机 驱 动 ， 底 盘 旋 转 时 带动 一 个 旋 转 码 盘 旋 转 ，机 械 手 每 旋 转3 度 发 出 一 个 脉 冲 ， 由 传 感 器 检 测 并 送 入 可 编 程 控 制 器 ， 从 而 计 算 底 盘 旋转 的 角 度 。 同 时 ， 在 底 盘 上 装 有限 位 磁 头 ，

35、最 大 旋 转 角 度 可 达270度 。手 臂 是 机 械 手 的 主 要 部 分 ， 它 是 支 撑 手 爪 、 工 件 并 使 它 们 运 动 的 机 构 。 本 设 计 中 手 臂 由 横 轴 和 竖轴 组 成 ， 可 完 成 伸 缩 、升 降 的 运 动 。 手 臂 采 用 步 进 电 动 机 带 动 丝 杠 、 螺 母 来 实 现 伸 缩 和 升 降 运 动 。 由 可编 程 控 制 器 发 出 脉 冲 信 号 ， 经 步 进 电 动机 驱 动 器 驱 动 步 进 电 动 机 旋 转 ， 带 动 滚 珠 丝 杠 旋 转 ， 完 成 手 臂 的运 动 。 改 变 发 出 脉 冲 的

36、个 数 ， 可 控 制 手 臂 的 两 个 轴运 动 的 距 离 。 同 时 在 两 轴 的 两 端 分 别 加 限 位 开 关 限 位 。采 用 丝 杠 、 螺 母 结 构 传 动 的 特 点 是 易 于 自 锁 ， 位 置 精 度 较高 ， 传 动 效 率 较 高 。4.2电 器 元 件 、 设 备 的 选 择1 PLC机 型 的 选 择根 据 被 控 对 象 对PLC控 制 系 统 的 功 能 要 求 ， 可 进 行PLC型 号 的 选 定 。进 行 PLC选 型 时 ， 基 本 原 则 是 满 足 控 制 系 统 的 功 能 需 要 ， 同 时 要 兼 顾 维 修 、 备 件 的 通

37、用 性 。 对 开 关 量 控制 的 系 统 ， 当 控 制速 度 要 求 不 高 时 ， 一 般 的PLC都 可 以 满 足 要 求 ， 如 对 小 型 泵 的 顺 序 控 制 、 单 台 机 械 的 自 动 控 制等 。 当 控 制 速 度 要 求 较 高 、输 出 有 高 速 脉 冲 信 号 等 情 况 时 ， 要 考 虑 输 入/输 出 点 的 形 式 ， 最 好 采 用 晶 体 管 形 式 输 出 。对 带 有 部 分 模 拟 量 控 制 的 装 置 等 。2 输 入 /输 出 的 点 数 ：I/O点 数 可 以 衡 量PLC规 模 的 大 小 。 准 确 统 计 被 控 对 象 的

38、 输 入 信 号 和 输 出 信 号 的 总 点 数 并 考 虑 今 后 系统 的 调 整 和 扩 充 ，在 实 际 统 计 I/O点 数 基 础 上 ， 一 般 应 加 上10%-20%的 备 用 点 数 。 多 数 小 型PLC为 整 体 式 ， 具 有 体 积 小 、价 格 便 宜 等 优 点 ， 适于 工 艺 过 程 比 较 稳 定 ， 控 制 要 求 比 较 简 单 的 系 统 。 模 块 式 结 构 的PLC采 用 主 机 模 块 与 输 入 模 块 、 功能 模 式 块 组 合 使 用 的 方法 ， 比 整 体 式 方 便 灵 活 ， 维 修 更 换 模 块 、 判 断 与 处

39、理 故 障 快 速 方 便 ， 适 用 于 工 艺变 化 较 多 、 控 制 要 求 复 杂 的 系 统 。此 外 ， 还 应 考 虑 用 户 储 存 器 的 容 量 、PLC的 处 理 速 度是 否 能 满 足 实 时 控 制 的 要 求 、 编 程 器 与 外 围 设 备 的 选 择 等 。本 设 备 控 制 的 对 象 是 一 个 开 关 量 控 制 的 系 统 ， 同 时 利 用 脉 冲 控 制 步 进 店 动 机 的 运 转 ， 故 应 采 用 晶 体 管 形 式 的 输 出 。 松 下FPO系 列 小 型 PLC具 有 性 价 比 高 、 功 能 完 善 、 指 令 丰 富 等 优

40、 点 ， 能 满 足 本 对 象 各 项 控 制 性 能 要 求 ， 因 此 ， 本 系 统 采 用 松 下FPO系列 的 FPOC16T作 为 基 本 模 块 ， 能 输 出 两 路 脉 冲 信 号 进 行 步 进 电 动 机 的 控 制 。 由 于 输 入 输 出 点 不 够 ， 扩 展 一 个FPOE16RS9模 块 。3 电 源 模 块 的 选 择 ：采 用 Dm150系 列 开 关 电 源 。 其 特 点 是 输 出 功 率 大 ， 体 积 小 ， 重 量 轻 ， 可 靠 性 高 ， 适 应 宽 范 围 的 输 入电 压 波 动 ， 具 有 完备 的 过 电 压 、 过 电 流 保

41、护 功 能 。主 要 参 数 ：输 入 交 流 电 压 ：110220V/50Hz、 60Hz输 出 直 流 电 压 ：24V/6.5A最 大 功 率 ：156W工 作 环 境 ：-1040度4 步 进 电 动 机 的 选 择 ：八 拍 混 合 式 步 进 电 动 机 ， 主 要 特 点 ： 体 积 小 ， 具 有 较 高 的 起 动 和 运 行 频 率 ， 有 定 位 转 矩 等 特 点 。 型 号 ：42BYGH101。快 接 线 插 头 中 的 红 色 表 示A相 ， 蓝 色 表 示B 相 。使 用 时 如 果 发 现 步 进 电 动 机 转 向 不 对 时 可 以 将A相 或 B相 两

42、 根 线 对 调 。（ 1） .步 进 电 动 机 驱 动 模 块采 用 中 美 合 资SH系 列 步 进 电 动 机 驱 动 器 ， 主 要 由 电 源 输 入 部 分 、 信 号 输 入 部 分 、 输 出 部 分 等 。 如 下 图 所 示 。图 4.1 驱 动 模 块电 源 输 入 部 分 由 电 源 模 块 提 供 ， 用 两 根 导 线 连 接 ， 注 意 极 性 。信 号 输 入 部 分 ： 信 号 源 由FPO主 机 提 供 。 由 于FPO提 供 的 电 平 为24V， 而 输 入 部 分 的 电 平 为5V， 中 间 加 了 保 护 电 路 。10输 出 部 分 ： 与 步

43、 进 电 动 机 连 接 ， 注 意 相 序 。（ 2.） 传 感 器采 用 接 近 开 关 作 为 手 爪 旋 转 和 底 盘 旋 转 限 位 检 测 用;采 用 微 动 开 关 作 为 横 轴 、 纵 轴 限 位 检 测 用 。接 近 开 关 ： 接 近 开 关 有 三 根 连 接 线 （ 红 、 蓝 、 黑 ） 红 色 接 电 源 的 正 极 、 黑 色 接 电 源 的 负 极 、 蓝 色为 输 出 信 号 ， 当 与 挡块 接 近 时 输 出 电 平 为 低 电 平 ， 否 则 为 高 电 平 。微 动 开 关 ：当 挡 块 碰 到 微 动 开 关 动 作 （ 常 开 点 闭 合 ）。

44、（ 3） FPO模 块由 松 下 FPO系 列 PLC晶 体 管 输 出 的 主 机 ， 具 有 高 速 运 算 能 力 、PID调 节 功 能 ， 同 时 可 以 输 出 两 路 脉 冲 控 制 两 台电 动 机 的优 点 。 输 出 两 路 脉 冲 梯 形 图 及f/t。 （ 4） 直 流 电 动 机采 用 36ZY5-12型 直 流 电 动 机 。 输 入 电 压 为1224V,由 FPO模 块 控 制 电 动 机 正 反 转 。（ 5） 旋 转 码 盘机 械 手 每 旋 转3 度 发 出 一 个 脉 冲 。4.3 控 制 流 程 图机 械 手 工 作 流 程 图 如 下 图 所 示 。

45、 把 可 编 程序 控 制 器 主 机 上 的RUN-PROG的 开 关 拨 在 RUN上 ， 如 果 机 械手 不 在 初 始位 置 上 ，步 进 电 动 机 开 始 运 转 （ 横 轴 向 手 爪 那边 移 动 ， 竖 轴 向 上 移 动 ）。 归 位 后 首 先 横 轴 步 进 电 动 机 工 作 ， 横 轴 前伸 ； 前 伸 到 位 后 ，手抓 电 动 机 得 电 带 动 手 爪 旋转 ； 当 传 感 器 检 测 到 限 位 磁 头 时 ， 电 动 机 停 止 ，PLC控 制 电 磁 阀 动 作 ， 手张 开 ； 延 时 一 段 时间 ， 竖轴 步 进 电 动 机 工 作 ， 竖 轴

46、下 降 ； 下 降 到 位 后 ， 电 磁 阀 复 位 ， 手 爪 加 紧 ； 延 时 过 后 ， 竖 轴 上 升 ，同 时 横 轴 缩 回 、 底 盘 都 到位 后 ， 横 轴 前 伸 ； 到 位 后 手 爪 旋 转 ， 然 后 竖 轴 下 降 ， 电 磁 阀 动 作 ， 手 张 开 ；延 时 后 竖 轴 上 升 复 位 ； 然 后 开 始 下 一 周 期 动 作 。11图 4.2 机 械 手 控 制 流 程 图4.4控 制 系 统 的 软 、 硬 件 设 计1 控 制 系 统 硬 件 设 计PLC硬 件 设 计 是 指PLC外 部 设 备 的 设 计 。 在 硬 件 设 计 重 要 进 行

47、 输 入 设 备 的 选 择 （ 如 控 制 按 钮 、 开 关 及计 量 保 护 装 置 的输 入 信 号 等 ）， 还 有 执 行 元 件 的 选 择 以 及 控 制 台 、 柜 的 设 计 等 。 硬 件 设 计 还 包 括PLC输 入 /输 出 通 道 的 分 配 ，为 便 于 程 序 设 计和 阅 读 ， 常 作 出I/O通 道 分 配 表 ， 表 中 包 括 有I/O编 号 、 设 备 代 号 、 名 称 及 功 能 等 。 机 械 手 控 制 系统 电 器 原 理 图 。可 编 程 序 控 制 器 采 用 松 下FP系 列 的 FPOC16T作 为 基 本 模 块 ， 由 于 输

48、 入 输 出 点 不 够 ， 扩 展 一 个FPOE16RS模 块 。12由 于 接 近 开 关 有 三 根 线 ， 接 线 时 注 意 把 红 色 的 线 接电 源 的 正 极 ， 黑 色 线 接 电 源 的 负 极 ， 蓝 色 的 线 接PLC的 输 入 端 子 。2 控 制 系 统 的 软 件 设 计软 件 设 计 主 要 是 指 编 写 工 艺 流 程 图 ， 即 将 整 个 流 程 分 解 为 若 干 步 ， 确 定 每 步 的 控 制 要 求 及 转 换 条件 ， 配 合 定 时 、 计 数 、分 支 、 循 环 、 跳 转 及 某 些 特 殊 功 能 指 令 便 可 完 成 梯 形 图 的 设 计 。I/O地 址 分 配I/O地 址 分 配 如 表 所 示I/O地 址 分 配 一 览 表输 入 ： 输