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1、 PLC应用课程设计报告设计题目： PLC在集选控制电梯中的应用专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 设计时间 杭州职业技术学院友嘉机电学院 年 月 日 目 录电梯控制系统11.1设计目的21.2设计环境32.设计方案32.1电梯继电器控制系统的优缺点32.1.1电梯继电器控制系统的优点32.1.2电梯继电器控制的缺点：32.1.3 PLC及在电梯控制中的应用特点32.2电梯的工作原理52.2.1电梯的基本原理52.2.2集选控制系统电气控制系统的组成及相互关系72.3电梯PLC的I/O点数的分配和机型选择72.4拖动回路、门电路及系统连接.92.5控制系统各环节的作用及实现102.5.
2、1层楼继电器电路的实现102.5.2指令和召唤回路112.5.3选向回路122.5.4选层电路132.5.5电梯的运行线路142.5.6电梯门的控制14机械手系统控制163.概述163.1设计目的173.2设计环境174.系统设计方案174.1 系统硬件配置及组成原理174.2 工作原理184.3机械手搬运机构184.4系统接线图设计195. 控制系统设计205.1控制程序流程图设计205.2控制程序设计205.2.1程序应考虑的问题205.2.2梯形图216.系统调试及结果分析246.1 系统调试及解决的问题246.2 结果分析247.结论247.1体会收获247.2参考文献248.教师评语
3、259.成绩25电梯控制系统1.概述1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明历史上第一部安全升降梯。从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。150年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。 生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵，按钮控制，信号控制，集选控制、人机对话等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势，变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的
4、时间；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。 电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出-人力驱动的卷筒式卷扬机。1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而又在英国出现水压梯。1889年
5、美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,首批46台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。实际上，电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随
6、机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的，因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方式并没有太大的区别。国内厂家大多采用答二种方式，其原因在于用PLC控制有许多优点： 1，可靠性高，由于采取了一系类的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达3-5万小时。而且PLC
7、的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2，编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3，体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC的体积小，重量轻，便于安装。一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户
8、程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。用户买到所需要的PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可以灵活而方便地将PLC应用于生产实践，而且用户程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。PLC现在已经成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食
9、品、交通等各行各业都得到广泛的应用。总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与PLC相比较，存在质的差别。电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为电梯运行中的关键技术。本设计针对我国
10、电梯业的现状，将可编程序控制器(PLC)应用于五层电梯进行逻辑控制， 在介绍电梯基本结构的基础上，分析了电梯的工作原理，并提出了基于PLC电梯控制系统设计的实现方案。1.1设计目的明确集选控制电梯的电工作原理。实践PLC用于集选控制电梯的技术实现。1.2设计环境硬件：PC机软件：Gppw2.设计方案2.1电梯继电器控制系统的优缺点2.1.1电梯继电器控制系统的优点1) 所有控制功能及信号处理均有硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。 2) 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 3) 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。 4
11、) 多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已经形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。 2.1.2电梯继电器控制的缺点： 1) 系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。 2) 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。 3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。 4) 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 5) 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大。费用高；而且检查故障困难，费时费工。 总之，电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性
12、和安全性，经常造成停梯，给乘客人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。所以目前电梯的继电器控制已经很少使用了。 2.1.3 PLC及在电梯控制中的应用特点 1）PLC简介及其特点PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器
13、，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”PLC的特点：可靠性高，抗干扰能力强高
14、可靠性是电气控制设备的关键性能。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。配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业
15、的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小
16、于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2）PLC的应用领域目前，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，使用情况大致可归纳为如下几类。开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模
17、拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PI
18、D调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统； 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
19、随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.2电梯的工作原理2.2.1电梯的基本原理 1.电梯基本原理。电梯是机械、电气紧密结合的大型机电产品。主要由机房、井道、轿厢、门系统和电气控制系统组成。井道中安装有导轨，轿厢和对重有曳引钢丝绳连接，曳引钢丝绳在曳引轮上，曳引轮由曳引电动机拖动。轿厢和对重都装有各自的导靴，导靴卡在导轨上。曳引轮运转带动轿厢和对重沿各自导轨做上下相对运动，轿厢上升，对重下降。这样可通过控制曳引电动机来控制轿厢的起动、加速、运行、减速和平层停车，实现对电梯运
20、行控制。下图为传动方式电梯的原理示意图。2.控制要求电梯的控制方式有：轿内手柄开关控制、轿内按钮开关控制、轿外按钮开关控制、信号控制、集选控制和群控等几种。集选控制方式是将厅外召唤箱发出的外召唤信号与轿内操纵箱发出的内指令信号进行记忆，并和其他专用信号（如层楼、减速、平层和安全等信号）加以综合分析后，由电梯司机或乘用人员控制电梯运行的控制方式。主要控制要求如下：有司机或无司机控制。自动开关门。到达预定停靠层站，提前减速，平层停车时自动开门。到达上、下端站，提前强迫减速。厅外有召唤装置，轿内有指令装置，能自动记忆召唤和指令，响应之后能自动将召唤和指令消除（召唤和指令的记忆和消除）。能自动选择运行
21、方向，在司机操纵下，能强迫决定运行方向（选向）。能根据指令和召唤的位置，自动选择停靠层站，并自动平层停车（选层、平层）。厅外和轿内有指示电梯运行方向和所在位置的指示信号（层楼检测与指层）。2.2.2集选控制系统电气控制系统的组成及相互关系电梯的控制电路主要由轿内指令电路、门厅召唤电路、定向选层电路，起动运行电路、平层电路、指层电路、开关门控制电路和安全保护电路等8个部分组成。这些电路的相互关系如右图所示。以上这些电路可构成有司机无司机控制、集选运行、消防运行和检修运行等共7种工作方式，本书只介绍主要部分的控制。2.3电梯PLC的I/O点数的分配和机型选择I/O点数随电梯层数的多少而不同。一般输
22、入点较多可按电梯各部分来分：l）轿厢内指令按钮，位子轿内的操纵箱上，每层各有一个。2）门厅呼唤按钮，位于电梯的门厅口除顶层只有下呼和底层只有上呼外其余每层都有上、下呼按钮。3）楼层感应器，位于电梯井道每一层的相应位置上，当轿厢到达每一层的相应位置时，楼层感应器干簧管触点因隔磁板插入而断开，该触点信号用于选向、选层、轿内指令、门厅召唤的消号和指层电路等。4）平层感应器，位于轿厢的顶部，用于准确平层，由上平层感应器、门区感应器和下平层感应器组成，共占3个输入点。5）开关门有厅门、轿门电气触点开关（目的是保证电梯厅、轿门都关好后，开关接通电梯才能运行）、关门极限开关、开门极限开关和手动开关门按钮等5
23、个，共占5个输入点。6）其他还有超载、上下极限、有司机/无司机方式选择等输入信号。输出点有：上升接触器KM1、下行接触器KM2、快速接触器KF,慢速接触器KS、加速接触器K1、第一减速接触器K2、第二减速接触器K3、开关门接触器和楼层指示灯。I/O编号及分配如下：X000：换速信号 x001：上终端限位X002：下终端限位 x003：1内指令（含1上召）输入X004：2内指令输入 x005：3内指令输入X006：4内指令（含4下召）输入 x007：2上召输入X010：3上召输入 x011: 2下召输入X012：3下召输入 x013：门锁信号输入X014：平层信号输入 x015：门区信号输入X0
24、16：开门信号输入 x017：关门信号输入X020：强迫向上按钮输入 x021：强迫向下按钮输入X022：司机/自动运行方式 x023：检修运行方式X024：安全触板信号输入 x025：直驶按钮信号输入 Y000：换速动作输出Y001、Y002、Y003：楼层指层BCD码输出（Y001为高位、Y003为低位）Y004：1内指令继电器（含1上）Y005：2内指令继电器（含1上）Y006：3内指令继电器（含1上）Y007：4内指令继电器（含1上）Y010：2上召继电器Y011：3上召继电器Y012：2下召继电器Y013：3下召继电器 Y014：上运行指示Y015：下运行指示 Y016：上运行继电器
25、Y017：下运行继电器 Y020：快车继电器Y021：快加速继电器 Y022：慢车继电器Y023: 1慢减速继电器 Y024: 2慢减速继电器Y025: 3慢减速继电器 Y026：开门继电器Y027：关门继电器M101-M104:1-4楼层楼继电器M106换速微分信号M1：向上运行监视 M2：向下运行监视M3：向上方向选择 M4：向下方向选择M5：向上方向控制继电器 M6：向下方向控制继电器M7：上召换速 M8：下召换速M9：指令换速 M11：强迫向上M12：强迫向下 M13：关门启动M14：停车继电器 M15：运行继电器M16: 安全触板继电器 M17：直驶继电器 T0：快加速时间 T1：停
26、站时间T2：1慢减速时间 T3：2慢减速时间T4：3慢减速时间 T5：开门执行时间2.4拖动回路、门电路及系统连接1) 电梯控制的主回路如图2）门电路及电气安全回路如图2.5控制系统各环节的作用及实现2.5.1层楼继电器电路的实现 要对电梯进行控制，首要的问题就是反映电梯实际所在的位置（楼层）。层楼继电器回路就是完成这一功能的。每一层对应一个层楼继电器，电梯在哪一层，对应的楼层的层楼继电器就会动作。 由于PLC具有数据传送、算术计算、数据比较处理等功能，所以用PLC很容易实现层楼电路：启用一数据寄存器D0,电梯在最下层端站时可讲1送入D0，最上层端站时，将最高层数送入D0；电梯每上升一层将D0
27、分别与1、2、3相比较，等于几就说明电梯在几层，这是驱动对应的层楼继电器，实现层楼电路。2.5.2指令和召唤回路指令和召唤回路的作用是：将桥内指令和厅外召唤信号记忆并指示，当电梯响应后自动将其消除。记忆和消除可用PLC的SET和RST指令实现。（1）指令回路 指令回路梯形图如图所示。（2）召唤回路 由于出两个端站外，其他各层均有两个召唤（上召、下召），而且召唤的响应是顺向响应.另外若电梯在直驶运行时不响应召唤。此时召唤应保留。所以召唤回路与电梯的运行方向以及是否直驶密切相关，为此在召唤回路中加入了反映直驶和方向监视的继电器M1和M2。召唤回路梯形图如图所示.2.5.3选向回路 选向回路的作用，
28、是根据目前电梯的位置和指令、召唤的情况，决定电梯的运行方向。电梯方向的选择，实际就是将指令和召唤的位置与电梯实际位置相比较，若前者在上（位置的上下）电梯则选择向上，相反则选择向下。方向的实现：首先由层楼继电器形成选向链，然后将每层的指令和召唤对应接入。实际决定电梯的运行方向有以下三种情况。（1）自然选向 如上分析，电梯自动判断并选择方向。（2）强迫选向 若电梯工作在司机方式，可通过操纵箱上的向上或向下按钮，来干预电梯的运行方向，即强迫使其向上或向下。（3）检修选向 若电梯工作在检修方式，同样可使用向上或向下按钮，使电梯以检修的速度向上或向下运行。2.5.4选层电路电梯运行中，为什么会在有些楼层
29、停，在有些楼层不停，这是由选层电路决定的。选层意味着要减速（换速）准备平层停车。电梯的选层分指令选层和召唤选层，即因某层有召唤或有该层的指令使电梯在该层是否停车。其中指令选层是绝对的，若电梯运行正常，指令一定能使电梯在该层减速停车。召唤选层是有条件的，意识召唤选层必须满足同向，即与电梯的运行方向一致，这就是所谓的“顺向截车”；二是直驶时可将召唤屏蔽，即电梯直驶时，即使同向的召唤也不能使电梯减速停车。根据以上情况，电梯选层回路梯形图如图所示。2.5.5电梯的运行线路运行线路是电梯控制系统的核心。电梯是有曳引电动机拖动（主回路），主回路的工作受运行线路的控制，以形成如图24-11所示的速度曲线，决
30、定电梯何时启动加速，何时运行，何时减速，何时平层停车。所以电梯的主要性能指标（额定速度、舒适感、平层精度等）有运行线路决定。（1）启动 电梯的启动，方向是首要条件，门锁（厅门轿门是否关好）等安全因素也是必要的。（2）减速 当电梯选中某层，意味着将在该层停车，到达换速点就应减速，为平层停车做准备。（3）平层停车 当减速运行到平层点时，说明轿门门槛与厅门门槛基本齐平，可以停车。即将主回路曳引电动机电源断开，并实施电磁抱闸。2.5.6电梯门的控制门电路是电梯控制系统中较为独立的单元。它的作用是实现电梯门的开和关。电梯的门有两种，一是轿门，即轿厢的门，门电路通常指轿厢的门控制电路。轿门是主动的，它由专
31、门的门电动机拖动，实现门的开、关。门电路的主回路如图24-4所示。另一种门是厅门，即各层门厅的门。厅门是被动门，不能自行开、关，只能由轿门带动实现开、关。 一般情况下，当轿厢到达某层停车后，轿厢门上带有门刀，会自动插入厅门的门锁中，使门锁打开。此时厅门在轿门的带动下实现开、关，所以电梯若没到该层，其厅门处于锁闭状态，不能打开，这是安全保障的要求。门电路的控制系统的联系就在于这一点，由各厅门和轿门的门锁电气限位开关的常开触点串联后，作为门锁信号（X013）。X013为ON，表示全部门安全关闭，可正常运行，否则不能运行。开、关门由门电动机驱动，通过开、关门继电器KMJ、GMJ控制M的正反转实现。因
32、此，设计门的控制时只需考虑开与关门的情况，对应驱动KMJ或GMJ。（1） 开门情况上班开门、按钮开门、触板开门和门区前提开门。（2） 关门情况下班关门、按钮关门、停站自动延时关门和强迫向上（向下）启动关门。考虑以上因素后，门电路的梯形图如图所示。机械手系统控制3.概述机械手的起源它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操
33、作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。 机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由
34、类似人的手和臂组成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。机械手的组成机械手主要由手部、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
35、 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。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能 机械手的种类机械手的种类，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
36、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年美国联合控制公司研制出第一台机械手。3.1设计目的设计一个基于PLC控制的机械手系统3.2设计环境硬件：PC机、亚龙光电机一体化实训考核装置软件：Gppw4.系统设计方案4.1 系统硬件配置及组成原理该装置配置了可编程控制器（PLC）、变频器装置、气动装置、传感器、机械手、上料器、送料传动和分拣装置等实验机构。整个系统为模块化结构提供开放式实训平台，实训模块可根据不同的实训要求进行组合；同时学校还可以
37、根据教学需要，配置不同品牌的（PLC）模块和变频器模块，也可以增加其它实训模块。系统的控制部分采用可编程控制器（PLC），执行机构由气动电磁阀-气缸构成的气压驱动装置，实现了整个系统自动运行，并完成物料的分拣。整个实训考核装置的模块之间连接方式采用安全导线连接，以确保实训和考核安全。4.2 工作原理按下启动按钮后物料从滑槽中滑下到物料台，机械手伸出过5秒后机械手下降5秒后物料台上升5秒后夹紧，物料台下降机械手上升5秒后右转机械手下降机械手松开，物料落入传送带，机械手上升再向左同时缩回。4.3机械手搬运机构整个搬运机构能完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪紧松。手爪提升气缸：提
38、升气缸采用双向电控气阀控制，气缸伸出或缩回可任意定位。磁性传感器：检测手爪提升气缸处于伸出或缩回位置。（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”）手爪: 抓取物料由单向电控气阀控制，当单向电控气阀得电，手爪夹紧磁性传感器有信号输出，指示灯亮，单向电控气阀断电，手爪松开。旋转气缸：机械手臂的正反转，由双向电控气阀控制。接近传感器：机械手臂正转和反转到位后，接近传感器信号输出。（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接输出）双杆气缸：机械手臂伸出、缩回，由双向电控气阀控制。气缸上装有两个磁性传感器，检测气缸伸出或缩回位置。（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”）缓冲器： 旋转气缸高速正转和反转到位时，起
39、缓冲减速作用。4.4系统接线图设计5. 控制系统设计5.1控制程序流程图设计开始手伸出物料台上升手下降夹紧、物料台下降手上升手右转手下降手松开手上升手缩回左转5.2控制程序设计5.2.1程序应考虑的问题在进行程序设计时，首先应明确对象的具体控制要求。由于CPU对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，最长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就越低。因此，在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁紧凑。另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，控制要求或控制时序会发生变化，此时，要求程序修改方便、简单，即要求程序有较好的柔性。5.2.2梯形
40、图X0：启动按钮X1：停止按钮Y0：机械手伸出Y1：机械手工作台上升/下降Y2：机械手下降Y3：机械手夹紧/松开Y4：机械手上升Y5：机械手向右Y6：机械手下降Y7：机械手上升Y10：机械手缩回Y11：机械手向左机械手全自动循环运动梯形图5.2.3指令表6.系统调试及结果分析6.1 系统调试及解决的问题计时器T1计时完成后不能跳转到下面的程序中；整个循环完成后不能重复运行。解决方法：计时器往前移动；再加一个输出，使其回到循环起点。6.2 结果分析程序基本成功，只是在急停后计时器还在运行，是再次开启时会跳过该环节7.结论7.1体会收获通过2周的PLC实训使我对PLC有了更深刻的了解和认识。在这两
41、个星期的摸索和探讨中，我对PLC有了较为肯定的认识结果。PLC不仅仅只是接界线那么的简单，他的每一个过程，每一个计时器，都必须十分清楚的记在脑海，不论什么时刻都能提炼出来，这样才算正真的明白、懂得PLC。但现在还是学的皮毛，以后我会更加努力的去学习，去摸索，是自己能更好的掌握PLC这门技术。7.2参考文献1 李俊秀等编。可编程控制器应用技术实训指导。北京：化学工业出版社，20022 张方忠编可编程控制器应用技术。北京：化学工业出版社，2002.3 余雷声等编。电气控制余PLC应用。北京：机械工业出版社，19994 三菱FX2n系列可编程控制器编程手册5 王永华, 现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学，20036 王玉中, 电气控制及PLC应用技术.河南：河南科学技术出版社，2006 8.教师评语9.成绩
