基于西门子PLC控制MM420变频器的物料分拣系统.doc

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1、摘 要面对激烈的市场竞争，一个企业的生产效率是其能否生存和发展的决定性因素。在现代科学技术的众多领域，生产线的应用越来越广泛。本文以光机电一体化实训装置为设计平台，对小型生产线的各单元进行了系统分析，物料的搬运采用机械手，能够实现伸缩、升降、旋转夹紧和放松等动作；物料传送采用变频器控制三相交流电动机，从而实现050Hz范围内的无级调速；物料分拣采用气缸加电磁阀的控制方式，实现不同物料的分拣，生产线选择气动驱动采用PLC控制，机械手与分拣采用了不同的控制方法。最后，提出了机械手、传输装置及传感器的安装调试方法，对提高工作技能有一定的参考价值关键词：生产线，可编程控制器（PLC），机械手引 言70

2、年代以来，自动化正向着复杂的系统控制和高级的智能制造发展，并应用到国防，科研经济等各个领域，实现更大规模的自动化。现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。如大型企业的综合自动化控制系统，全国铁路自动调度系统，国家电网自动调度系统，空中交通管制系统，城市交通控制系统，自动化指挥系统，国民经济管理系统等。而且自动化正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化，人口控制，经济管理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人以在工业生产，海洋开发和宇宙探索中得到广泛应用，并得到迅速发展。一直以来，可编程序控制器简称PLC在工业自动化控制方面

3、发挥着巨大作用，为各种各样的自动化控制设备提供了广泛、可靠的控制应用。PLC主要能够为自动化控制应用提供安个可靠和比较完善的解决方案，适合当前自动化工业企业的需要。随着计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域有了翻天覆地的变化，而PLC不断地采用新技术以及增强系统的开放性，在工业自动化领域中的应用范围不断扩大。PLC将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体，成为实现单机、车间、工厂自动化的核心设备，其具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维修方便等诸多优点。随着技术的进步，其控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制，成为自动化领域的三大技术支柱。我们的毕业

4、设计是模拟一个生产流水生产过程，完成一个工件的加工，分拣工作。首先由供料单元提供物料，运输站将其运至加工站加工，最后由分拣单元进行物料分拣。整个过程要充分考虑出现的各种情况，对各种生产要求进行处理，系统分成四个操作站：供料站，加工站，运输站，分拣站。整个系统基于西门子PLC控制，包括变频器控制，伺服电机控制，传感器控制，是各种电器控制的综合应用。本次毕业设计运用Word，Auto cad等。目 录摘 要.1引 言.2目 录1模块一 输送单元11.1 变频器简介11.2 MM420变频器的BOP操作面板21.3 MM420/430/440变频器的区别4模块二 分拣单元62.1 传感器的概述62.

5、2 传感器分类及工作原理82.3 传感器的接线14模块三 机械手单元183.1 机械手的简介153.2 机械手的组成及作用153.3 机械手的工作过程163.4 常见的机械手示意图173.5 机械手的分类183.6 机电设施的初始位置18 模块四 控制单元214.1 可编程控制器的定义 214.2 可编程控制器的市场现状 214.3 可编程控制器的基本组成及特点 214.4 可编程控制器的分类254.5 西门子PLC S7-200的指令 274.6 西门子S7-200的选型 294.7 PLC 的主要功能304.8 PLC 控制与继电器控制的比较304.9 PLC 程序设计的方法32模块五 驱

6、动单元335.1 电磁阀的简介335.2 电磁阀的工作原理335.3 电磁阀的分类335.4 单向电磁阀与双向电磁阀345.5 电磁阀的选型355.6 电磁阀的图形符号和图形符号的含义355.7 气缸365.8 气源组件的安装375.9 气源处理装置37模块六 生产线仿真设计及调试396.1 设计要求396.2 任务实施39结 论51参考文献52附 录53致 谢54模块一 输送单元1.1 变频器简介随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。从我国制造出第一台变频器到现在，已经经过了30多年的科技研发与应用实践，伴随着电子技术水平的和市场需要的提高，变频器的种类越来越多，功能也

7、越来越完善。1.1.1变频器的定义西门子MM420（MICROMASTER420） 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。该系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W 到三相电源电压，额定功率11KW 可供用户选用。可在050HZ内实现无级调速。1.1.2变频器的组成与特点（1）变频器的组成变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。1)整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电。2)高容量电容存储转换后的电能。3)逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。4)控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦

8、波的交流电，驱动交流电动机。（2）变频器的特点变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用通用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。1） 变频调速节能由于采用变频调速后，风机、泵类负载的节能效果最明显，节电率可达到20%60%，这是因为风机水泵的耗用功率与转速的三次方成比例，当用户需要的平均流量较小时，风机、水泵的转速较低，其节能效果也是十分可观的。而传统的挡板和法门进行流量调节时，耗用功率变化不大。由于这类负载很多，约占交流电动机总容量的20%30%

9、，它们的节能就具有非常重要的意义。2 ）减少无功功率无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是因无功功率因素的降低导致电网有功功率的降低。而使用变频器调节后由于变频器内滤波电容的使用，使得功率因素接近为1，增大了电网的有功功率。从而节省了无功功率消耗的能量。(3)方便控制，使控制系统简单化1)变频器很容易实现电机的正、反转2)加、减速时间及频率可任意调节3)变频器还具有直流制动功能，需要制动时，变频器给电动机加上一个直流电压，进行制动，则无需另加制动控制电路4)运行平稳5)可进行高速运转1.2 MM420变频器的BOP操作面板MM420 变频器的操作面板可以配用状态显示板（SDP）、基本操作

10、板（BOP）和高级操作板（AOP）三种，YL-235A上配用的是基本操作板（BOP）。图1.1是基本操作面板（BOP）的外形。 图1.1 基本操作面板 利用BOP可以改变变频器的各个参数。BOP 具有7 段显示的五位数字LCD，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及设定值和实际值。参数的信息不能用BOP 存储。基本操作面板（BOP）上的按钮及其功能如下表1.1所示。表1.1 按钮及其功能显示/按钮功能功能的说明状态显示LCD显示变频器当前的设定值启动变频器当设定 P0700 = 1 时，此键的操作有效。按此键起动变频器。缺省值运行时（P0700 = 2）此键是被封锁的。停止变频器当设定

11、 P0700 = 1 时，此键的操作有效。缺省值运行时（P0700 = 2）此键是被封锁的。OFF1：按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车。OFF2：按此键两次（或一次，但时间较长）电动机将在惯性作用下自由停车。此功能总是“使能”的。改变电动机的转动方向当设定 P0700 = 1 时，此键的操作有效。缺省值运行时（P0700 = 2）此键是被封锁的。按此键可以改变电动机的转动方向，电动机的反向时，用负号表示或用闪烁的小数点表示。电动机点动在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行。释放此键时，变频器停车。如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作用。功能变频

12、器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2秒钟，将显示以下参数值（在变频器运行中从任何一个参数开始）：1. 直流回路电压（用d表示单位：V）2. 输出电流A3. 输出频率（Hz）4. 输出电压（用o表示单位V）5. 由P0005选定的数值（如果P0005选择显示上述参数中的任何一个（3，4或5），这里将不再显示）。连续多次按下此键将轮流显示以上参数。跳转功能在显示任何一个参数（rXXXX或PXXXX）时短时间按下此键，将立即跳转到r0000,如果需要的话，您可以接着修改其它的参数。跳转到r0000后，按此键将返回原来的显示点。访问参数按此键即可访问参数。增加数值按此键即可增加面板上

13、显示的参数数值。减少数值按此键即可减少面板上显示的参数数值。. 1.3 MM420/430/440变频器的区别西门子MICROMASTER 4系列变频器包括MM420，MM430与MM440，这三种产品之间的区别主要体现在如（表1.2）下几个方面：表1.2 MM420/430/440变频器的区别型号主要应用领域MM420通用型MM430风机水泵专用MM440通用型输入电压及功率范围1AC 200-240V 0.12-3.0kW3AC 200-240V 0.12-5.5kW3AC 380-480V 0.37-11kW3AC 380-480V 7.5-250kW1AC 200-240V 0.12-

14、3.0kW3AC 200-240V 0.12-45kW3AC 380-480V 0.37-200kW3AC 500-600V 0.75-75kW控制方式线性V/f抛物线V/f 可编程V/f线性V/f抛物线V/f可编程V/f线性V/f抛物线V/f可编程V/f无传感器矢量控制SLVC带编码器适量控制VC转矩控制输入端口3个数字输入1个模拟输入6个数字输入2个模拟输入1个电机过热保护PTC/KTY输入6个数字输入2个模拟输入1个电机过热保护PTC/KTY输入输出端口1个继电器输出1个模拟量输出3个继电器输出2个模拟量输出3个继电器输出2个模拟量输出功能内置PI控制器1组DDS，1组CDS内置PID控

15、制器3组DDS，3组CDS自由功能块节能运行模式电动机分级控制旁路功能内置PID控制器自由功能块3组DDS，3组CDS动能缓冲功能制动单元无无小于等于75kW集成制动单元配合操作面板BOP，AOP，AAOPBOP-2BOP，AOP，AAOP模块二 分拣单元2.1 传感器的概述2.1.1 传感器的定义国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。这里所说的“可用输出信号”是指便于加工处理、便于传输利用的信号。现在电信号是最易于处理和便于传输的信号。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能

16、将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。2.1.2发展前景利用新发现的现象、效应。传感器本来就是基于一系列效应制造出来的，目前应用的效应很多，比如压电效应、压阻效应等等，还有一些效应是我们未知的，等着我们去认识。 采用高新技术。随着计算机、电子技术以及制造加工技术的发展，传感器也进入高速发展时期，这些技术都是开发和设计传感器的基础。高科技含量的传感器是未来产业化的一个方向。新材料的开发。传感器的感应元件、传感器保护的基础都是各种材料，随着人们对新材料性能的掌握，将大大促进传

17、感器的发展。近年，广泛应用的材料有陶瓷、光纤、高分子有机材料等。 不断提高传感器的性能。影响传感器的性能因素很多，有系统的，还有检测的。随着检测技术跟精密制造的发展，这方面也将得到大大提高。传感器应用的扩展。物联网的横空出世，传感器应用也在不断拓展。近些年，地震灾害、海啸灾害、食品危机不断，对研究人员来说，也是个挑战，开发出各种传感器检测这些现象的发生，及早预警。 传感器的集成化和多功能化。以前的传感器一般只能检测一种物理量，一个系统光传感器就需要很口。现在，已经出现了多功能和集成化的传感器，比如温湿度和检测各种气体的集成传感器，这也将是以后发展的一个趋势。微型与低功耗化。有些精密仪器或设备，

18、体积本身就小，还需要接上各种传感器进行感知和控制，这也对传感器提出了更高的要求。传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。2.1.3传感器的结构 传感器通常由敏感元件、转换元件及转换电路组成。敏感元件是指传感器中能直接感受（或响应）被测量的部分；转换元件能将感受到的非电量直接转换成电信号的器件或元件；转换电路是对电信号进行选择、分析、放大，并转换为需要的输出信号等的信号处理电路。尽管各种传感器的组成部分大体相同但不同种类的传感器的外形结构都不尽相同，一些机电一体化设备常用传感器的外形，如图2.1所示。

19、 图 2.1 机电一体化设备常用传感器的外部结构2.1.4 传感器的性能指标（1） 静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。（2） 动态特性是指传感器在输入变化时，它的输出特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与

20、它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。（3） 线性度通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。（4） 迟滞特性 表示传感器在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程间输出输入特性曲线不一致的程度，通常用这两条曲线之间的最大差值MAX与满量程输出FS的百分比表示。迟滞可由传感器内部元件存在能量的吸收造成。2.2 传感器的

21、分类及工作原理2.2.1传感器的分类传感器的种类繁多，功能各异。由于同一被测量物体可用不同转换原理实现探测，利用同一种物理法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不同被测量物体的传感器，而功能大同小异的同一类传感器可用于不同的技术领域，因此传感器有不同的分类法，如表2-1所示。表2.1 传感器的分类分类方法传感器的种类说明按依据的 效应分类物理传感器基于物理效应（光、电、声、磁、热）化学传感器基于化学效应（吸附、选择性化学分析）生物传感器基于生物效应（酶、抗体、激素等分子识别和选择功能）按输入量分类位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器、气体成分传感器、浓度传感器等传感器以被测量的物理

22、量名称命名按工作原理分类应变传感器、电容传感器、电感传感器、电磁传感器、压电传感器、热电传感器等传感器以工作原理命名按输出信号分类模拟式传感器输出为模拟量数字式传感器输出为数字量按能量关系分类能量转换型传感器直接将被测量的能量转换为输出量的能量能量控制型传感器由外部供给传感器能量，而由被测量的能量控制输出量对的能量按时利用场的定律还是利用物质的定律分类结构型传感器通过敏感元件几何结构参数变化实现信息转换物性型传感器通过敏感元件材料物理性质的变化实现信息转换按是否依靠外加能源分类有源传感器传感器工作时需外加电源无源传感器传感器工作时无需外加电源按使用的敏感材料分类半导体传感器、光纤传感器、陶瓷传

23、感器、金属传感器、高分子材料传感器、复合材料传感器等传感器以使用的敏感材料命名2.2.2 传感器的工作原理（1） 光电传感器（接近开关）的工作原理光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现检测的。光电传感器在一般情况下由发射器、接收器和检测电路三部分构成。发射器对准物体发射光束，发射对的光束一般来源于发光二极管和激光二极管等半导体光源。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器由光电二极管或光电三极管组成，用于接收发射器发出的光线。检测电路用于滤出有效信号。常用的光电传感器可分为漫反射式、反射式、对反射式等几种，它们中大多数的动作距离都可以调节。 1） 漫射式光电传感器漫射式光电传

24、感器集发射器与接收器于一体，在前方无物体时，发射器发出的光不会被接收器接收到，开关不动作。当前方有物体时，接收器就能接收到物体反射回来的部分光线，通过检测电路产生电信号输出使开关动作。漫射式光电传感器的有效作用距离是由目标的反射能力决定的，即由目标表面的性质和颜色决定，如图2.2所示。图2.2 漫射式光电传感器工作2） 反射式光电传感器反射式光电传感器也是集发射器与接收器于一体，与漫射式光电传感器不同的是其前方装有一块反射板。当反射板与发射器之间没有物体遮挡时，接收器可以接收到光线，开关不动作。当被测物体遮挡住反射板时，接收器无法接收到发射器发出的光线，传感器产生是输出，开关动作。这种光电传感

25、器可以辨别不透明的物体，借助反射镜部件，形成较大的有效距离范围，且不易受干扰，可以可靠的用于野外或者粉尘污染较严重的环境中，如图2.3所示。 图2.3 反射式光电传感器工作原理3） 对射式光电传感器对射式光电传感器的发射器和接受器是分离的。在发射器与接受器之间如果没有物体遮挡，发射器发出的光线能被接收器接收到，开关不动作。当有物体遮挡时，接收器接收不到发射器发出的光线，传感器产生输出信号，开关动作。这种光电传感器能辨别不透明的反光物体，有效距离大。因为发射器发出的光束只跨越感应距离一次，所以不易受干扰，可以可靠地用于野外或者粉尘污染较严重的环境中，如2.4所示。图2.4 对射式光电传感器工作原

26、理（2） 光纤传感器1）光纤传感器介绍光纤是光电接近开关（简称光纤式光电开关）由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，放大器和光纤检测头是分离的两部分，光纤检测头的尾部部分分成分别插入两个光纤孔。光纤是光电传感器的输出连接至PLC，光纤传感器外形结构如图2.5所示。图2.5 光纤传感器光纤式光电开关的传感器部分没有丝毫电路连接，不产生热量，只利用很少的光能，这些特点使光纤传感器成为危险环境下的理想选择。相对于传统传感器，光纤传感器的优点有：抗电磁干扰，可工作于恶劣黄警，传输距离长，使用寿命长，此外，由于光纤头具有较小的体积，所以可以安装在很小的空间里。如图2.6所示。图2.6 光纤传感器电路图（2

27、）光纤式光电传感器工作过程 光纤式光电传感器又称光电传感器，它利用光导纤维进行信号传输。光导纤维是利用光的完全内反射原理传输光波的一种介质，它由高折射率的纤芯和包层组织。包层的折射率小于纤芯的折射率，直径为0.10.2mm。当光线通过端面透入纤芯，在到达与包层的交界面时，由于光线的完全内反射，光线反射回纤芯层。（3）电感式接近开关电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器，用来检测金属物体。 它由LC 高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。 这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化。原理图如图2.8所

28、示。图2.8 电感传感器工作原理图1) 电感传感器介绍 由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。2) 电感传感器的特点 活动触点、可靠度高、寿命长、辨率高、敏度高、性度高、重复性好、量范围宽（测量范围大时分辨率低）。输入时有零位输出电压，引起测量误差、 励电源的频率和幅值稳定性要求较高、于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。（4） 磁性传感器磁性传感器又称磁性开关，是液压与气动

29、系统中常用的传感器。磁性开关可以直接安装在气缸缸体上，当带有磁环的活塞移动到磁性开关所在位置时，磁性开关内的两个金属簧片在磁环磁场的作用下吸合，发出信号。当活塞移开，磁场离开金属簧片，触点自动断开，信号切断。通过这种方式可以很方便地实现对气缸活塞位置的检测，如图2.9所示。图2.9 磁性电路内部电路图2.3 传感器的接线直流三线制传感器有棕色、蓝色和黑色三根连接线，棕色线接直流电源“+”极，蓝色线接直流电源“-”极，黑色线接信号线，接PLC输入端。直流两线制传感器有蓝色和棕色两根连接线，其中蓝色线接直流电源“-”极，棕色线为信号线，接PLC输入端，具体的电路连接方式如图2.10所示。图2.10

30、 传感器电路连接示意图模块三 机械手单元3.1机械手的简介一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，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。20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全室操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件

31、和装卸材料。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。3.2机械手的组成及作用3.2.1 机械手的组成机械手的组成：悬臂、手臂、手指、旋转气缸。3.2.2 机械手每一部分的作用(1)悬臂的作用：用于机械手的伸出与缩回。(2)手臂的作用：用于机械手的上升与下降。(3)手指的作用：用于物料的抓紧与松开。(4)旋转气缸的作用：控制机械手的正反转，向左

32、或向右，有双向电磁阀控制。(5)左右限位传感器：机械手正转或反转到位之后，传感器输出信号。(6)缓冲器：旋转气缸高速正转或反转时，起缓冲减速作用，防止机械手撞击。3.2.3 机械手的作用 机械手的作用：用于将物料从甲处搬运到乙处。图3.1 机械手各部件及名称1旋转气缸 2非标螺丝 3气动手爪 4手爪磁性开关Y59BLS 5提升气缸 6磁性开关D-C73 7节流阀 8伸缩气缸 9磁性开关D-Z73 10左右限位传感器 11缓冲阀 12安装支架3.2.4机械手的注意事项 （1）机械手式比较精密的器件，在拆装以及运动的过程中，严禁用力过猛，而导致有关部件乃至整个装置的永久性破坏。(2)每个气缸都有相

33、应的节流阀，开始的时候节流阀只要调整到气缸转够动作就可以了，切记不要过大、过快。(3)任何时刻，控制响应气缸的双向阀，只允许一个有电。3.3 机械手的工作过程(1)初始位置：悬臂缩回、手臂上升、手指松开、整个机械手处于左限止位置。(2)工作过程：物料到位机械手悬臂伸出手臂下降延时0.5S手指合拢抓紧物料延时0.5S手臂上升悬臂缩回机械手向右旋转到右限止位置悬臂伸出手臂下降延时0.5S手指松开，将物料放入进料口手臂上升悬臂缩回机械手向左旋转到左限止位置。3.4常见的机械手示意图图3.2 机械手示意图3.5机械手的分类(1)按驱动方式分1）液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其

34、主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。2）气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的

35、环境中进行工作 3）机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。(2)按控制方式分 1）点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。2）连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用

36、范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。 3.6机电设备的初始位置很多机电设备都需要设置初始位置，当设备中的相关部件不在初始位置时，设备就不能启动运行。如汽车发动时，离合器必须在“离|”的位置或档位必须在“空挡”的位置，否则会造成汽车发动机带负荷启动而损坏零件；也可能会因为方向盘没有打好造成汽车乱跑的事故。为了保证设备和人身的安全，机电设备必须设置初始位置。 3.6.1 机械手有初始位置的要求任何有程序控制的机械设备或装置都有初始位置，它是设备或装置运行的起点。初始位置的设定应结合设备或装置的特点和实际运行状况进行，不能随意设置。机械手的初始位置要求所有气缸活塞杆

37、均缩回。由于机械手的所有动作都是通过气缸来完成的，因此初始位置也就是机械手正常停止的位置。因为停止的时间有可能比较长，如果停止时气缸的活塞杆处于伸出状态，活塞杆表面长时间暴露在空气中，容易受到腐蚀和氧化，导致活塞杆表面光洁度降低，引起气缸的气密性变差。当气缸动作时活塞杆缩进、伸出，由于表面光洁度降低，就好像拿一把锉刀在锉气缸内的密封圈，时间长了就会引起气缸漏气。一旦漏气，气缸就不能稳定的工作，严重时还会造成气缸损坏。因此初始位置要求所有气缸活塞杆均缩回，保证了气缸的正常使用寿命。从安全的角度出发，气缸的稳定工作也保证机械手的安全运行。由于机械手的旋转气缸没有活塞杆，初始位置机械手的悬臂气缸如果

38、停留在右限位，也是可以的。3.6.2旋转气缸转动时，悬臂气缸活塞杆处于缩回状态。在旋转气缸转动时，机械手悬臂伸出越长，悬臂气缸活塞杆受到的作用力就越大，旋转气缸旋转轴转动时要做的功越大。机械手悬臂气缸活塞杆伸出时，旋转气缸轴心到手臂气缸活塞杆的垂直距离为278mm，缩回时的垂直距离为178mm。如果机械手悬臂伸出较长，旋转时会增加对设备的冲击，容易造成悬臂气缸活塞杆扭曲变形和设备的损坏。因此，从设备安全运行的角度出发，旋转气缸转动时悬臂气缸活塞杆处于缩回状态。3.6.3 手指在抓取工件前后和放置工件前有延时这种设计思路唯一的目的是让气缸能稳定可靠地抓取和放置工件。因为气爪较小，当手臂气缸活塞杆

39、下降到下限位传感器接受到信号时，直接驱动气爪夹紧，一方面显得很仓促，另一方面要夹准工件，对设备的调试精度要求很高：首先要将气爪的中心于工件停留位置的中心对准，然后又要确保每次送过来的工件停留位置一致，另外，手臂气缸下限位传感器安装的位置要合适，偏高会造成手臂气缸活塞杆的形成没有到底就驱动气爪夹紧，工件会被气爪撞击。若在气爪夹紧工件、手臂气缸活塞杆提升的环节里加入延时，就能可靠的将工件提升搬运。在机械手放置工件前加延时，一方面是为了让手臂气缸活塞杆下降到最低处，另一方面在降到最低处后有个停顿，能消除工件下降过程中的惯性作用，使工件以最小的冲击力平稳的放到位置上。这些细节上的要求在调试亚龙-Y23

40、5A型光机电一体化设备时，更突出了它的重要性。3.6.4 机械手每个动作时间的转换都通过传感器的位置信号控制通过传感器来检测机械手的每个动作执行情况以及是否到位，能确保机械手完整地执行每个搬运环节，可靠的完成整个工作过程。这种控制方式属于状态控制，是目前机械设备操控设计普遍采用的控制方法。它能使机械设备准确无误的完成工作任务，一旦出现故障，设备维修人员能快速准确的判断故障出现的位置，及时修复。3.6.5停止信号的处理在机械手运行过程中，按下停止按钮SB6 ，要求机械手完成当前工件的搬运后，回到原位停止。也就是当停止信号出现时不能立即停止，必须让机械手完成一个工作循环后才能停止。那么首先要分清楚

41、机械手一个工作循环的起点和终点，工作任务中讲的初始位置就是机械手一个工作循环的起点和终点。编写程序时可利用一个辅助继电器M，通过停止信号使辅助继电器M吸合并自锁，利用启动信号切断回路使M复位，然后在最后一个步进完成时，将辅助继电器M的常开触点串进输出停止步进的回路，将辅助继电器M的常闭触点串进输出启动步进的回路，就可符合工作任务的要求。如果机械手在搬运过程中遇到突然断电等突发情况，要保证机械手所有气缸的气路状态断电瞬间不改变、夹持的工件不掉下，电磁阀的配置就需要有选择。要做到上述功能，机械手的悬臂气缸、手臂气缸、旋转气缸必须用二位五通双控电磁阀驱动。气爪气缸一般情况下选用二位五通单控电磁阀。我

42、们来分析一下气爪的工作过程：机械手手臂降到A处，气爪夹紧工件，运到B处放下，那么我们只要使气爪夹工件前松开一次，夹紧后搬运到B处放料时在松开一次，其余时间段全部夹紧。让二位五通单控电磁阀线圈通电时气爪松开，断电时气爪夹紧，那么无论在哪个环节，即使遇到突然断电等突发情况，夹持的工件也不会掉下。模块四 控制单元4.1 可编程控制器的定义PLC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。4.2可编程控制器的市场现状我国工业企业的自动化程度普遍较低，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的