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1、毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：触摸屏与PLC对机械手的控制起止日期：2012年 2月21日至 2012年3月 16日指导教师： 吴卓峰毕业设计（论文）要求（包括日程安排和进度）：一、任务：机械原点设在可动部分左上方，即压下左限开关和上限开关，并且工作处于放松状态，下降、上升和左、右移动由电磁阀驱动汽缸来实现的，当工件处于工作台B上方准备下放时，为确保安全，用光电开关检测工作台B有无工件，只在无工件时才发出下放信号。机械手工作循环为：启动 下降 夹紧 上升 左行 下降 放松 上升 原点二、要求：（1） 电气原理图设计，工作方式设置为自动循环和点动两种；（2） PLC梯形图设计，工作
2、方式设置为自动循环、点动、单周循环和步进四种；（3） 有必要的电气保护和联锁；（4） 自动循环时应按上述顺序动作。（5） 任务上的机械手动作图： 三、日程安排和进度 （1）机械手动工作原理1 天讲课 （2）气-电工作原理 1天讲课 （3）电气原理图设计 3 天 （4）PLC梯形图设计调试 4天 （5）写论文 6 天 （6）论文修改 3天 （7）论文答辩 2天审查意见： 院（站）负责人： 年 月 日触摸屏与对机械手的控制摘要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，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。本课题
3、主要研究的问题是“触摸屏与PLC对机械手控制气压驱动式”。日本三菱PLC和触摸屏为基础，介绍PLC在机械手搬运控制中的应用，设计了一套可行的机械手控制系统，并给出了详细的PLC程序、工作流程图、电气设计过程。设计完成的机械手可以在空间抓、放、搬运物体等，动作灵活多样。 根据要求，采用气压传动，该系统具有速度快、系统结构简单、维修方便、能耗低的特点；电气控制方式选用PLC点位程序控制，该方式可靠性高、故障率低。设计中尽量选用标准件及专业厂商产品，手臂运动用电磁阀控制气缸来实现。手指夹紧、松开用电磁阀通放电来实现。关键词：机械手 触摸屏 PLC 气缸 电磁阀目 录前言11、机械手动作过程与要求22
4、、电气原理22.1、循环方式32.2、点动方式32.3、电气原理图43、操作面板设计54、PLC的性能64.1、用户I/O设备的确定64.2、FX1N60MR性能简介65、I/O分配表76、PLC控制系统接线图87、步进流程图98、程序梯形图109、PLC设计说明129.1、点动方式129.2、步进方式129.3、单周方式139.4、循环方式1310、指令程序表1411、结束语1512、参考文献16前言工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、
5、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。可编程序控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人技术是综合了计算机、控制
6、论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。目前在一些机种方面，如喷涂机械手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手，基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。从技术方面来说，我国已经具备了独立自主发展中国机械手技术的基础。本课题拟开发物料搬运机械手，采用
7、日本三菱公司的FX1N系列PLC和触摸屏，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电磁阀、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。1、机械手动作过程与要求启动前应该注意机械手是否在原点，本次设计机械原点设在最左端与最上端，即压下左限开关和上限开关，并且工作处于放松状态，下降、上升和左、右移动由电磁阀驱动汽缸来实现的，当工件处于工作台B上方准备下放时，为确保安全，用光电开关检测工作台B有无工件，只在无工件时才发出下放信号。机械手工作循环为：启动 下降 夹紧 上升 左行 下降 放松 上升 原点如下图所示：动作要
8、求分别按图中的序号连续下去图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关1.1电磁阀气缸的选择与气路原理图：本次是采用三位五通的电磁阀气缸来控制手臂的升降与手臂的伸缩、两位三通的电磁阀气缸来完成手指的夹紧与放松动作要求，如图所示的气路原理图。从图中可以看出
9、气路的原理，首先是通过空气压缩机，把空气压缩，因为压缩之后的气体温度高达200摄氏度以上，所以要加有冷却方式，在储存到气罐里，空气过滤器很明显就是起过滤的作用，过滤杂质，油雾器是用来起到汽缸润滑作用，也可以防止汽缸的腐蚀。手臂的升降与伸缩都加有气路节流阀，节流阀可以控制通气的大小来限制手臂动作的速度。2、电气原理电气原理图的设计包括主电路的设计，以及重要的控制部分电路的设计。2.1 电气原理图输入输出与I/O分配表。输入设备输出设备自动SB3 X21回原点SB1X0上升KM2Y0光电检测SB0X3下降KM1Y1左行KM4Y2点动SB4 X20上升SB8X15右行KM3Y3下降SB7X11夹紧K
10、M5Y4左行SB10X13原点信号灯HLY5右行SB9X12自动KA1夹紧SB6X14点动KA2限位回原点KA0上限位SQ2X4下限位SQ1X5单周X22左限位SQ4X1步进X16右限位SQ3X22.2电气原理说明：（1） 回原点部分：首先按下SB1回原点按钮，使KA0中间继电器得电，KA0所有的辅助常开触头闭合，同时接通KM2自锁上升和KM4自锁左行，当上升到上限时，上限位SQ2常闭触头断开，使KM2断电停止上升，当左行到最左限时，左限位SQ4常闭触头断开，使KM4断电停止左行。这样就完成了回原点的复位运行，左限位SQ4与上限位SQ2常开触头就同时闭合，这样就接通了原点信号指示灯。（2） 自
11、动循环部分：在原点位置按下SB3按钮，即中间继电器KA1得电，其各个动触头KA1闭合，使中间继电器KA1自锁，机械手实行自动操作状态。因为原点位置下，限位开关SQ4和SQ2已经接通，所以可以驱动接触器KM1下降，也使KM1自锁。当机械手下降碰到下限位开关SQ1时，机械手停止下降；同时SQ1常开触头闭合，接触器KM5得电闭合，KM5动触头闭合自锁，机械手处于夹紧状态。同时KT1通电延时线圈闭合，5S后延时闭合触头KT1闭合，使KM2电磁阀线圈闭合自锁，机械手上升。当上升到上限位时，SQ2常闭触头断开，切断KM2使机械手停止上升，同时SQ2常开触头闭合，使右移电磁阀KM3接通自锁，机械手向右移动，
12、当右移到右限位开关SQ3时，是右移电磁阀断电，停止机械手右移。然后SQ3常开触头闭合，此时接通中间继电器KA接通并自锁，如果光电检测开关SB0没有物料时，那么SB0就会闭合同时SQ3右限位也已经闭合，那么满足这两个条件时机械手才可以接通KM1下降运行。KM1得电自锁使机械手下降，当下降到下限位SQ1时，SQ1常闭触头断开，机械手停止下降，同时KM5就断电使机械手于松开状态，SQ1常开触头闭合就接通通电延时线圈KT2闭合，5S后KT2闭合，接通KM2自锁上升，SQ1断开KT2断电，当上升到上限位时，断开SQ2切断KM2停止上升，同时上限位SQ2常开闭合，接通KM4左移电磁阀自锁，当碰到左限位SQ
13、4时，断开KM4左移电磁阀和中间继电器KA，停止左移。这样就完成了机械手后自动运行过程。（3） 点动控制部分：首先按下开关SB4，接通中间继电器KA2自锁，KA2所有常开触头闭合，只有KA2线圈闭合才能够进行点动控制。按主SB7接通KM1电磁阀，机械手向下移动，当碰到下限位SQ1时或者松开SB7按钮时机械手停止下降。按住SB8接通KM2电磁阀，机械手向上移动，当碰到上限位SQ2或者松开SB8按钮时机械手停止上升。按住SB9接通KM3电磁阀，机械手向右移动，当碰到右限位SQ3或者松开SB9时机械手停止右移。按住SB10接通KM4电磁阀，机械手向左移动，当碰到左限位SQ4或者松开SB10时机械手停
14、止左移。按住SB6接通KM5电磁阀，机械手处于夹紧状态，当松开SB6时，电磁阀KM5失电，机械手处于松开状态。按下停止按钮SB2断开KA2所有接触器都停止动作。2.3 电气原理图：3、操作面板设计选用三菱F940G0T-SWD型号黑白触摸屏相对于普通的按钮面板，触摸屏有着独特的优势。1. 线路简单，没有复杂的按钮线路。只有输入输出线路。2程序简单，操作简单。3屏和控制系统都比较便宜，反应灵敏度也很好，对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，能适应各种恶劣的环境。它可以用任何物体来触摸,稳定性能较好。进入触摸屏就可以看到画面0，按翻页进入画面1自动控制，要进点动控制在按下一页进入画面2，返回就
15、铵返回。触摸屏F940 GOT SWD（黑白）控制面板分布图： 4、PLC的性能1、用户I/O设备的确定 由工作过程分析可知，本控制需设工作方式选择占4个输入点；手动时设运动选择占5个输入点；行程占4个输入点，有无工件检测占1个输入点；启动、停止占2个输入点，共需16个输入点。输出设备有上升/下降、左移/右移电磁阀，占4个输出点；夹紧/松开电磁阀，占1个输出点；设原点指示灯1个，占1个输出点，共需6个输出点。 综合上面分析，在I/O口方面，需16个输入点；6个输出点，现有FX1N-60MR型的PLC，这种PLC有30个输入点，30个输出点，考虑工艺流程及控制要求变动对输入点的需要，同时考虑15
16、%的余量，完全可满足本例控制要求。可以选用。2、FX1N60MR性能简介FX1N60MR基本单元输入继电器编号为X000X006，X010X17，X020X027，X030X037，X40-X43，共36点，输出继电器编号为Y000Y007，Y10Y017，Y020Y027共24点，内部有辅助继电器384点、保持继电器128点（电池支持），256个专用辅助继电器，及一些常用的定时器、计数器、状态器。5、PLC控制系统接线图6、步进流程图根据控制要求画出步进流程图：7、程序梯形图1、 选择步进操作时,因X16使M8040接通.M8040为禁止转移特殊继电器,当M8040=ON时,禁止所有状态转移
17、,但是按启动,M8041得电可以使状态顺序转移一步.2、 选择开关拨到单周操作时,状态继电器S0为ON,按下启动按钮,完成一个周期后，由状态S26转移到S0，只能完成单周运行。3、 当选择开关拨到连续操作时，状态继电器S0为ON，按下启动按钮，完成一个周期后，由状态S26转移到S20，一直连续运行。4、 X10为停止复位按钮，X0为回原点为启动做准备。特别说明：19到34步当PLC运行时特殊继电器M8002瞬时接通一次，同时接通SO一步步执行下去。如果需要PLC停止运行那么按下停止按钮X10就会复位所有的输出，并且也可以接通SO无需再次使PLC断电都可以重新执行动作。在39步处S0每次接通都要
18、复位S20到S26。34到39步当按下X0时接通M0并且自锁M0继电器，同时接通Y0和Y3进行回原点启动。在51步处当机械手已经回到了原点时，即左限位X1和上限位X4同时闭合时，按下启动按钮X6才有效。7.1 PLC梯形图的各个工作方式的说明：（1）点动部分：57到77为点动控制部分，当按下点动选择开关X20时同时在第10步处特殊辅助继电器M8040接通，这就禁止了S0跳到S20的状态，就只能执行状态S0中的程序。按住X11控制机械手的下降当碰到下限位开关X15就停止下降；按住X12控制机械手的右行当碰到右限位开关X2就停止右行；按住X13控制机械手的左行当碰到左限位开关X1就停止左行，X14
19、控制机械手的夹紧与松开，按住X15控制机械手的上升当碰到上限位开关X4就停止上升。（2）单周与循环部分：首先将选择开关打到单周出即X22闭合，切断了10步处的M8040自锁按下启动按钮X0使机械手回到原点为启动做准备，当回到原点时按下启动按钮X6才有效。在S20状态处接通T0，2S后接通Y1机械手下降运行，当碰到下限位X5时断开Y1接通T1，2S后使机械手夹紧并且置位，同时状态转移到S21，接通T2，2S后接通Y0使机械手上升，碰到上限位X4断开Y0接通T3，2S后状态转移到S22，接通Y2使机械手向右移动，当碰到右限位开关X2时机械手停止右移，接通T4，2S后转移带S23，这时为了安全起见，
20、当光电开关检测没有物料的时候，X3才能够接通下降Y1，当碰到下限位X5时，停止下降并且复位Y4使机械手松开，接通T5，2S后转移到S24，接通Y0使机械手上升，上升到上限位X4停止上升，接通T6，2S后转移到S25，接通Y3左行，左行到左限位的时，复位左行转移到S26，因为选择的是单周X22那么执行到S26时，X22接通了就跳转到S0，如果是选择到S21时状态就跳转到S20进行如上的循环运行。按下停止按钮X10全部复位全部停止运行。（3）步进部分：首先将选择开关打到步进出即X16闭合，在第10步出X16接通使M8040禁止状态转移自锁，当执行S0状态时，就步能执行下一个状态S20，必须按下启动
21、按钮X6接通M8041接触状态转移才能执行下一个状态S20，其运行的过程与单周、循环是一样的，唯一不同点就是必须解除M8040禁止状态转移的接通。当执行某个状态时，执行完后，就必须按下启动按钮X6才能够执行下一个状态。参考文献1 三菱微型可编程控制器编程手册Z20052 三菱人机界面手册GOTl000Z3 许晓峰电机及拖动M北京：高等教育出版社，20044 岳庆来主编 变频器、可编程序控制器及触摸屏综合运用技术 机械工业出版社 20065 胡晓明主编 电气控制及PLC 机械工业出版社 20066 程周主编 PLC技术与应用 福建科学技术出版社 20047 李中年主编 控制电气及应用 清华大学出
22、版社 20068 刘美俊编著 通用变频器应用技术 福建科学技术出版社 20049 冯辛安主编 机械制造装备设计 机械工业出版社 200510. 田鸣主编 机械技术基础 机械工业出版社 200511. 王国海主编 可编程控制器原理及应用第二版 中国劳动社会保障出版社 200712.肖建章主编 高级维修电工专业技能训练中国劳动社会保障出版社 2004 13.李敬梅主编 电力拖动基本控制线路中国劳动社会保障出版社 200614.常晓玲主编电气控制系统与可编程控制器北京机械工业出版社15.三菱微型可编程控制器FX1N使用手册16.廖常初主编 可编程序控制器应用技术 重庆大学出版社 200217.张继和 张润敏 梁海峰主编 电机控制与供电基础 西南交通大学出版社 200018.邱士安主编 机电一体化技术 西安电子科技大学出版社 200519.天津大学 工业机械手设计基础.工业机械手设计基础.天津科学技术出版社 1980
