《毕业设计论文机械手PLC控制设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文机械手PLC控制设计.doc（44页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、全国PLC程序设计师毕业论文（机械手PLC控制设计）设 计 人： 指 导 老 师： 项目负责 人： 徐州师范大学现代人教育培训中心2011年6月43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。机械手可在空间抓、放、搬运物体，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。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机
2、器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。关键字：PLC;机械手PickIn industrial production and other areas, because o
3、f work needs, people are often affected by factors such as high temperature, corrosive and toxic gas hazards, increases the labor intensity of workers, and even life-threatening. Since the since the development of manipulator, corresponding with various problems solved. Manipulator in the space gras
4、ping, and handling objects that movements are flexible and diverse, applies to the transformations in the production of varieties, small batch automation, widely used in flexible automatic production line. Manipulator is high temperature, corrosion-resistant materials, to adapt to the harsh environm
5、ent, greatly reducing the labor intensity of workers, improve the efficiency. Manipulator is an important part of industrial robots, in many cases it can be referred to as industrial robots. Industrial robot is a mechanical, electrical, control, artificial intelligence, computers, sensors and other
6、multidisciplinary advanced technology in one of the important modern manufacturing automation equipment. Extensive use of industrial robots, not only can improve the product quality and productivity, and to protect the personal safety, improve the working environment, reduce labor intensity and incr
7、ease the productivity, conservation of raw materials consumption and lower production costs, has a very important significance. Relay control and computer control for programmable controllers are developed on a product, evolved into automation based on the micro-processing technology, computer techn
8、ology, communication technology integrated into new industrial automatic control device.Make the system reliable and stable, functional range widely in the period.Keywords:PLC; Manipulator目 录摘 要1PICK2第1章引言5第2章PLC的简介82.1PLC的产生82.2 PLC的定义和特点82.2.1PLC的定义82.2.2PLC的特点92.3PLC的组成与分类102.3.1PLC的组成102.3.2PLC的
9、分类122.4PLC的工作原理与应用122.4.1PLC的工作原理122.4.2PLC的应用13第3章PLC控制方案分析143.1PLC的选取143.2系统的整体设计分析17第4章机械手的简介174.1机械手的定义174.2机械手的组成174.3机械手的分类184.4机械手的应用18第5章设计内容195.1机械结构与控制要求195.2系统硬件设计195.2.1输入输出地址分配和外围接线图195.2.2机械手工作示意图、功能图与梯形图20第6章相关设备与系统调试226.1系统调试226.2程序的运行与调试22第7章设计总结23附录1（梯形图）26附录2（语句表）33附录3（监测图）38参考文献4
10、5感谢信46徐州师范大学现代人培训中心第1章引言在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，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的办法；控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地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有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%。从这里看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械
11、手就是为实现这些工序的自动化而生产的。自上世纪六十年代，机械手被实现为一种产品后，对它的开发应用也在不断发展，最典型的发展是生产者将此产品大量应用于卫生行业（全自动生化分析仪），从而实现了卫生检验中急需短时间、大量样品数据的要求，但在卫生领域的机械手因采用样品品单一酶试剂显色法，且采用滤光片结构设计，造成试剂价格昂贵，限制了产品市场的发展。 随着技术的进步，机械手的设计已经实破了单一试剂、加热及滤光片的束缚。比如美国 OI 公司的产品，可针对单一项目，次序加 4 种试剂，加热温度也提高到 50 ，检测器则采用二极管陈列技术，这些进步为新领域的应用提供了强大支持。有专家估计未来10 年，全自动流
12、动分析仪的市场份额中，将有 50 被全自动化学分析机械手取代。 通过了解上述两类产品的技术特点我们不难看出，机械手具有微升级试剂消耗，不受模板束缚，分析中不同检测项目可穿插完成，可完成研发性波长扫描优化检测条件，用户可自行设计新的检测项目，体积小，甚至可做现场快速分析等特点。 由此也不难看出，以前流动分析中不适合的用户群，如样品检测单一种类少而样品量多的情况，为机械手的应用提供了可能性。对卫生行业的快速分析中，也因新型机械手的设计特点而使取代昂贵的试剂，降低分析成本成为可能。机械手不能完全取代流动分析产品一个重要的理由是：一些特殊样品处理技术不能在线实现，如萃取、高温蒸馏，需要离线进行，相信随
13、着技术的进步，这些方面的技术也会提高。正如一句广告语所讲的“没有最好，只有更好” 。且现代化的注塑机常常配置有机械手，以提高生产效率。注塑机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。注塑机械手是为注塑生产自动化专门配备的机械，它可以在减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产；提高注塑成型机的生产效率、稳定产品质量、降低废品率、降低生产成本、增强企业的竞争力等方面起到及其重要的作用。随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。近20年来，气动技术的应用领域迅速拓
14、宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。 从各国的行业统计资料来看，近30多年来，气动行业发展很快。20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为9:1，而30多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达到
15、6:4，甚至接近5:5。我国的气动行业起步较晚，但发展较快。从20世纪80年代中期开始，气动元件产值的年递增率达20%以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。 由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作”。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和
16、化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运
17、送到指定目标位置。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN气缸。气动机械手用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装；用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。如酒、油漆灌装气动机械手；自动加盖、安装和拧紧气动机械手，牛奶盒装箱气动机械手等。此外，气动系统、气动机械手被广泛应用于制药与医疗器械上。如：气动自动调节病床，Robodoc机器人，da Vinci外科手术机器人等。第2章PLC的简介2.1PLC的产生 1968年美国通用汽车公司（GM）招标要求:软连接代替硬接线;维护方便;可靠性高于继电器控制柜;体积小于继电器控制柜;成本低于继电器控制柜;有数据通讯功能;输
18、入115V;可在恶劣环境下工作;扩展时，原系统变更要少;用户程序存储容量可扩展到4K 。核心思想：用程序代替硬接线，输入/输出电平可与外部装置直接相联，结构易于扩展 ，这是PLC的雏形。 1969年美国DEC公司研制出世界上第一台PLC（PDP-14），并在GM公司汽车生产线上应用成功 。2.2 PLC的定义和特点2.2.1PLC的定义可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业
19、现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示
20、，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。美国电气协会制造商协会NEMA和国际电工委员会IEC对可编程控制器分别作了定义：可编程控制器是一种专门用于工业环境的、以开关量逻辑控制为主的自动控制装置。它具有存储控制程序的存储器，能够按照控制程序，将输入的开关量（或模拟量）进行逻辑运算、定时、计数和算术运算等处理后，以开关量（或模拟量）的形式输出，控制各种类型的机械或生产过程。早期的可编程控制器，主要用于开关量逻辑控制，所以称为可编程逻辑控制器，简称PLC，后来随着计算机计术不断发展，其功能已不仅限于开关逻辑控制，所以被称之为可编程控制器PC，但这很容易和个人计算
21、机PC相混淆，因此，一般仍把PLC作为可编程控制器的简称。2.2.2PLC的特点可编程控制器之所以能够得到迅速发展和广泛应用，主要是由于它具有以下特点：（1） 可靠性高，抗干扰能力强 用软件实现大量的开关量逻辑运算，克服了因继电器触点接触不良而造成的故障；输入采用直流低电压，更加可靠、安全；面向工业环境设计，采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施，适应各种恶劣的工作环境，远远地超过了传统的继电器控制系统和一般的计算机控制系统。(2) 编程简单，易于掌握 PLC采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似，具有直观、简单、容易掌握等优点。（3） 功能完善，灵活方便 随着PLC技术的不断发展，其
22、功能更加完善，不仅具有开关量逻辑控制功能和步进、计算功能，而且还具有模拟量处理、温度控制、位置控制、网络通信等功能。既可以单机使用、也可联网运行，既可集中控制、也可分布控制或者集散控制。而且在运行过程中，可随时修改控制逻辑，增减系统的功能。（4） 体积小、质量轻、功耗低 由于采用了单片机等集成芯片，体积小、质量轻、机构经凑、功耗低。2.3PLC的组成与分类2.3.1PLC的组成PLC的构成： PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如图1所示：图2.1 PLC的硬件系
23、统结构PLC的各组成元素的构成及功能：1、CPU的构成及功能-CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。2、I/O模块- PLC与电气回路的接口，是通
24、过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O种类有开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等。3、内存-内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。不同机型的PLC期内存大小也不尽相同，除主机单元的已有的内存区外，大部分机型还可根据用户具体需要加以扩展。4、电源模块-PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或
25、110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。 5、底板或机架-大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。6、PLC系统的其它设备-i) 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编写程序、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。某些PLC也配有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。ii) 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广
26、泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面也非常普及。iii)输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。7、PLC的通信联网-依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 PLC的通信，还未实现互操作性，I
27、EC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先,网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议和机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。2.3.2PLC的分类通常PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。（1）按结构形式分类 按结构形式不同，可分为整体式和模块式两类。整体式的PLC是将电源、CPU、存储器、输入/输出单元等各个功能部件集成在一个
28、机壳内，从而具有结构经凑、体积小、价格低等优点，许多小型PLC多采用这种机构。模块式的PLC将各个功能部件做成独立模块，如电源模块、CPU模块、I/O模块等，然后进行组合。（2）按控制规模分类 按控制规模大小，可分为小型、中型和大型PLC三种类型。 1）小型PLC。 型PLC的I/O点数在256点以下，存储容量在2K步以内，其中输入输出点数小于64点的PLC又称为超小型或微型PLC，具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能。 2）中型PLC。 中型PLC的开关量I/O点数通常在2562048点之间，用户程序存储器的容量为28KB，除具有小型机的功能外，还具有较强的模拟量I/O、数
29、字计算、过程参数调节，如比例、积分、微分（PID）调节、数据传送与比较、数制转换、中断控制、远程I/O及通信联网功能。 3）大型PLC。 大型PLC也称为高档PLC，I/O点数在2048点以上，用户程序存储容量在8K以上，其中I/O点数大于8192点的又称为超大型PLC，除具有中型机的功能外，还具有较强的数据处理、模拟调节、特殊功能函数运算、监视、记录、打印等功能，以及强大的通信联网、中断控制、智能控制和远程控制等功能。2.4PLC的工作原理与应用2.4.1PLC的工作原理PLC的工作原理：PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存
30、于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。2.4.2PLC的应用目前，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。 1、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
31、书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2、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。 3、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
32、制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4、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。PID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。 5、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
33、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；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6、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。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。第3章PLC控制方案分析3.1PLC的选取由于市场的需求和西门子PLC的广泛应用所以我选取的是S7-200.我们对其进行简要说明：S7-200系列是一类可编程逻辑控制器（
34、Micro PLC）。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要，下图展示一台S7-200 Micro PLC的 CPU22*系列PLC的CPU外型图如图2，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。S7-200 CPU模块包括一个中央处理器单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。图3.1 S7-200 CPU1）CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制。2）输入和输出是系统的控制
35、点：输入部分从现场设备（例如传感器或开关）中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及工业过程中的其他设备。3）电源向CPU及其所连接的任何模块提供电力。4）通讯端口允许将S7-200CPU同编程器或一些设备连接起来。5）状态信号灯显示了CPU的工作模式（运行或停止），本机的I/O的当前状态，以及检查出来的系统错误。6）通过扩展模块可以增加CPU的I/O点数（CPU221不可以扩展）。7）通过扩展模块可以提供其通讯功能。8）一些CPU具有内置实时时钟，其他CPU需要实时时钟卡。9）EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序传送到另一个CPU中。10）通过可选的插入式电池盒可延长R
36、AM中的数据存储时间。 图3展示了一个基本的S7-200 Micro PLC.它包括一个S7-200 CPU 模块,一台个人计算机(PC),STEP 7-Micro/win32(3.1版)编程软件,以及一条通讯电缆.为了使用个人计算机(PC),你必须以下一种设备:一条PC/PPI 电缆；一个通讯处理器(PC)和多点接口(MPI)电缆；一块MPI卡,随MPI卡提供一根通讯电缆。图3.2 S7-200 Micro PLC 系统的组成PLC模块的选择：采用CPU224的主机和输出扩展模块EM222简要介绍对扩展模块的选取：S7-200PLC的I/O扩展模块有：1. 输入扩展模块EM221: 共有3种
37、产品，即8点和16点DC、8点AC。2. 输出扩展模块EM222：共有5种产品，即8点DC和4点DC、8点AC、8点继电器和4点继电器。3. 输入/输出混合模块EM223：共有6种产品。其中DC输入/DC输出的有3种，DC输入/继电器输出的有三种，它们对应的输入/输出点数分别为4点、8点和16点。4. 模拟量输入扩展模块EM231。5. 模拟量输出扩展模块EM232。6. 模拟量输入/输出扩展模块EM235。3.2系统的整体设计分析整个系统由操控面板来完成整个机械手的的操作，工件通过光电开光进行检测。机械手的各个动作由汽缸驱动，而汽缸由相应的电磁阀控制。机械手的全部动作由PLC控制完成。第4章
38、机械手的简介4.1机械手的定义MECHANICAL HAND 也被称为自动手，AUTO HAND能模仿人手和臂的某些动作功能，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。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出了第一台机械手。4.2机械手的组成机械手简述:机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。1执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂
39、、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。2传动系统执行机构的动作要由传动系统来实现。传动系统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。3.控制系统机械手控制系统的主要作用是控
40、制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。4.3机械手的分类机械手的种类，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。4.4机械手的应用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
41、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。另外，机械手在锻造工业中的应用不仅能进一步发展锻造设备的生产能力，而且还能改善热、累等劳动条件。第5章设计内容5.1机械结构与控制要求图中为一个将工件由一处传送到另一处的机械手，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，它的工作过程如图所示
42、，有八个动作且运行方式分为单步，单周期，连续三种模式。即为： 原位 下降 夹紧 上升 右移 左移 上升 放松 下降 图4.1机械手工作过程5.2系统硬件设计5.2.1输入输出地址分配和外围接线图1.输入/输出点地址分配输入点： 输出点：启动按钮 SB1 I0.0 原始位开关 HL Q0.5停止按钮 SB2 I0.5 抓球电磁铁 YV2 Q0.1下限为开关 SQ1 I0.1 下行接触器 YV1 Q0.0上限位开关 SQ2 I0.2 上行接触器 YV3 Q0.2右限位开关 SQ3 I0.3 右行接触器 YV4 Q0.3左限位开关 SQ4 I0.4 左行接触器 YV5 Q0.42.PLC外围接线图如
43、图4:图5.1 PLC外围接线图YV1、YV2、YV3、YV4、YV5、HL分别接主机的输出点Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5；SB1、SB2分别接主机的输入点I0.0、I0.5；SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别接主机的输入点I0.1、I0.2、I0.3、I0.4。5.2.2机械手工作示意图、功能图与梯形图1工作示意图图5.2机械手工作示意图2功能图3梯形图（见附录1）4语句表（见附录2）第6章相关设备与系统调试6.1系统调试系统调试分模拟调试和联机调试。硬件部分的模拟调试可在断开主电路的情况下，主要试一试手动控制部分的可靠性。软件部分的模拟调试可借助于模拟开关和P
44、LC输出端的指示灯进行。需要模拟量信号I/O时，可用电位器和万用表进行。调试时，可利用上述外部设备模拟各种现场开关和传感器的状态，然后观察PLC的输出逻辑是否正确。如果有错误则修改程序后反复调试。现在PLC的主流产品都可在PC上编程，并可在PC上进行模拟调试。连机调试时，可把编制好的程序下载到现场的PLC中。有时PLC也许只有一台，这时就要把PLC安装到控制柜相应的位置上。调试时一定要先将主电路断开，只对控制电路进行连机调试。通过现场连机调试信号的接入常常会发现软硬件中的问题，有时厂家对某些控制功能进行改造，反复调试后，控制系统才能交付使用。6.2程序的运行与调试机械手PLC控制系统程序编写完
45、成后，通过手编程器或在PC计算机编好程序后写入到PLC存储器中。编好程序首先要对照步进流程图进行校对、修改、补充后，然后再进行室内模拟调试。把机械手的各限位开关、气动电磁阀负载，在模拟板上用信号灯代替。运行程序时，要观察是否符合预计的动作要求，发现错误立即修改和调整程序，直到满足工艺流程要求。室内模拟调试完成后，把程序固化在PLC中，可以进入现场实际运行调试阶段。这时先不带负载，只带上驱动电磁阀的线圈，而与之连接的机械负载则脱开，再连上必要的指示信号灯，即空载运行调试。在空载运行调试阶段时，可以按运行方式如回原点、点动、手动操作、单周期运行等逐步进行，最后进行连续运转调试。在调试运行中，可借助
46、于步进流程图，判断故障原因与部位，随时查清原因，及时采取修改程序或接线等措施予以排除。如果运行正常了，则可以进入带负载运行调试阶段。将各电磁阀连接上机械负载，并通过操作按钮按机械手工艺顺序，手动运行各机械部份看动作是否正常，如上升、下降、左移、右移、夹紧动作顺序，有无机械位置干涉等现象。如有机械干涉可通过调整各个接近开关的安装位置等措施解决，还可以通过调节其距离来控制机械手动作的范围。经仔细调整一切正常后，就可以启动PLC进行自动运转。但在自动运转阶段时，必须密切注意观察机械手各部件动作，如有异常立即按紧急停止按钮停车检查。最后再进行考机运行，一般连续运行72小时以上，以考核电气及机械运行是否
47、稳定可靠，如遇干扰一般要采取以下措施来解决如：检查PLC控制柜、气动电磁阀等接地是否良好（一定要分别接地）；清查接线看强弱电信号线有无分开敷设；在PLC输入通道加接硬件滤波（如阻容滤波）或改变软件数字滤波时间常数；在感性负载两端加阻容吸收回路或加接防浪涌反向二极管电路等。通过对机械手PLC控制系统的室内模拟调试和现场带负载运行调试工作，我深切体会到以上调试原则和步骤的重要性，往往遇到问题按学过的知识和方法去处理就能顺利解决了。第7章设计总结通过这次机械手设计让我知道了现代企业在完成自动化控制中离不开PLC的控制，它可以使企业在生产的同时减少劳动力和生产成本。目前我国很多地区的企业整个生产设备还比较落后且大部分工序都是通过人工来完成的，而机械手成本比较低且操作简单很适合中小企业的
