三菱FX plc 機(jī)械手課程設(shè)計

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1、 《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》 課程設(shè)計說明書 題 目 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 機(jī)械工程 　系 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) 0805班 10號 學(xué)生姓名 彭交清 . 指導(dǎo)教師 伍新 吳晨曦 . 完成日期 2011年11月23日 . 湖南工程學(xué)院機(jī)械工程系 湖南工程學(xué)院

2、課程設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目： 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 姓名 系別 機(jī)械工程 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計 班級 08級 學(xué)號 指導(dǎo)老師 伍 新 吳晨曦 教研室主任 陳小異 一、設(shè)計要求及任務(wù) 1．設(shè)計要求 （1）用PLC進(jìn)行控制； （2）自動循環(huán)工作方式； （3）有必要的連鎖保護(hù)。 2．設(shè)計任務(wù) （1）繪制工作流程框圖或順序功能圖； （2）繪制PLC的硬

3、件接線圖； （3）相關(guān)元器件的計算與選型，制定元器件明細(xì)表； （4）編寫全程序梯形圖或指令表，并通過調(diào)試； （5）編寫設(shè)計說明書。 二、進(jìn)度安排及完成時間 1．設(shè)計時間：兩周，2011年11月 13日至2011年11月25日。 2．進(jìn)度安排 第12周：布置設(shè)計任務(wù)，查閱資料，熟悉設(shè)計要求及任務(wù)，軟硬件設(shè)計。 第13周：調(diào)試程序，整理資料，撰寫設(shè)計說明書，答辯，交設(shè)計作業(yè)。（打印稿及電子文檔）。 目 錄 摘要……………………………………………………………………………………1 一．引言…………………………………………………………

4、……………………2 二．機(jī)械手的工作原理……………………………………………………………8 （一）機(jī)械手的概述…………………………………………………………8 （二）機(jī)械手的工作方式……………………………………………………………8三．機(jī)械手控制的硬件設(shè)計……………………………………………………10 （一）輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖……………………………………… 10四.控制程序…………………………………………………………………… 11 （一）通用部分梯形圖設(shè)計………………………………………………………11 （二）手動操作梯形圖…………………

5、………………………………………11 （三）返回原位流程圖…………………………………………………………12 （四）返回原位梯形圖………………………………………………………13 （五）“自動”狀態(tài)梯形圖………………………………………………………13 （六）“自動”狀態(tài)流程圖………………………………………………………15 （七） 搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖及指令表…………………………………16 五．總結(jié)與評價…………………………………………………………20 六．致謝…………………………………………………………………………21 參考文獻(xiàn)……………………………………………

6、………………………………22 摘要:伴隨著機(jī)電一體化在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，機(jī)械設(shè)備的自動控制成分顯得越來越重要，由于某些工作環(huán)境如高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強(qiáng)度。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù),它能部分地代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配從而大大改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率。本設(shè)計采用三菱Q系列PLC作為控制機(jī)對工業(yè)機(jī)械手進(jìn)行控制及監(jiān)控。 關(guān)鍵詞：可編

7、程控制器PLC;機(jī)械手;伺服馬達(dá) 一、 引言 1.1可編程控制器PLC，它是20世紀(jì)70年代以來，在集成電路、計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于它具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方面以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動化控制的各個領(lǐng)域，并已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化得支柱產(chǎn)品。近年來，國內(nèi)在PLC技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面發(fā)展很快，除有許多從國外引進(jìn)的設(shè)備、自動化生產(chǎn)線，國產(chǎn)的機(jī)床設(shè)備已越來越多地采用PLC控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)。與繼電-接觸器系統(tǒng)相比更

8、加可靠；占位空間更小；價格上與繼電-接觸器控制系統(tǒng)能形成競爭；易于在現(xiàn)場變更程序；便于使用、維護(hù)、維修；能直接推動電磁閥、接觸器與之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央執(zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。 本課題在對一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動機(jī)和液壓缸組成的工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，將PLC應(yīng)用于其控制系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。根據(jù)該機(jī)械手的工作特點(diǎn)，采用步進(jìn)順序控制方式，是程序簡化，便于調(diào)試。將PC與PLC組成分布式控制系統(tǒng)，進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信，工作人員可在上位機(jī)上編程、監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，實時地對現(xiàn)場參數(shù)進(jìn)行修改、調(diào)整，使系統(tǒng)工作與最佳狀態(tài)。搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡況在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的

9、機(jī)械化、自動化已成為突出的主題。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5％。從這里可看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。機(jī)械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，

10、廣泛應(yīng)用于柔性自動線。國內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門中機(jī)搬運(yùn)械手主要應(yīng)用于以下幾方面： （1）熱加工方面的應(yīng)用 熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。 （2）冷加工方面的應(yīng)用 冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機(jī)加工時的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應(yīng)用，成為機(jī)床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。 （3）拆修裝方面 拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的

11、部門之一，促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門，已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機(jī)械手，可用以對客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。近些年，隨著計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來越多的應(yīng)用，工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動生產(chǎn)率的重要因素。 1.2機(jī)械手的應(yīng)用意義 在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下： （1）可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度,應(yīng)用機(jī)械手有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化程

12、度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。 （2）可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 （3）可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)。應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，

13、在自動化機(jī)床和綜合加工自動生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。 綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢。1.3.3機(jī)械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢。 1.3機(jī)械手的發(fā)展概況 專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項技術(shù)

14、的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地擴(kuò)大。早在40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。50～60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特(Unimate)機(jī)械手即屬于這種類型。60～70年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。80-90年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時期，尤其是日本。90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上

15、有較大的應(yīng)用。90年代以后，隨著計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。總之，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代：第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manuf

16、acturing Cell)中重要一環(huán)。 1.4機(jī)械手的發(fā)展趨勢 目前國內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、 性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此，國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計制造，又便于改

17、換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機(jī)械手，并考慮于計算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在國外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如

18、位置發(fā)生稍些偏差時，即能更正，并自行檢測，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計算機(jī)。工作時，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機(jī)械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，達(dá)到自動調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到1995年，全世界約有50%的汽車由機(jī)

19、械手裝配?，F(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 1.5 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用 （1）可編程序控制器的應(yīng)用和發(fā)展概況 可編程序控制器（programmable controller），現(xiàn)在一般簡稱為PLC（programmable logic controller），它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。在可編程序控制器

20、問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對象改變時，原有的接線刻控制盤（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差 （2）PLC的應(yīng)用概況 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴(kuò)大，對于而今的PLC幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來PLC的性價比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。 按PLC的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個方面。 （1

21、）用于邏輯控制 這是PLC最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動電梯控制等。 （2）用于模擬量控制 PLC通過模擬量I/O模塊，可實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對模擬量控制。 （3）用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制 現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC）及計算機(jī)控制（CNC）緊密結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)字控制。 （4）用于工業(yè)機(jī)器人控制 （5）用于多層分布式控制系統(tǒng) 高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布

22、式控制系統(tǒng)或工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。 1.5 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用 （1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動、機(jī)械振動、溫度變化等中可靠地工作，PLC的平均無故障間隔時間高，日本三菱公司的F1系列PLC平均無故障時間間隔長達(dá)30萬h，這是一般微機(jī)所不能比擬的。 （2）. 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng)由于PLC是采用軟件編程來實現(xiàn)控制功能，對同一控制對象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。 （3）. 編程簡單、使用、維護(hù)方便 （4）. 組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣PLC既可用于開關(guān)量的控制又

23、可用于模擬量的控制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此，PLC應(yīng)用范圍很廣。 （5）. 體積小、重量輕、功耗低 PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時功耗也很低，空載功耗約1.2KW。 5.PLC在機(jī)械手中的應(yīng)用 機(jī)械手通常應(yīng)用于動作復(fù)雜的場合來代替人的反復(fù)的操作，從而節(jié)省人的勞動，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經(jīng)常被應(yīng)用于動作簡單的電氣及流水線控制，而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng);控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng);編程簡單、使用、維護(hù)方便;組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣; 體積小、重量輕、功耗低等有點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于

24、類似機(jī)械手的控制動作復(fù)雜的場合，本設(shè)計正是以PLC控制為基礎(chǔ)從而實現(xiàn)機(jī)械手的各種動。 二、機(jī)械手的工作原理 （一）機(jī)械手的概述 機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力

25、量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如： （1）機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。 （2）在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。 （3）可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。 （4）在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運(yùn)等。 （5）宇宙及海洋的開發(fā)。 （6）軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗。 （二）機(jī)械手的工作方式 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操作方式。工作方式的選

26、擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當(dāng)旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現(xiàn)。以下是設(shè)計該機(jī)械手控制程序的步驟和方法。 1本次課程設(shè)計的機(jī)械手用于車間生產(chǎn)線上工件的自動搬運(yùn)，根據(jù)對機(jī)械手的工藝過程及控制要求分析，機(jī)械手的動作過程如下圖所示： 圖1 機(jī)械手的動作周期 如圖所示機(jī)械手能實現(xiàn)手動、回復(fù)位、單步、單周期和連續(xù)等五種工作方式。手動工作方式時，用各按鈕的點(diǎn)動實現(xiàn)相應(yīng)的動作；回復(fù)位工作方式時，按下“回復(fù)位”按鈕，則機(jī)械手自動返回原位；單步工作方式時，每按一次起動按

27、鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一步；選擇單周期工作方式時，每按一次起動按鈕，機(jī)械手只運(yùn)行一個周期就停下；連續(xù)工作方式時，機(jī)械手向前執(zhí)行一步；只要按下起動按鈕，機(jī)械手就會連續(xù)循環(huán)動作，直到按下停止按鈕，機(jī)械手才會最后運(yùn)行到原位并停下；而在傳送工件的過程中，機(jī)械手必須升到最高位置才能左右移動，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時碰到其它工件。 圖2 機(jī)械手傳送示意及操作動作傳送圖 圖3 機(jī)械手傳送示意及操作動作執(zhí)行圖 三、機(jī)械手控制的硬件設(shè)計 （一）輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖 表1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表 輸入觸點(diǎn) 功能 輸入觸點(diǎn) 功能 輸入觸點(diǎn) 功

28、能 輸出觸點(diǎn) 功能 X1-SQ2 左限位 X10 手動 X16 啟動 Y0 上升 X2-SQ2 右限位 X11 回原點(diǎn) X17 停止 Y1 下降 X4-SQ2 上限位 X12 單步 X20 夾緊 Y2 右行 X5-SQ2 下限位 X13 單周期 X21 松開 Y3 左行 　 　 X14 連續(xù) X22 上升 Y4 夾緊/放松 　 　 　 　 X23 下降 　 　 　 　 　 　 X24 右行 　 　 　 　 　 　 X25 左行 　 　 表1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)

29、輸入和輸出點(diǎn)分配表 圖4 機(jī)械手硬件控制連線圖 四、控制程序 （一）通用部分梯形圖設(shè)計 公用程序用于自動程序和手動程序相互切換處理。左限位開關(guān)X1、上線位開關(guān)X4的常開觸點(diǎn)和表示夾緊裝置松開的Y4的常閉觸點(diǎn)組成的串聯(lián)電路接通時，“遠(yuǎn)點(diǎn)條件”輔助繼電器M5變?yōu)镺N。 當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài)（M5為ON），在開始執(zhí)行用戶程序（M8002為ON）、系統(tǒng)處于手動狀態(tài)或回原點(diǎn)狀態(tài)（X10或X11為ON）時，初始步對應(yīng)的M0將被置位，為進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式工作方式作好準(zhǔn)備。如果此時M5為OFF狀態(tài)，M0將被復(fù)位，初始步為不活動步，進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式工作

30、后按啟動按鈕也不會轉(zhuǎn)換到下一步，因此禁止了單步、單周期和連續(xù)工作方式的運(yùn)行。 系統(tǒng)處于手動工作方式時，必須將除初始步以外的各步對應(yīng)的輔助繼電器（M20~M27）復(fù)位。在非連續(xù)方式，將表示連續(xù)工作狀態(tài)的M7復(fù)位。否則當(dāng)系統(tǒng)從自動方式切換到手動方式，然后又返回自動方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤的動作。 （二） 手動操作梯形圖 1.手動操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方式來設(shè)計梯形圖?！笆謩硬僮鲿r”按下放松按鈕時，機(jī)械手卡抓松開，當(dāng)松開放松按鈕時，機(jī)械手卡爪在液壓缸作用下自動加緊并保持；按下上升按鈕，上升輸出Y000保持接通；按下下降按鈕，Y

31、001保持接通；在上限位按下右行按鈕，右行輸出Y002接通，至行程開關(guān)SQ2閉合。手動操作梯形圖設(shè)置有互鎖，只有在小車處于左限位（即X001閉合）或右限位（即X002閉合）時機(jī)械手的上升下降動作才能進(jìn)行，只有當(dāng)機(jī)械手處于下限位（即X005接通）機(jī)械手的加緊放松動作才可以手動控制；為了安全，同一個電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)線圈不能同時接通，設(shè)計中設(shè)計了自鎖開關(guān)，防止線圈同時接通造成的短路。故手動操作時梯形圖如圖所示： 手動操作梯形圖 從梯形圖可以看出，用上限位開關(guān)X4為ON作為手動左行和右行的條件，禁止機(jī)械手在較低的位置水平運(yùn)動 （三）.返回原位流程圖? 在“返回原位”狀態(tài)下，“夾緊”與

32、“下降”動作應(yīng)被停止，上限位未動作時，應(yīng)進(jìn)行“上升”；上限位動作時，“右行”動作應(yīng)停止，并左行至左限位位置。故返回原位梯形圖如圖所示： （四）. 返回原位梯形圖? 在“返回原位”狀態(tài)下，“夾緊”與“下降”動作應(yīng)被停止，上限位未動作時，應(yīng)進(jìn)行“上升”；上限位動作時，“右行”動作應(yīng)停止，并左行至左限位位置。故返回原位梯形圖如圖所示： 返回原位梯形圖 （五）.“自動”狀態(tài)梯形圖? 自動程序里面有單步與非單步、單周期與連續(xù)的區(qū)分，工作于單步的時，X12的常閉觸點(diǎn)斷開，這時M6為OFF不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換：在連續(xù)工作方式，X14為ON，按下啟動按

33、鈕X16，連續(xù)標(biāo)志M7變?yōu)镺N并鎖存。在單周期工作方式，因為X14為OFF,M7不會變?yōu)镺N。程序流程圖如下： (六)“自動”狀態(tài)流程圖 （七）搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖及指令表： 搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖 五．總結(jié)與評價 機(jī)械手的控制對于很多場合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其基本動作要求類似，所以控制的實現(xiàn)也可以相互借鑒。對于

34、控制程序的編寫，這里給出的只是一種實現(xiàn)手段，使用可編程控制器還有其他的方法可以實現(xiàn)這樣的控制，針對所用的具體系統(tǒng)的情況，設(shè)計人員可以選用不同的方法來編寫程序。機(jī)械手高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度，以及簡單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，機(jī)械手的使用也將越來越廣泛。 六．致謝 在這四年中我學(xué)到了許多專業(yè)知識，提高了理論與實踐相結(jié)合的能力，提高了自學(xué)能力，這都得感謝老師的細(xì)心教導(dǎo)和培養(yǎng)，在此，我向給予我教育和幫助的老師說聲謝謝。在校期間所學(xué)到的東西應(yīng)該對我以后工作和生活有很大幫助。 經(jīng)過兩個星期

35、的努力我終于完成了這個課程設(shè)計，PLC課程是我們的主要課程，自從接觸了這門課程我便對她產(chǎn)生了濃厚的興趣。 本課程設(shè)計雖然凝聚著我們這組所有人的汗水，但卻不是僅僅是我們組員智慧的產(chǎn)品，沒有老師的指引和贈予，沒有其他組同學(xué)和朋友的幫助和支持，我們的課程設(shè)計也不會完成。當(dāng)我打完課程設(shè)計的最后一個字符，涌上心頭的不是長途跋涉后抵達(dá)終點(diǎn)的欣喜，而是源自心底的誠摯謝意。 回首這兩個星期來的設(shè)計過程，可以說是收獲良多，也付出了不少心力。它檢驗了我對PLC這門課程的掌握程度，通過老師們和同學(xué)們的幫助今天我們的課程設(shè)計終于做完了。雖然在課程設(shè)計中遇到很多困難，但在做的過程中我真正掌握和領(lǐng)會了各項知識。面對問

36、題仔細(xì)揣摩，查閱各方文件資料，也得到老師和同學(xué)的幫助。 我首先要感謝我們的指導(dǎo)老師伍新老師和吳晨曦老師，他們不僅治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而且為人師表，堪稱良師益友，教給我們的不僅是知識還有待人處世的積極態(tài)度，在此表示衷心的感謝。 我還要感謝其他帶課程設(shè)計的老師在本次設(shè)計中給予我們幫助和指導(dǎo)！也感謝對本次設(shè)計提供幫助的人。 參考文獻(xiàn) [1]廖常初：FX系列PLC編程及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)工程出版社2005.4 [2] 金偉正等：基于非接觸式IC卡、考勤機(jī)的研究[J]，武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2001。 [3] 馬秀麗等：一種非接觸式射頻卡、基站讀寫電路的設(shè)計與應(yīng)用

37、[J]，金卡工程，2003。 [4] 鄔依林等：基于非接觸式IC卡收費(fèi)機(jī)的設(shè)計[J]。廣東教育學(xué)院學(xué)報，2OO4。 [5].何立民：單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，北京，北京航空航天大學(xué)出版社,1995。 [6] 周航慈：單片機(jī)程序設(shè)計技術(shù)，北京，北京航空航天大學(xué)出版社.1992。 [7] 沈宇超等：射頻識別技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀，電子技術(shù)應(yīng)用，1999。 [8] 汪建主編：MCS一96系列單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M]，武漢：華中科技大學(xué)出版社(第2版)，2004。 [9] 沈宇超等：射頻識別技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀[J]，電子技術(shù)應(yīng)用，1999。 [10] 李琚門：感應(yīng)式IC卡系統(tǒng)及其應(yīng)用[J]，電子產(chǎn)品世界，2000。