組合機(jī)床上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)的

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1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 組合機(jī)床上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Control System Design for Loading and Unloading Manipulator in Modular Machine Tool畢業(yè)設(shè)計(jì)論文中文摘要組合機(jī)床上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要:在機(jī)械制造業(yè)中,機(jī)械手己被廣泛應(yīng)用,大大地改善了工人的勞動(dòng)條件,顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,加快了實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能,用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。本文介紹了一種組合機(jī)床上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。本文的機(jī)械手由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng),選擇用PLC進(jìn)行控

2、制。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是運(yùn)行平穩(wěn),壽命長(zhǎng)；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；布置較靈活。PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)；配套齊全,功能完善,適用性強(qiáng)；易學(xué)易用,深受工程技術(shù)人員歡迎；建造工作量小,維護(hù)方便,容易改造；體積小重量輕,能耗低。本文選定拖動(dòng)方案為液壓傳動(dòng),對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析,介紹了本題所用的液壓系統(tǒng)的組成,擬定了液壓原理圖。運(yùn)用了FX系列可編程序控制器PLC對(duì)上下料機(jī)械手進(jìn)行控制,根據(jù)工藝流程和控制要求,選定了控制方案,編寫(xiě)了I/O地址表和控制程序,畫(huà)出了系統(tǒng)的主電路圖和梯形圖,并編寫(xiě)了語(yǔ)句表。通過(guò)本次的設(shè)計(jì),我對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)有了更深層的了解,為以后這方面的工

3、作與學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:機(jī)械手,液壓缸,可編程序控制器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文外文摘要Control System Design for Loading and Unloading Manipulator in Modular Machine ToolAbstract: In mechanical manufacturing industry,manipulator has been applied extensively so that the labor condition of worker has been greatly improved,labor productivity rais

4、ed notably,the step of industrial production mechanization and automation realized rapidly. The mechanical hand, is also called from begins, auto hand can imitate the manpower and arms certain holding function, with by presses the fixed routine to capture, the transporting thing OR operation tools a

5、utomatic operation installment.The paper introduces a loading and un loading manipalutor in modular machine tool. The mechnical hand of this paper driven by hydraulic system,select and control withPLC.Hydraulic system characteristics:smoothly,long life;realize automation easily;layout flexibly.PLC c

6、haracteristics:reliability is high,antijamming ability;necessary complete,the function is perfect,serviceable;easy to study to use,the depth is welcome the engineers and technicians;easy to study easily to use,the depth is welcome the engineers and technicians;the devolume is small,the weight is lig

7、ht,the energy consumption is low.The paper selects the scheme of pulling to analyze the characteristic of the hydraulic transmission as hydraulic transmission,introduce the hydraulic and systematic composition that the subject under discussion uses, provide the hydraulic principle picture. The paper

8、 illustrates that the control of the upper and lower material by means of the PLC ,According to the technological process and control request, select the scheme of controlling, write I/O address form and control procedure, draw the sub wiring diagram of end of main circuit diagram and ladder diagram

9、,and write statement table.Through this design,I get a deeper understanding of hydraulic transmission system and PLC control system,and lay a good foundation for study and work.Key word: manipulator,hydraulic cylinder,PLC1 緒論在工業(yè)生產(chǎn)線中,機(jī)械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個(gè)指定的位置進(jìn)行裝配。機(jī)

10、械手臂代替了人土的繁雜勞動(dòng),并且操作精度高,提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。1.1 課題簡(jiǎn)介1.1.1 機(jī)械手概述圖1-1 自動(dòng)上下料機(jī)械手機(jī)械手的組成:能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能,用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。如圖1-1它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化,能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全,因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕上和原子能等部門(mén)。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件的部件,根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式,如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)

11、規(guī)定的動(dòng)作,改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式,稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體,需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多,機(jī)械手的靈活性越大,通用性越廣在工業(yè)生產(chǎn)線中,機(jī)械手具有很廣泛的用途。它是工作抓取和裝配系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它的基本作用是從指定位置抓取工件運(yùn)送到另一個(gè)指定的位置進(jìn)行裝配。機(jī)械手臂代替了人土的繁雜勞動(dòng),并且操作精度高,提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械手的組成:能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能,用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化,能在有害

12、環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全,因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕上和原子能等部門(mén)。1.1.2 國(guó)外機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 目前工業(yè)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面,無(wú)論數(shù)量、品種和性能方而還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 在國(guó)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用圍,重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方而的機(jī)械手,以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,改善作業(yè)條件,在應(yīng)用專(zhuān)用機(jī)械手的同時(shí),相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手,有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件,如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類(lèi)型的加緊機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu),所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類(lèi)型的基加緊機(jī)構(gòu),即可組成不同用途的

13、機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造,有便于更換上件,擴(kuò)大應(yīng)用圍。同時(shí)要提高速度,減少?zèng)_擊,正確定位,以便更好的發(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(jué)、視覺(jué)等性能的機(jī)械手,并考慮與計(jì)算機(jī)連用,逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。 在國(guó)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、橫鍛壓力機(jī)的上下料,以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè),它可按照事先指定的作業(yè)程序來(lái)完成規(guī)定的操作。 此外,國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力,能反饋外界條件的變化,作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí),即能更正井自行檢測(cè),重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。目前

14、已經(jīng)取得一定成績(jī)。 視覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào),然后送給計(jì)算機(jī),以便分析物體的種類(lèi)、大小、顏色和位置,并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 觸覺(jué)功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺(jué)反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作,通過(guò)安裝在手指的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺(jué)作用,然后伸向前方,抓住工件。手的抓力大小通過(guò)裝在手指的敏感元件來(lái)控制,達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊?隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。 更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(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)。1.1.3 基本工

15、作過(guò)程如圖為機(jī)械手運(yùn)動(dòng)圖,機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程：手臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手臂下降手臂右行手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)夾緊工件手臂左行手臂上升手臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手腕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)松開(kāi)工件回原點(diǎn)手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手臂左行手臂上升手臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)1.3 課題的意義1.3.1 PLC的特點(diǎn)：1.可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)2應(yīng)用靈活3功能完善,適用性強(qiáng)4易于安裝、調(diào)試、維修5體積小、質(zhì)量小、能耗低1.3.2 液壓控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1 液壓元件的布置不受?chē)?yán)格的空間位置限制,系統(tǒng)中各部分用管道連接,布局安裝有很大的靈活性,能構(gòu)成用其他方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。2 可以在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)大圍的無(wú)級(jí)調(diào)速。3 液壓傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn),易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向

16、。4 操作控制方便、省力,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、中遠(yuǎn)程距離控制、過(guò)載保護(hù)。5 液壓元件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化程度較高,有利于縮短機(jī)器的設(shè)計(jì)、制造周期和降低制造成本。1.4 方案的確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案選擇驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按照動(dòng)力源分為液壓、氣壓和電動(dòng)三大類(lèi),根據(jù)需要,也可以將這三種基本類(lèi)型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。液壓驅(qū)動(dòng) 液壓技術(shù)比較成熟,具有動(dòng)力大、力慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn),適用于承載能力大、慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的機(jī)械手。氣壓驅(qū)動(dòng) 具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便價(jià)格低等特點(diǎn),適用于中小負(fù)載的系統(tǒng)中。難于實(shí)現(xiàn)伺服控制,多用于程序控制的機(jī)械手中,在上下料和沖壓機(jī)械手中應(yīng)用較多。電動(dòng)

17、驅(qū)動(dòng) 隨著低慣量、直流伺服電機(jī)及配套的伺服驅(qū)動(dòng)器的廣泛采用,這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被大量選用。本課題為上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì),故用液壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)是最合理的選擇,能夠滿足機(jī)械手靈活運(yùn)動(dòng),順利完成物料的上下搬運(yùn)。電氣控制系統(tǒng)的選擇三菱FX系列PLC價(jià)錢(qián)便宜,性能好,編程方便,容易學(xué)習(xí)。本課題是研究機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),機(jī)械手輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)不多,工作流程較簡(jiǎn)單,選擇三菱FX系列的PLC足以滿足設(shè)計(jì)要求,比起西門(mén)子等其他高端可編程控制器,性價(jià)比更高。2 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介機(jī)械手的液壓傳動(dòng)是以有壓力的油液作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油,是將電動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)

18、過(guò)管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸,推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng),從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動(dòng),將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。手臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)所能克服的摩擦阻力大小,以及夾持式手部夾緊工件時(shí)所需保持的握力大小,均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。手臂做各種運(yùn)動(dòng)的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。這種借助于運(yùn)動(dòng)著的壓力油的容積變化來(lái)傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱為容積式液壓傳動(dòng),機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動(dòng)。2.2液壓系統(tǒng)的組成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成： 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油,將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能,用這壓力油驅(qū)動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。 液動(dòng)機(jī) 壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)外工作部

19、分。手臂做直線運(yùn)動(dòng),液動(dòng)機(jī)就是手臂伸縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)一般叫作油馬達(dá),回轉(zhuǎn)角小于360的液動(dòng)機(jī),一般叫作回轉(zhuǎn)油缸或稱擺動(dòng)油缸。 控制調(diào)節(jié)裝置 各種閥類(lèi),如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等,各起一定作用,使機(jī)械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運(yùn)動(dòng)。2.3 液壓系統(tǒng)原理它是由兩個(gè)大小不同的液缸組成的,在液缸里充滿水或油。充水的叫水壓機(jī)；充油的稱油壓機(jī)。兩個(gè)液缸里各有一個(gè)可以滑動(dòng)的活塞,如果在小活塞上加一定值的壓力,根據(jù)帕斯卡定律,小活塞將這一壓力通過(guò)液體的壓力傳遞給大活塞,將大活塞頂上去。設(shè)小活塞的橫截面積是S1,加在小活塞上的向下的壓力是F1。于是,小活塞對(duì)液體的

20、壓強(qiáng)為P=F1/SI,能夠大小不變地被液體向各個(gè)方向傳遞。大活塞所受到的壓強(qiáng)必然也等于P。若大活塞的橫截面積是S2,壓強(qiáng)P在大活塞上所產(chǎn)生的向上的壓力F2=PxS2,截面積是小活塞橫截面積的倍數(shù)。從上式知,在小活塞上加一較小的力,則在大活塞上會(huì)得到很大的力,為此用液壓機(jī)來(lái)壓制膠合板、榨油、提取重物、鍛壓鋼材等。2.4 液壓系統(tǒng)的工況分析機(jī)械手的自動(dòng)工作循環(huán)是由控制線路控制液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖2-1是一次工作進(jìn)給液壓系統(tǒng)圖,工作循環(huán)包括快進(jìn)、工進(jìn)、快退,可以完成機(jī)械手的機(jī)座旋轉(zhuǎn),腰部升降,手臂伸縮,手腕旋轉(zhuǎn),手爪夾緊等運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)上下料的目的。整個(gè)過(guò)程由plc系統(tǒng)控制,可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)

21、3種循環(huán)方式。圖2-1液壓工藝控制裝置要求2.5 機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路 機(jī)械手的液壓系統(tǒng),根據(jù)機(jī)械手自由度的多少,液壓系統(tǒng)可繁可簡(jiǎn),但是總不外乎由一些基本控制回路組成。這些基本控制回路具有各種功能,如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動(dòng)的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動(dòng)等。2.5.1壓力控制回路 卸荷回路的作用和方法：在機(jī)械手各油缸不工作時(shí)或短時(shí)間不工作時(shí),油泵電機(jī)又不停止工作的情況下,為減少油泵的功率損耗,節(jié)省動(dòng)力,降低系統(tǒng)的發(fā)熱,使油泵在低負(fù)荷下工作。因?yàn)楸玫妮敵龉β实扔趬毫土髁康某朔e,因此卸載的方法有兩種,一種是將泵的出口直接接回油箱,泵在零壓或接近零壓下工作；一種是使泵在零流量或接近

22、零流量下工作。前者稱為壓力卸載,后者稱為流量卸載。此機(jī)械手采用二位二通電磁閥控制先導(dǎo)型溢流閥的卸載回路。當(dāng)先導(dǎo)型溢流閥通過(guò)二位二通電磁閥接通油箱時(shí),泵輸出地油液以很低的壓力經(jīng)溢流閥回油箱,實(shí)現(xiàn)卸載。圖2-3 卸荷回路 平衡回路的功能在于使執(zhí)行元件的回游路上保持一定的背壓值,以平衡重力負(fù)載,使之不會(huì)因自重而自行下落。本設(shè)計(jì)采用單向順序閥的平衡回路,調(diào)整順序閥,使其開(kāi)啟壓力與液壓缸下腔作用面積的乘積稍微大于垂直運(yùn)動(dòng)部件的重力?；钊滦袝r(shí),由于回油路上存在一定背壓支承重力負(fù)載,活塞將平穩(wěn)下落；換向閥處于中位,活塞停止運(yùn)動(dòng),不再繼續(xù)下行。此處的順序閥又被稱作平衡閥。在這種平衡回路中,順序閥調(diào)整壓力調(diào)定

23、后,若工作負(fù)載變小,系統(tǒng)的功率損失將增大。又由于滑閥結(jié)構(gòu)的順序閥和換向閥存在泄漏,活塞不可能長(zhǎng)時(shí)間停在任意位置,故這種回路適用于工作負(fù)載固定且活塞閉鎖要求不高的場(chǎng)合。速度控制回路 速度控制回路是討論液壓執(zhí)行元件速度的調(diào)節(jié)和變換的問(wèn)題。單向節(jié)流閥見(jiàn)圖2-4是簡(jiǎn)易的流量控制閥,在定量泵液壓系統(tǒng)中,節(jié)流閥和溢流閥配合,可組成三種節(jié)流調(diào)速系統(tǒng),即進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)、回油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)和旁路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。節(jié)流閥沒(méi)有流量負(fù)反饋功能,不能補(bǔ)償由負(fù)載變化所造成的速度不穩(wěn)定,一般僅用于負(fù)載變化不大或?qū)λ俣确€(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。圖2-4 方向控制回路1換向回路在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中,為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向和接通

24、或關(guān)閉油路,通常采用二位二通、二位三通、二位四通、三位四通電磁閥和電液動(dòng)滑閥,由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào),控制電磁鐵操縱閥芯換向,使油缸及油馬達(dá)的油路換向,實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這里選用二位四通如圖2-5b、三位四通如圖2-5a的換向閥。二位閥智能使執(zhí)行元件正反向運(yùn)動(dòng),而三位有中位,不同中位滑閥機(jī)能可使系統(tǒng)獲得不同性能。 a 圖2-5 方向控制回路2鎖緊回路鎖緊回路的功能是通過(guò)切斷執(zhí)行元件的進(jìn)油、出油通道來(lái)使停在任意位置,并防止停止運(yùn)動(dòng)后因外界因素而發(fā)生竄動(dòng)。本設(shè)計(jì)采用的是在液壓缸兩側(cè)油路上都串聯(lián)一液控單向閥形成互鎖,活塞可以在行程的任何位置上長(zhǎng)期鎖緊,不會(huì)因外界原因而竄動(dòng)。2.6 擬定液壓

25、傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖圖2-6為機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。它由液壓油通過(guò)過(guò)濾器,液壓泵,溢流閥,壓力繼電器,進(jìn)入各并聯(lián)液路上的電磁閥,以控制液壓缸和手部動(dòng)作。圖2-2 機(jī)械手液壓原理圖1.油箱 2.過(guò)濾器 3.液壓泵 4.三位四通電磁換向閥 5.二位四通電磁換向閥 6.單向節(jié)流閥 7.液壓馬達(dá) 8.行程開(kāi)關(guān) 9.溢流閥 10.背壓閥液壓系統(tǒng)說(shuō)明如下：元件設(shè)計(jì)說(shuō)明：在機(jī)械手工作中,立柱升降頻繁,為了節(jié)省能量,減少系統(tǒng)發(fā)熱,故選用雙聯(lián)齒輪泵,其中一個(gè)為小流量泵,另一個(gè)為大流量泵。設(shè)置過(guò)濾器,濾去油液中的雜質(zhì),防止油液的清潔,保證液壓系統(tǒng)正常工作。設(shè)置單向閥,防止系統(tǒng)的壓力沖擊,在泵不工作時(shí)防止系

26、統(tǒng)的油液倒流經(jīng)泵回油箱。設(shè)置溢流閥,保證系統(tǒng)壓力恒定,限制其最高壓力。設(shè)置換向閥,使油箱接通或切斷而改變油流的方向。設(shè)置調(diào)速閥,保持液流速度的穩(wěn)定。設(shè)置背壓閥,防止液壓缸突然失去負(fù)載向前沖。系統(tǒng)工作過(guò)程說(shuō)明：?jiǎn)?dòng) 按啟動(dòng)按鈕,電磁鐵全部處于失電狀態(tài),三位電磁閥處于中位。液壓泵啟動(dòng),從油箱1中抽油,通過(guò)過(guò)濾器2將油過(guò)濾,再經(jīng)過(guò)單向閥,油液進(jìn)入各電磁換向閥。手臂左旋轉(zhuǎn)時(shí),YA2得電油液經(jīng)過(guò)單向調(diào)速閥,液壓馬達(dá)左旋,當(dāng)碰到行程開(kāi)關(guān)SQ5時(shí),YA2失電油液封閉。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥液壓馬達(dá),回油路：液壓馬達(dá)單向調(diào)速閥油箱。右旋時(shí),YA3得電,換向閥換至右位,液壓馬達(dá)右旋,當(dāng)碰到SQ6行

27、程開(kāi)關(guān)停止旋轉(zhuǎn)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥液壓馬達(dá)?；赜吐罚阂簤厚R達(dá)單向調(diào)速閥油箱。手臂上升時(shí),YA6得電油液經(jīng)過(guò)單向調(diào)速閥,液壓活塞桿伸出上升,當(dāng)碰到行程開(kāi)關(guān)SQ3時(shí),YA6失電油液封閉,保持不動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥活塞液壓缸,回油路：活塞液壓缸背壓閥單向調(diào)速閥換向閥油箱。下降時(shí),YA7得電,換向閥換至右位,油液從右端進(jìn)入,液壓缸活塞桿收回,當(dāng)碰到SQ4行程開(kāi)關(guān)時(shí)液壓缸停止運(yùn)動(dòng)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥活塞液壓缸,回油路：活塞液壓缸單向調(diào)速閥換向閥油箱。手臂伸出時(shí),YA8得電,油液經(jīng)過(guò)單向調(diào)速閥,液壓活塞桿伸出,當(dāng)碰到行程開(kāi)關(guān)SQ2時(shí),YA8失電油

28、液封閉,保持不動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥單向調(diào)速閥活塞液壓缸。回油路：活塞液壓缸換向閥油箱。收縮時(shí),YA9得電,換向閥換至右位,油液從右端進(jìn)入,液壓缸活塞缸收縮,當(dāng)碰到SQ1行程開(kāi)關(guān)時(shí)液壓缸停止運(yùn)動(dòng)。進(jìn)油路：泵液控單向閥換向閥活塞液壓缸?；赜吐罚夯钊簤焊讍蜗蛘{(diào)速閥換向閥油箱。手腕左旋轉(zhuǎn)時(shí),YA4得電油液經(jīng)過(guò)單向調(diào)速閥,液壓旋轉(zhuǎn)缸左旋,當(dāng)碰到行程開(kāi)關(guān)SQ8時(shí),YA4失電油液封閉,保持不動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)油路,回油路同手臂回轉(zhuǎn)。右旋時(shí),YA5得電,油液從右端進(jìn)入,液壓旋轉(zhuǎn)缸右旋,當(dāng)碰到SQ7形成開(kāi)關(guān)停止旋轉(zhuǎn)。夾緊和松開(kāi)只有一個(gè)線圈的二位二通電磁閥經(jīng)由液壓系統(tǒng)完成驅(qū)動(dòng),線圈通電時(shí)工件被夾住,線圈斷

29、開(kāi)時(shí)工件被松開(kāi)。 2.7 液壓元件簡(jiǎn)介和選型2.7.1 液壓元件簡(jiǎn)介液壓元件分類(lèi)動(dòng)力元件：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。執(zhí)行元件-液壓缸：活塞液壓缸、柱塞液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、組合液壓缸。液壓馬達(dá)：齒輪式液壓馬達(dá)、葉片液壓馬達(dá)、柱塞液壓馬達(dá)。控制元件-方向控制閥：?jiǎn)蜗蜷y、換向閥。壓力控制閥：溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。流量控制閥：節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流閥。輔助元件：蓄能器、過(guò)濾器、冷卻器、加熱器、油管、管接頭、油箱、壓力計(jì)、流量計(jì)、密封裝置等。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)主要由：動(dòng)力元件油泵、執(zhí)行元件油缸或液壓馬達(dá)、控制元件各種閥、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。 1、動(dòng)力元件油泵它的

30、作用是把液體利用原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力部分。 2、執(zhí)行元件油缸、液壓馬達(dá)它是將液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其中,油缸做直線運(yùn)動(dòng),馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 3、控制元件包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據(jù)需要無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度,并對(duì)液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 4、輔助元件除上述三部分以外的其它元件,包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件主要包括:各種管接頭擴(kuò)口式、焊接式、卡套式,法蘭、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測(cè)壓接頭、管夾等及油箱等,它們同樣十分重要。 5、工作介質(zhì)工作介質(zhì)是指各類(lèi)液壓傳動(dòng)中的液壓油或乳化液,它經(jīng)過(guò)油泵和液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量

31、轉(zhuǎn)換。2.7.2 液壓元件的選型液壓缸參數(shù)的計(jì)算夾緊液壓缸的參數(shù)計(jì)算夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算手指加在工件上的夾緊力,是設(shè)計(jì)手部的主要依據(jù)。一般來(lái)說(shuō),需要克服工件重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的慣性力產(chǎn)生的載荷,以便工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。手指對(duì)工件的夾緊力可按公式計(jì)算：式中：K安全系數(shù),通常1.2-2.0;軸向力 av形手爪的開(kāi)合角工件和手爪間的摩擦系數(shù)計(jì)算：設(shè)K=1.5,=mg,=0.31根據(jù)公式,將已知條件帶入：2根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得：由于實(shí)際采用的液壓缸驅(qū)動(dòng)力大于計(jì)算,把手抓的機(jī)械效率考慮在,一般取=0.88-0.93取=0.91、液壓缸工作壓力的確定由資料取液壓缸工作壓力P=0.4MP

32、a2、液壓缸徑D和活塞桿直徑d的確定確定液壓缸的徑DF實(shí)際=預(yù)設(shè)活塞桿直徑d=0.5D,液壓缸工作壓力P=0.4M所以=0.0396根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓傳動(dòng)分冊(cè),選取液壓缸徑為：D=40mm,則活塞桿徑為d=40.5=20mm,選取d=18mm伸縮液壓缸的參數(shù)計(jì)算液壓缸徑和活塞桿直徑的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求,結(jié)合末端執(zhí)行器的尺寸,采用單活塞缸雙作用液壓缸,初定徑為,可得活塞桿直徑：圓整后,取活塞桿直徑d=18mm由液壓設(shè)計(jì)手冊(cè),取液壓缸工作壓力P=0.4MPa由公式：升降液壓缸的參數(shù)計(jì)算液壓缸徑和活塞桿直徑的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求,結(jié)合末端執(zhí)行器的尺寸以及升降液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸,采用但活塞桿雙作用液壓缸,初

33、定徑為可得活塞桿直徑圓整后,取活塞桿直徑d=32mm查手冊(cè)取液壓缸工作壓力p=0.4MPa由公式：計(jì)入載荷率就能保證液壓缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。若液壓缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高,且工作頻率高,其載荷率一般取,速度高時(shí)取小值,速度低時(shí)取大值。若液壓缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般,且工作頻率低,基本是勻速運(yùn)動(dòng),其載荷率可取。得F1=2198N,F2=1972.92N回轉(zhuǎn)液壓缸的參數(shù)計(jì)算設(shè)b=60mm,工作壓力p=4Mpa,d=50mm則由得m取液壓缸徑40mm液壓泵的選型由于回轉(zhuǎn)階段液壓缸工作壓力最大,若取進(jìn)油路總壓力損失,壓力繼電器可靠動(dòng)作需要壓力差,則液壓泵最高工作壓力可按式算出因此泵的額定壓力可取Pr升降時(shí)所需流量

34、最小是3L/min,設(shè)溢流閥最小溢流量為14.5L/min,則小流量泵的流量應(yīng)為,回轉(zhuǎn)時(shí)液壓缸所需的最大流量是129L/min,則泵的總流量為即大流量泵的流量。根據(jù)計(jì)算出的壓力和流量,可選用CBZ型的液壓泵：大泵的額定流量為125L/min,額定工作壓力2.5MPa;小泵的額定流量為18L/min,額定工作壓力2.5MPa,其消耗功率6.8KW,轉(zhuǎn)速為1450r/min。 電動(dòng)機(jī)的選擇查表選用J02-51-4型電機(jī),屬于籠型異步電動(dòng)機(jī),采用B級(jí)絕緣,外殼防護(hù)級(jí)為IP44,冷卻方式為I014即全封閉自扇冷卻,額定功率為7.5KW,額定電壓380v,額定功率50Hz,如表Y90S4電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)所示表

35、2-1 型號(hào)額定功率kw滿載時(shí)堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電流A轉(zhuǎn)速r/min效率%功率因素額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩J02-51-47.527140079078652222其它元件的選型表2-2 其它液壓元件的選型型號(hào)名稱數(shù)量DBDH6G10/1溢流閥1行程開(kāi)關(guān)8KF3E6L壓力表4QLA-L3單向節(jié)流閥5Q22DX-1二位三通電磁閥1Q25DC-3二位五通電磁閥4TK-10平衡閥1液壓泵1XU-1380-100過(guò)濾器1油箱13 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)31 電氣控制系統(tǒng)的拖動(dòng)控制要求機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)選用一臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)M拖動(dòng),32 主電路的設(shè)計(jì)與元件的選用設(shè)計(jì)過(guò)程選用組合開(kāi)關(guān)將三相電源引入,FU為電

36、動(dòng)機(jī)M的短路保護(hù)熔斷器,KR為M電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器,接觸器KM為M電動(dòng)機(jī)起動(dòng)用接觸器,并接地線保護(hù)電動(dòng)機(jī)。主電路元件的選用開(kāi)關(guān)選擇用組合開(kāi)關(guān),組合開(kāi)關(guān)主要是作為電源引入開(kāi)關(guān),它也可以啟停5KW以下的異步電動(dòng)機(jī),適合該電路的應(yīng)用。接觸器KM主要控制對(duì)象就是電動(dòng)機(jī),能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制,并具有欠電壓保護(hù)。熱繼電器KR是專(zhuān)門(mén)用來(lái)對(duì)連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載及斷相保護(hù),以防止電動(dòng)機(jī)過(guò)熱而燒毀的保護(hù)電器。熔斷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉的保護(hù)電器,廣泛用于電氣設(shè)備的短路保護(hù)。表3-1 機(jī)械手電氣元件表符號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量QF組合開(kāi)關(guān)HZ10-25/133極 55V 25A1KM交流接觸器CJ10-40

37、40A 線圈電壓127V1FU熔斷器RL1-15500V 熔體10A1KR熱繼電器JR10-10熱元件1號(hào) 額定電流19.9A13.3 PLC簡(jiǎn)介可編程控制器Programmable Logic Controller簡(jiǎn)稱PLC或PC,是從早期的繼電器邏輯控制 系統(tǒng)發(fā)展而來(lái),它不斷吸收微計(jì)算機(jī)技術(shù)使之功能不斷增強(qiáng),逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù) 。PLC之所以有生命力,在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的 能力、編程安裝使用簡(jiǎn)便、低價(jià)格長(zhǎng)壽命。比之單片機(jī),它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,不需添加太多的中間部件或需要更多的接口,這樣節(jié)省了用戶時(shí)間和成本。PLC的下端為繼電器、晶體管和

38、晶閘管等控制部件,而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。人們?cè)趹?yīng)用它時(shí),可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專(zhuān)門(mén)培訓(xùn),就能對(duì)可編程控制器進(jìn)行操作及編程。用來(lái)完成各種各樣的復(fù)雜程度不同的工業(yè)控制任務(wù)。PLC是應(yīng)用面很廣,發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動(dòng)化裝置,在工廠自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)占重要地位。今天的PLC功能,遠(yuǎn)不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。3.4 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.4.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法1. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)確定被控對(duì)象的工作原理,控制要求,動(dòng)作及動(dòng)作對(duì)象。2. I/O分配確定哪些信號(hào)是送到可編程控制器的,并分配給相應(yīng)的輸入端號(hào)；哪些信號(hào)是由可編程控制器送到被控對(duì)象的,并分配相應(yīng)的輸出端口。此外,對(duì)用

39、到的可編程序控制器部的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等也要進(jìn)行分配。可編程序控制器是通過(guò)編號(hào)來(lái)識(shí)別信號(hào)的。3. 畫(huà)梯形圖它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同,表達(dá)了系統(tǒng)中全部動(dòng)作的相互關(guān)系。如果使用圖形編輯器,則畫(huà)出梯形圖相當(dāng)于編制出了程序,可將梯形圖直接送入可編程序控制器。4 編制程序3.4.2 PLC控制系統(tǒng)的控制要求為了滿足生產(chǎn)需要,機(jī)械手應(yīng)設(shè)置手動(dòng)工作方式、單動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式。手動(dòng)工作方式便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和檢修,設(shè)置手動(dòng)工作方式。用按鈕對(duì)機(jī)械手每一動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行控制。2單動(dòng)工作方式從原點(diǎn)開(kāi)始,按照自動(dòng)工作循環(huán)的步序,每按下一次起動(dòng)按鈕,機(jī)械手完成一步的工作后,自動(dòng)停止。3自動(dòng)工作方式按下起動(dòng)按鈕

40、,機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始,按工序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)工作,直到按下停止按鈕,機(jī)械手在完成最后一個(gè)周期的動(dòng)作后,返回原點(diǎn)自動(dòng)停機(jī)。3.4.3 PLC的選型PLC的選型包括對(duì)PLC的機(jī)型,容量、I/O模塊、電源等的選擇。I/O點(diǎn)的計(jì)算根據(jù)工作流程可以了解到,該設(shè)計(jì)的PLC的輸入信號(hào)有22個(gè),均為開(kāi)關(guān)量。其中操作按鈕12個(gè),行程開(kāi)關(guān)8個(gè),自動(dòng)手動(dòng)選擇兩個(gè)占兩個(gè)輸入接點(diǎn)。該設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)有10個(gè),其中9個(gè)用于動(dòng)作輸出,一個(gè)用于指示燈的照明。也就是說(shuō),在該機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中統(tǒng)計(jì)的I/O點(diǎn)數(shù)為輸入點(diǎn)數(shù)22個(gè),輸出點(diǎn)數(shù)10個(gè)。通常I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要,在加上10%-15%

41、的裕度來(lái)確定的。PLC容量選擇用戶程序所需的存儲(chǔ)容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān),而且還與功能實(shí)現(xiàn)的方法、程序編寫(xiě)水平有關(guān)。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的程序員和一個(gè)初學(xué)者,在完成同一復(fù)雜功能時(shí),其程序量可能相差25%之多,所以對(duì)于初學(xué)者應(yīng)該在存儲(chǔ)容量估算時(shí)多留裕量。PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少,在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求,因此可在I/O點(diǎn)數(shù)確定的基礎(chǔ)上,按下式估算存儲(chǔ)容量后,再加20%-30%的裕量。存儲(chǔ)容量字節(jié)=開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)*10+模擬量I/O通道數(shù)*100。PLC機(jī)型的選擇PLC的選擇在PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)中十分關(guān)鍵,目前市場(chǎng)上的PLC種類(lèi)很多,選擇適合的PLC應(yīng)當(dāng)考慮一下幾點(diǎn)：功能、結(jié)構(gòu)要合理

42、對(duì)于以開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng),一般的低檔機(jī)就可以滿足需要。對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主,帶少量模擬控制的系統(tǒng),應(yīng)選擇帶A/D,D/A轉(zhuǎn)換,加減運(yùn)算,數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡蜋n機(jī)。對(duì)于控制復(fù)雜,控制性能較高的系統(tǒng),選擇中高檔的機(jī)器。規(guī)模要適當(dāng)要有足夠多的輸入輸出點(diǎn)數(shù),并留有一定的裕量。若只需要實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化,則可選用小型的PLC。若控制系統(tǒng)較大,輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多,則可選擇大中型的PLC.根據(jù)以上各項(xiàng)要求,再對(duì)照本機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求分析,可選用三菱公司FX系列FX2N-64MR。三菱FX系列FX2N-64MR PLC型號(hào)特性：1. 主機(jī)點(diǎn)數(shù)： 322. 最大I/O點(diǎn)數(shù)：256點(diǎn) 3. 程序容量：4K Steps

43、 4. 通訊端口：置RS-232與RS-485,兼容MODBUS ASCII / RTU通訊協(xié)議。 5. 高速脈沖輸出：支持2點(diǎn)獨(dú)立高速脈沖輸出功能,最高可達(dá)10kHz。 6. 置四點(diǎn)高速計(jì)數(shù)器：三菱FX2N-64MR系列PLC確定I/O分配表序號(hào)輸入代號(hào)功能序號(hào)輸出代號(hào)功能1X10SA方式選擇23Y1YA1夾緊2X1124Y2YA2機(jī)座順時(shí)針旋轉(zhuǎn)3X0SQ0機(jī)座順時(shí)針旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)25Y3YA3機(jī)座逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)4X1SQ1手臂左行開(kāi)關(guān)26Y4YA4手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)5X2SQ2手臂右行開(kāi)關(guān)27Y5YA5手腕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)6X3SQ3腰部上升開(kāi)關(guān)28Y6YA6腰部上升7X4SQ4腰部下降開(kāi)關(guān)29Y7YA7腰部

44、下降8X5SQ5手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)30Y9YA9手臂右行9X6SQ6手腕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)31Y10YA10手臂左行10X7SQ7機(jī)座逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)32Y11L1指示燈11X15SB1啟動(dòng)12X17SB2停止13X20SB3腰部上升按鈕14X21SB4腰部下降按鈕15X22SB5手臂右行按鈕16X23SB6手臂左行按鈕17X24SB7手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)按鈕18X25SB8手腕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)按鈕19X26SB9機(jī)座順時(shí)針旋轉(zhuǎn)按鈕20X27SB10機(jī)座逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)按鈕21X30SB11夾緊按鈕22X31SB12松開(kāi)按鈕3.5 擬定I/O接線圖根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目,選擇三菱公司的FX2N系列FX2N-64MR

45、,原理圖如圖所示。電磁鐵動(dòng)作順序表自動(dòng)電磁鐵機(jī)械手動(dòng)作YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9轉(zhuǎn)換指令手臂順轉(zhuǎn)-+-SQ0手臂下降-+-SQ4手臂右行-+-SQ2手臂順轉(zhuǎn)-+-SQ5夾緊+-SB11手臂左行+-+SQ1手臂上升+-+-SQ3手臂逆轉(zhuǎn)+-+-SQ7手腕逆轉(zhuǎn)+-+-SQ6松開(kāi)-SB12電磁鐵動(dòng)作順序表自動(dòng)返回原點(diǎn)電磁鐵機(jī)械手動(dòng)作YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA9YA10轉(zhuǎn)換指令手腕順轉(zhuǎn)-+-SQ5手臂左行-+SQ1手臂上升-+-SQ3手臂順轉(zhuǎn)-+-SQ5設(shè)計(jì)操作面板在操作時(shí),要完成5個(gè)動(dòng)作的手動(dòng)控制。為區(qū)分上述各種操作且便于編程,可設(shè)置相應(yīng)的開(kāi)關(guān)。這些開(kāi)

46、關(guān)集中安裝在操作面板上,設(shè)計(jì)的操作面板如圖所示。單周期操作：工作方式開(kāi)關(guān)打到單周期,按一次起動(dòng)鈕,自動(dòng)運(yùn)行一個(gè)周期。連續(xù)操作：工作方式開(kāi)關(guān)打到連續(xù)操作位,按一下起動(dòng)鈕后,機(jī)械完成最后一個(gè)周期的工作下去,知道按過(guò)停止鈕后,機(jī)械完成最后一個(gè)周期后停到原位。單步操作：工作方式開(kāi)關(guān)打到單操作方式,在加載開(kāi)關(guān)選定相應(yīng)的動(dòng)作后,就可用起動(dòng)/停止按鈕控制完成相應(yīng)的動(dòng)作。3.6 PLC控制程序設(shè)計(jì)梯形圖的設(shè)計(jì)STL指令簡(jiǎn)介步進(jìn)梯形指令簡(jiǎn)稱為STL指令,FX系列PLC還有一條使STL指令復(fù)位的RET指令。利用這兩條指令,可以很方便地編制順序控制梯形圖程序。STL指令使編程者可以生成流程和工作與順序功能圖非常接近

47、的程序。順序功能圖中的每一步對(duì)應(yīng)一小段程序,每一步與其它步是完成隔離開(kāi)的。使用者根據(jù)其使用要求將這些程序按一定的順序組合在一起,就可以完成控制任務(wù)。這種編程方法可以節(jié)約編程的時(shí)間,并能減少編程錯(cuò)誤。2STL指令編制的順序控制梯形圖程序的特點(diǎn) STL指令使編程者可以生成流程和工作與順序功能圖很接近的程序。 順序功能圖中的每一步對(duì)應(yīng)一小段程序,每一步與其他步是完全隔離開(kāi)的。 這種編程方法可以節(jié)約編程時(shí)間,并能減少編程錯(cuò)誤。3用FX系列PLC的狀態(tài)繼電器編制順序控制程序時(shí)的要求： 狀態(tài)繼電器應(yīng)與STL指令一起使用。 S0S9用于初始步,S10S19用于自動(dòng)返回原點(diǎn),S20S3071用于除此之外的其余

48、各步。5STL程序的特點(diǎn) 當(dāng)某一步為活動(dòng)步時(shí),對(duì)應(yīng)的STL觸點(diǎn)接通,它右邊的電路被處理,該步的負(fù)載線圈被驅(qū)動(dòng)。 某一STL觸點(diǎn)閉合后,當(dāng)該步后面的轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí),轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn),即后續(xù)步對(duì)應(yīng)的狀態(tài)繼電器被SET或OUT指令置位,后續(xù)步變?yōu)榛顒?dòng)步,同時(shí)與原活動(dòng)步對(duì)應(yīng)的狀態(tài)繼電器被系統(tǒng)程序自動(dòng)復(fù)位,原活動(dòng)步對(duì)應(yīng)的STL觸點(diǎn)斷開(kāi)。 STL程序區(qū)可以使用標(biāo)準(zhǔn)梯形圖的絕大多數(shù)指令和結(jié)構(gòu),包括應(yīng)用指令。 6STL程序的編制要求 在PLC由STOP切換到RUN狀態(tài)時(shí),應(yīng)當(dāng)用初始化脈沖M8002來(lái)將初始狀態(tài)繼電器置為ON,以便為后續(xù)步的活動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換作好準(zhǔn)備。 需要從某一步返回初始步時(shí),可以對(duì)初始步的狀態(tài)繼電器使用

49、OUT指令或SET指令。 在PLC由STOPRUN狀態(tài)時(shí),應(yīng)使用M8002的常開(kāi)觸點(diǎn)和區(qū)間復(fù)位指令ZRST來(lái)將除初始步以外的其余各步的狀態(tài)繼電器復(fù)位。1. 初始化程序FX系列PLC的狀態(tài)初始化指令I(lǐng)ST的功能指令編號(hào)為FNC60,它與STL指令一起使用,專(zhuān)門(mén)用來(lái)設(shè)置具有多種工作方式的控制系統(tǒng)的初始狀態(tài),和設(shè)置有關(guān)的特殊輔助繼電器的狀態(tài),可以簡(jiǎn)化復(fù)雜的順序控制程序的設(shè)計(jì)工作。IST指令只能使用一次,它應(yīng)放在程序開(kāi)始的地方,被它控制的STL電路應(yīng)放在它的后面。 機(jī)械手控制系統(tǒng)的順序功能圖和梯形圖如圖5-37所示。該系統(tǒng)的初始化程序用來(lái)設(shè)置初始狀態(tài)和原點(diǎn)位置條件。IST指令中的S20和S27用來(lái)指定

50、在自動(dòng)操作中用到的最低和最高的狀態(tài)繼電器的元件號(hào),IST中的源操作數(shù)可以取X、Y和M,圖5-37中IST指令的源操作數(shù)M30用來(lái)指定與工作方式有關(guān)的輔助繼電器的首元件,它實(shí)際上指定了M30M37具有以下的意義： M30：手動(dòng) M34：連續(xù)運(yùn)行 M31：回原點(diǎn) M35：回原點(diǎn)起動(dòng) M32：?jiǎn)尾竭\(yùn)行 M36：自動(dòng)操作起動(dòng)M33：?jiǎn)沃芷谶\(yùn)行 M37：停止 IST指令的執(zhí)行條件滿足時(shí),初始狀態(tài)繼電器S0S2和下列特殊輔助繼電器被自動(dòng)指定為以下功能,以后即使IST指令的執(zhí)行條件變?yōu)镺FF,這些元件的功能仍保持不變： M8040：禁止轉(zhuǎn)換M8041：轉(zhuǎn)換起動(dòng)M8042：起動(dòng)脈沖M8043：回原點(diǎn)完成M80

51、44：原點(diǎn)條件M8047：STL監(jiān)控有效S0：手動(dòng)操作的初始狀態(tài)繼電器S1：回原點(diǎn)操作的初始狀態(tài)繼電器S2：自動(dòng)操作的初始狀態(tài)繼電器 如果改變了當(dāng)前選擇的工作方式,在回原點(diǎn)完成標(biāo)志M8043變?yōu)镺N之前,所有的輸出繼電器將變?yōu)镺FF。手動(dòng)程序手動(dòng)操作時(shí)用X20X27、X30、X31對(duì)應(yīng)的10個(gè)按鈕控制夾緊和松開(kāi)、機(jī)械手的升、降、右行、左行、旋轉(zhuǎn)。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行,在手動(dòng)程序程序中設(shè)置了必要的聯(lián)鎖,例如手臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)之間、手臂上升與下降之間的互鎖,以防止功能相反的兩個(gè)輸出繼電器同時(shí)為ON。手臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),手臂上升、下降,手臂右行、左行按鈕

52、與機(jī)械手移動(dòng)的Y2-Y10的線圈串聯(lián),以防止因機(jī)械手運(yùn)行超限出現(xiàn)事故。自動(dòng)返回原點(diǎn)程序自動(dòng)返回原點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖所示,當(dāng)原點(diǎn)條件滿足時(shí),特殊輔助繼電器M8044原點(diǎn)條件為ON。自動(dòng)返回原點(diǎn)結(jié)束后,用SET指令將M8043回原點(diǎn)完成置為ON,并用RST指令將回原點(diǎn)順序功能圖中的最后一步S16復(fù)位,返回原點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的步使用S10-S19。S10執(zhí)行置位指令,使S1步轉(zhuǎn)換到S10步,S10步變?yōu)镺N并自鎖,Y2執(zhí)行復(fù)位指令并執(zhí)行Y3,即機(jī)座逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),此時(shí)X7常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,S11線圈得電,轉(zhuǎn)換到S11步；S11步變?yōu)镺N并自鎖,Y4執(zhí)行復(fù)位指令并執(zhí)行Y5,即手腕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),此時(shí)X6常開(kāi)觸點(diǎn)閉合

53、,S12線圈得電,轉(zhuǎn)換到S12步；S12步變?yōu)镺N并自鎖,Y7執(zhí)行復(fù)位指令并執(zhí)行Y6,即腰部上升,此時(shí)X3常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,S13線圈得電,轉(zhuǎn)換到S13步；S13步變?yōu)镺N并自鎖,Y1執(zhí)行復(fù)位指令并執(zhí)行Y10,即手臂左行,此時(shí)X1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,S14線圈得電,轉(zhuǎn)換到S14步；S14步變?yōu)镺N并自鎖,置位回原點(diǎn)完成,松開(kāi)。自動(dòng)程序用STL指令設(shè)計(jì)的自動(dòng)程序的梯形圖如圖所示,特殊輔助繼電器M8041和M8044是從自動(dòng)程序的初始步S2轉(zhuǎn)換到下一步S20的轉(zhuǎn)換條件。使用IST指令后,系統(tǒng)的手動(dòng)、自動(dòng)、單周期、單步、連續(xù)和回原點(diǎn)這幾種工作方式的切換是系統(tǒng)程序自動(dòng)完成的,但是必須按照前述的規(guī)定,安排IST指

54、令中指定的控制工作方式用的輔助繼電器M30-M37和輸入繼電器X10-X17的元件號(hào)順序。通過(guò)特殊輔助繼電器M8041和M8044,使初始步S2轉(zhuǎn)換到下一步S20,限位開(kāi)關(guān)X0閉合,機(jī)座順時(shí)針旋轉(zhuǎn),接著限位開(kāi)關(guān)X0斷開(kāi),S21執(zhí)行置位指令,由S20轉(zhuǎn)換到S21; 限位開(kāi)關(guān)X4閉合,腰部下降,接著限位開(kāi)關(guān)X4斷開(kāi),S22執(zhí)行置位指令,由S21轉(zhuǎn)換到S22; 限位開(kāi)關(guān)X2閉合,手臂右行,接著限位開(kāi)關(guān)X2斷開(kāi),S23執(zhí)行置位指令,由S22轉(zhuǎn)換到S23; 限位開(kāi)關(guān)X5閉合,手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn),接著限位開(kāi)關(guān)X5斷開(kāi),S24執(zhí)行置位指令,由S23轉(zhuǎn)換到S24;Y1執(zhí)行置位指令,夾緊工件,T1為時(shí)間繼電器,此動(dòng)

55、作持續(xù)5秒,之后時(shí)間繼電器T1斷開(kāi),轉(zhuǎn)換到S25；限位開(kāi)關(guān)X1閉合,手臂左行,接著限位開(kāi)關(guān)X1斷開(kāi),S26執(zhí)行置位指令,由S25轉(zhuǎn)換到S26; 限位開(kāi)關(guān)X3閉合,腰部上升,接著限位開(kāi)關(guān)X3斷開(kāi),S27執(zhí)行置位指令,由S26轉(zhuǎn)換到S27; 限位開(kāi)關(guān)X7閉合,機(jī)座逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),接著限位開(kāi)關(guān)X7斷開(kāi),S28執(zhí)行置位指令,由S27轉(zhuǎn)換到S28; 限位開(kāi)關(guān)X4閉合,腰部下降,接著限位開(kāi)關(guān)X4斷開(kāi),S29執(zhí)行置位指令,由S28轉(zhuǎn)換到S29; 限位開(kāi)關(guān)X2閉合,手臂右行,接著限位開(kāi)關(guān)X2斷開(kāi),S30執(zhí)行置位指令,由S29轉(zhuǎn)換到S30; 限位開(kāi)關(guān)X6閉合,手腕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),接著限位開(kāi)關(guān)X6斷開(kāi),S31執(zhí)行置位指令

56、,由S30轉(zhuǎn)換到S31; Y1執(zhí)行復(fù)位指令,松開(kāi)工件,T2為時(shí)間繼電器,此動(dòng)作持續(xù)5秒,之后時(shí)間繼電器T2斷開(kāi),轉(zhuǎn)換到S32；限位開(kāi)關(guān)X5閉合,手腕順時(shí)針旋轉(zhuǎn),接著限位開(kāi)關(guān)X5斷開(kāi),S32執(zhí)行置位指令,由S32轉(zhuǎn)換到S33; 限位開(kāi)關(guān)X1閉合,手臂左行,接著限位開(kāi)關(guān)X1斷開(kāi),S34執(zhí)行置位指令,由S33轉(zhuǎn)換到S34; 限位開(kāi)關(guān)X3閉合,腰部上升,接著限位開(kāi)關(guān)X3斷開(kāi),S35執(zhí)行置位指令,由S34轉(zhuǎn)換到S35; 限位開(kāi)關(guān)X0閉合,機(jī)座順時(shí)針旋轉(zhuǎn),接著限位開(kāi)關(guān)X0斷開(kāi),轉(zhuǎn)換到S2,接著循環(huán)動(dòng)作。機(jī)械手PLC程序語(yǔ)句表程序語(yǔ)句表序號(hào)備注0LDX21ANDX102ANDX53ANDX34ANIY05O

57、UTM8004M8004:特殊繼電器6LDM8000M8000:特殊繼電器7ISTM30S20S27M30:手動(dòng)8LDS09LDX2410OUTY011LDX2512RSTY013LDX2214ANIX1115ANIY216LDX2317ANIX218ANIY119OUTY220LDX2021ANIX722ANIY423OUTY324LDX2125ANIX1026ANIY327OUTY428LDX1429ANIX530ANIY631OUTY532LDX1533ANIX634ANIX1035OUTY636LDX1637ANIX438ANIY1039OUTY740LDX1741ANIX342ANIY743OUTY1044手動(dòng)程序45