1、第一章 緒論21.1機(jī)械手的概述 21.2設(shè)計要求2第二章分析JS01工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的特點及工作原理32.1液壓系統(tǒng)的特點 32.2液壓系統(tǒng)的分析 42.3液壓系統(tǒng)工作原理 4第三章 PLC控制系統(tǒng)103.1可編程控制器簡介及應(yīng)用 103.2可編程控制器的特點 103.3繼電器-接觸器控制線路的設(shè)計 113.4繼電器一一接觸器控制線路 123.5 一些低壓電器的選擇 16第四章 可編程控制器PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 194.1可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 194.2可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計的步驟 19總結(jié)22參考文獻(xiàn)23機(jī)械手的概念和分類機(jī)械手，英文名mechanical hand是指能模仿

2、人手和臂的某些動作功能， 用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重 勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，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、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。 手部是用來抓持工件（或工具）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)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、 旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，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個自

3、由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計的關(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，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有26個自由度。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械 手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分 為點位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線 上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些 操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也 常稱為機(jī)械手。第一章 緒論1.1機(jī)械手的概述機(jī)械手是模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要

4、求實現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn) 和操作的自動裝置。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡 劣環(huán)境中，以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作中能代替人作業(yè)，因此獲得日益廣泛的 應(yīng)用。機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及檢測裝置三大部分組成，智 能機(jī)械手還具有感覺系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)多數(shù)采用電液（氣）機(jī)聯(lián)合傳動。1.2設(shè)計要求本節(jié)介紹的Js01工業(yè)機(jī)械手屬于圓柱坐標(biāo)式、全液壓驅(qū)動機(jī)械手，具有手臂 升降、伸縮、回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)四個自由度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)由手部、手腕、手臂伸 縮機(jī)構(gòu)、手臂升降機(jī)構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)定位裝置等組成，每 -部分均由液壓 缸驅(qū)動與控制。它完成的動作循環(huán)為：插定位銷一手臂前伸一

5、手指張開一手指夾緊抓料一手臂上升一手臂縮回一手 腕回轉(zhuǎn)180°-拔定位銷一手臂回 95°-插定位銷一手臂前伸一手臂中停（此時 主機(jī)的夾頭下降夾料）手指松開（此時主機(jī)夾頭夾著料上升）手指閉合手臂 縮回-手臂下降-手腕回轉(zhuǎn)復(fù)位-撥定位銷-手臂回轉(zhuǎn)夏位-待料，泵卸載。第二章 分析JS01工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的特點及工作原理JS01工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖如圖1所示。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作均由電控系統(tǒng)發(fā) 信號控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進(jìn)動作。電磁鐵動作順序見表1。手臂伸縮缸手臂回轉(zhuǎn)缸手指夾緊缸手腕回轉(zhuǎn)缸定位缸曰圖1 JS01工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)2.1液壓系統(tǒng)的特點該液壓系統(tǒng)的特點歸納如下

6、:1）系統(tǒng)采用了雙聯(lián)泵供油，額定壓力為 6.3MPa,手臂升降及伸縮時由兩個 泵同時供油，流量為（35+18） L/min，手臂及手腕回轉(zhuǎn)，手指松緊及定位缸工作 時，只由小流量泵2供油，大流量泵1自動卸載。由于定位缸和控制油路所需壓 力較低，在定位缸去路上串聯(lián)有減壓閥 8,使之獲得穩(wěn)定的1.51.8MPa壓力。2） 手臂的伸縮和升降采用單桿雙作用液壓缸驅(qū)動，手臂的伸出和升降速度分別由單向調(diào)整閥15、13和11實現(xiàn)回油節(jié)流調(diào)速；手臂及手腕的回轉(zhuǎn)由擺動液壓 缸驅(qū)動，其正反向運(yùn)動亦采用單向調(diào)速閥17和18、23和24回油節(jié)流調(diào)速。3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的定位和緩沖是機(jī)械手工作平穩(wěn)可靠的關(guān)鍵。 從提高生產(chǎn)率來說

7、, 希望機(jī)械手正常工作速度越快越好，但工作速度越高，啟動和停止時的慣性力就 越大，振動和沖擊就越大，這不僅會影響到機(jī)械手的定位精度，嚴(yán)重時還會損傷 機(jī)件。因此為達(dá)到機(jī)械手的定位精度和運(yùn)動平穩(wěn)性的要求，一般在定位前要采取 緩沖措施。該機(jī)械手手臂伸出、手腕回轉(zhuǎn)由死擋鐵定位保證精度，端點到達(dá)前發(fā)信號切 斷油路，滑行緩沖；手臂縮回和手臂上升由行程開關(guān)適時發(fā)信號，提前切斷油路 滑行緩沖并定位。此外，手臂伸縮缸和升降缸采用了電液換向閥換向，調(diào)節(jié)換向 時間，亦增加緩沖效果。由于手臂的回轉(zhuǎn)部分質(zhì)量圈套，轉(zhuǎn)速較高，運(yùn)動慣性矩 圈套，系統(tǒng)的手臂回轉(zhuǎn)缸除采用單向調(diào)速閥回油節(jié)流調(diào)速外，還在回油路上安裝 有行程和節(jié)流閥

8、19進(jìn)行減速緩沖，最后由定位缸插銷定位，滿足定位精度要求。4） 為使手指夾緊缸夾緊工件后不受系統(tǒng)壓力波動的影響，保證牢固地夾緊工 件，采用了液控單向閥21的鎖緊回路。5）手臂升降缸為立式液壓缸，為支承平衡手臂運(yùn)動部件的自重， 采用了單向 順序閥12的平衡回路。2.2液壓系統(tǒng)的分析JS01工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)電磁鐵、壓力繼電器動作順序表如表1所示。表1 JS01工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)電磁鐵、壓力繼電器動作順序表動作順序1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12YK26插銷定位+手臂前伸+手指張開+手指抓料+手臂上升+手臂縮回+手腕回轉(zhuǎn)+拔定位銷+手臂回轉(zhuǎn)+插定位銷+手臂前伸+手臂中停+手指張

9、開+手指閉合+手臂縮回+手臂下降+手腕反轉(zhuǎn)+拔定位銷+手臂反轉(zhuǎn)+待料卸載+2.3液壓系統(tǒng)工作原理1、插定位銷（1、12 '）按下油泵起動按鈕后，雙聯(lián)葉片泵 1、2同時供油，電磁鐵1Y、2Y帶電，油 液經(jīng)溢流閥3和4至油箱，機(jī)械手處于待料卸荷狀態(tài)。當(dāng)棒料到達(dá)待上料位置，啟動程序動作。電磁鐵1Y帶電，2丫不帶電，使泵1 繼續(xù)卸荷，而泵2停止卸荷，同時12Y通電，液壓油流入定位缸左腔，定位銷定 位。進(jìn)油路：泵2-單向閥6-減壓閥8-單向閥9一二位二通閥25 （右）一定位 缸左腔?；赜吐罚捍藭r，插定位銷以保證初始位置準(zhǔn)確。定位缸沒有回油路，它是依 靠彈簧復(fù)位的。2、手臂前伸（5 一 、12 &

10、#39;）插定位銷后，此支路系統(tǒng)油壓升高，使繼電器 K26發(fā)訊，接通電磁鐵5丫，泵 1和泵2經(jīng)相應(yīng)的單向閥匯流到電液換向閥 14左位，進(jìn)入手臂伸縮缸油腔。進(jìn)油路：泵1-單向閥5-三位四通電液換向閥14 （左）一手臂伸縮缸右腔 泵2-單向閥6-單向閥7-三位四通電液換向閥14（左）-手臂伸縮缸 右腔回油路：手臂伸縮缸左腔15的調(diào)速閥三位四通電液換向閥14 （左）油 箱3、手指張開（仁、9廠、12廠）手臂前伸至適當(dāng)位置，行程開關(guān)發(fā)訊，電磁鐵 1丫、9Y帶電，泵1卸載，泵2 供油，經(jīng)單向閥6,電磁閥20左位，進(jìn)入手指夾緊缸右腔。當(dāng)系統(tǒng)的液壓壓力到 了打開液控單向閥21后，油從左腔通過液控單向閥21及

11、電磁閥20左位進(jìn)入油箱。進(jìn)油路：泵2單向閥6電磁閥20 （左）手指夾緊缸右腔回油路：手指夾緊缸左腔液控單向閥 21 電磁閥20 （左）油箱4、手指抓料（仁、12）手指張開后，時間繼電器延時。待棒料由送料機(jī)構(gòu)送到手指區(qū)域時，繼電起 器發(fā)訊使9Y斷電，泵2的壓力油通過電磁閥20 （右位）進(jìn)入缸的左腔，使手指 夾緊棒料。進(jìn)油路：泵2單向閥6電磁閥20 （右）液控單向閥21手指夾緊缸左 腔回油路：手指夾緊缸右腔-電磁閥 20 （右）-油箱5、 手臂上升（、12）當(dāng)手指抓料后，手臂上升。此時，泵1和泵2同時供油通過電液換向閥10（左） 進(jìn)入手臂升降缸。進(jìn)油路：泵1單向閥5三位四通換向閥10 （左）11的

12、單向閥12的單 向閥-手臂升降缸下腔泵2單向閥6單向閥7電液換向閥10 （左）11的單向閥12 的單向閥手臂升降缸下腔回油路：手臂升降缸上腔13的調(diào)速閥三位四通換向閥10 （左）油箱 &手臂縮回（6- '、12）手臂上升至預(yù)定位置，碰行程開關(guān)，3Y斷電，電液換向閥10復(fù)位，6Y帶電。 泵1和泵2 一起供油至電液換向閥14右端，壓力油通過15的單向調(diào)速閥進(jìn)入伸 縮缸左腔，而右腔油液經(jīng)閥14右端回油箱。進(jìn)油路：泵1單向閥5電液換向閥14 （右）15的單向調(diào)速閥手臂伸 縮缸左腔泵2單向閥6單向閥7電液換向閥14 （右）15的單向調(diào)速 閥手臂伸縮缸左腔回油路：手臂伸縮缸右腔電液換向閥

13、14 （右）油箱7、手腕回轉(zhuǎn)（r 、10、12）當(dāng)手臂上的碰塊碰到行程開關(guān)時，6Y斷電，電液換向閥14復(fù)位，1Y、10Y 通電。此時，泵2單獨(dú)供油至電液換向閥22左端，通過24的單向閥進(jìn)入手腕回 轉(zhuǎn)油缸，使手腕回轉(zhuǎn)1；。進(jìn)油路：泵2單向閥6電液換向閥22 （左）24的單向閥手腕回轉(zhuǎn)缸 回油路：手腕回轉(zhuǎn)缸23的調(diào)速閥電液換向閥22 （左）油箱8、拔定位銷（1；）當(dāng)手腕上的碰塊碰到行程開關(guān)時，10Y、12Y斷電，電液換向閥22和二位二 通換向25復(fù)位，定位缸油液經(jīng)閥25左端回油箱，彈簧作用拔定位銷。進(jìn)油路：定位缸沒有進(jìn)油路，它是在彈簧作用下前進(jìn)的 回油路：定位缸左腔閥25 （左）油箱9、手臂回轉(zhuǎn)（

14、仁'、r 1）定位缸支路無油壓后，壓力繼電器 K26發(fā)訊，接通7Y。泵2的壓力油進(jìn)入閥6經(jīng)換向閥16左端通過單向調(diào)速閥18最后進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)缸，使手臂回轉(zhuǎn)一。 進(jìn)油路：泵2單向閥6換向閥16 （左）單向調(diào)速閥18手臂回轉(zhuǎn)缸 回油路：手臂回轉(zhuǎn)缸單向調(diào)速閥 17換向閥16 （左）行程節(jié)流閥19 油箱10、插定位銷（仁、12）當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)碰到行程開關(guān)時，7Y斷電，12Y重又通電，液壓油流入定位缸左 腔，定位銷定位。進(jìn)油路：泵2單向閥6減壓閥8單向閥9二位二通閥25 （右）定位 缸左腔。此時，插定位銷以保證初始位置準(zhǔn)確。定位缸沒有回油路，它是依靠彈簧復(fù)位的。11、手臂前伸（5、12一）插定位銷后，

15、此支路系統(tǒng)油壓升高，使繼電器 K26發(fā)訊，接通電磁鐵5丫，泵 1和泵2經(jīng)相應(yīng)的單向閥匯流到電液換向閥 14左位，進(jìn)入手臂伸縮缸油腔。進(jìn)油路：泵1單向閥5三位四通電液換向閥14 （左）手臂伸縮缸右腔 泵2單向閥6單向閥7三位四通電液換向閥14（左）手臂伸縮缸 右腔回油路：手臂伸縮缸左腔15的調(diào)速閥三位四通電液換向閥14 （左）油 箱12、手臂中停（ 12- ）當(dāng)手臂前伸碰到行程開關(guān)后，5Y斷電，伸縮缸停止動作，確保手臂將棒料送 到準(zhǔn)確位置處，“手臂中?！钡戎鳈C(jī)夾頭夾緊棒料，夾頭夾緊棒料后，時間繼電 器發(fā)訊。13、手指張開（仁、9、12）接到繼電器信號后，1Y、9Y通電，手指張開同3。并啟動時間繼

16、電器延時， 主機(jī)夾頭移走棒料后，繼電器發(fā)訊。14、手指閉合（仁、12 J）接繼電器信號，9Y斷電，手指閉合，泵2的壓力油通過電磁閥20 （右位）進(jìn) 入缸的左腔，使手指夾緊棒料。進(jìn)油路：泵2單向閥6電磁閥20 （右）液控單向閥21手指夾緊缸左 腔回油路：手指夾緊缸右腔電磁閥 20 （右）油箱15、手臂縮回（6一 、12廠）當(dāng)手指閉喝后，1Y斷電，使泵1和泵2 起供油，同時6Y通電，泵1和泵2 一起供油至電液換向閥14右端，壓力油通過15的單向調(diào)速閥進(jìn)入伸縮缸左腔， 而右腔油液經(jīng)閥14右端回油箱。進(jìn)油路：泵1單向閥5電液換向閥14 （右）15的單向調(diào)速閥手臂伸 縮缸左腔泵2單向閥6單向閥7電液換向

17、閥14 （右）15的單向調(diào)速 閥手臂伸縮缸左腔回油路：手臂伸縮缸右腔電液換向閥 14 （右）油箱16、手臂下降（4 、12-）手臂縮回碰到行程開關(guān)，6Y斷電，4Y通電。此時，電液換向閥10右端動作， 壓力油經(jīng)閥10和單向調(diào)速閥13進(jìn)入升降缸上腔。進(jìn)油路：泵1單向閥5閥10 （右）閥13手臂升降缸上腔 泵2閥6閥7T回油路：手臂升降缸下腔閥12閥11閥10 （右）油箱17、手腕反轉(zhuǎn)（ 仁、1仁、12 '）當(dāng)升降導(dǎo)套上的碰鐵碰到行程開關(guān)時，4Y斷電，1Y、11Y通電。泵2供油至 閥22右端，壓力油通過單向調(diào)速閥23進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)缸的另一腔，并使手腕 反轉(zhuǎn)丄-。進(jìn)油路：泵2閥6閥22 （右）單

18、向調(diào)速閥23手腕回轉(zhuǎn)缸 回油路：手腕回轉(zhuǎn)缸單向調(diào)速閥 24閥22 （右）油箱18、拔定位銷（仁）手腕反轉(zhuǎn)碰到行程開關(guān)后，11丫、12Y斷電。動作順序同 &19、手臂反轉(zhuǎn)（1： > 8：'）拔定位銷，壓力繼電器發(fā)信號，8Y接通。換向閥16右端動作，壓力油進(jìn)入 手臂回轉(zhuǎn)缸的另一腔，手臂反轉(zhuǎn)，機(jī)械手復(fù)位。進(jìn)油路：泵2閥6換向閥16 （右）f單向調(diào)速閥17手臂回轉(zhuǎn)缸回油路：手臂回轉(zhuǎn)缸f單向調(diào)速閥 18換向閥16 （右）行程節(jié)流閥19 油箱20、待料卸載（r、2）手臂反轉(zhuǎn)到位后，啟動行程開關(guān)，8Y斷電，2Y接通。此時，兩油泵同時卸荷。 機(jī)械手動作循環(huán)結(jié)束，等待下一個循環(huán)。機(jī)械手的動

19、作也可由微機(jī)程序控制，與相關(guān)主機(jī)聯(lián)為一體，其動作順序相同。第三章 PLC控制系統(tǒng)3.1可編程控制器簡介及應(yīng)用可編程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER PC。與個人計算機(jī)的 PC相區(qū)別，用PLC表示?？删幊炭刂破魇怯晌C(jī)控制的電子裝置，不僅能完成各種程序控制，而且還 有數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、操作顯示、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，在工業(yè)控制 當(dāng)中發(fā)揮著越來越大的作用。暫時可把它看作是繼電器、定時器和計數(shù)器的集合。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動 控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、 執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控

20、制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)， 專 為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行 邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模 擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè) 備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。在氣壓傳動系統(tǒng)中的控制部分經(jīng)常采用氣控和電控兩種控制方法。前者由氣 動邏輯元件、氣壓控制換向閥等組成；后者由電氣開關(guān)元件、各種繼電器、電磁 控制換向閥等組成。3.2可編程控制器的特點1）應(yīng)用靈活

21、不僅可以適應(yīng)大小不同、功能繁雜的控制要求，而且可以適應(yīng)各種工藝流程 經(jīng)常變更的場合。由于它的邏輯功能與控制要求是通過軟件來完成的，從而縮短 了開發(fā)周期，現(xiàn)場安裝與接線簡便，可以按積木方式擴(kuò)充和刪減其規(guī)模。2）簡單易學(xué)，操作方便PLC繼承了傳統(tǒng)繼電器控制理論，采用電氣操作人員習(xí)慣的梯形圖式編程方 法,能方便的讀懂和編寫、修改應(yīng)用程序。另外PC帶有比較完善的監(jiān)視和診斷功 能，對其內(nèi)部工作狀態(tài)、I/O點狀態(tài)和異常現(xiàn)象均有醒目的顯示，因此操作人員 可以及時準(zhǔn)確了解和排除故障。3）功能齊全PLC不僅有邏輯運(yùn)算功能，而且還有定時計數(shù)功能、四則運(yùn)算、比較、跳轉(zhuǎn) 和強(qiáng)制輸入輸出狀態(tài)等功能。增加智能接口后，還具

22、有處理模擬量等功能。4）穩(wěn)定可靠PLC可以適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。耐熱、防潮、抗震等性能也 很好。5）PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維護(hù)方便由于PLC已實現(xiàn)了產(chǎn)品系列化、標(biāo)注化和通用化，用 PLC組成控制系統(tǒng)在 設(shè) 計、安裝、和維修等方面，表現(xiàn)了明顯的優(yōu)越性。設(shè)計部門能在規(guī)格繁多、 品種齊全的系列化PLC產(chǎn)品中，精選他們所需的類型，使選定的 PLC具有較高的 性能價格比。6）體積小、重量輕、功耗低由于PLC是將微電子技術(shù)運(yùn)用于工業(yè)控制設(shè)備的新型產(chǎn)品，因而PLC的結(jié)構(gòu)緊湊、堅固、重量輕、功耗低。3.3繼電器-接觸器控制線路的設(shè)計控制線路的設(shè)計選用控制線路的設(shè)計方法大體可分為二種，分

23、別為經(jīng)驗設(shè)計 法和邏輯設(shè)計法。一、經(jīng)驗設(shè)計法1、經(jīng)驗設(shè)計法的基本步驟（1）收集分析國內(nèi)外現(xiàn)有同類設(shè)備的相關(guān)資料，使所設(shè)計的控制系統(tǒng)合理， 滿足設(shè)計要求。（2）控制線路設(shè)計，一般的壓力機(jī)控制線路設(shè)計包括主電路，控制電路 輔助電路的設(shè)計。首先進(jìn)行主電路設(shè)計：主要是考慮從電源到執(zhí)行元件（例如電動機(jī)）之間的 線路設(shè)計。然后進(jìn)行控制線路設(shè)計：主要考慮如何滿足電動機(jī)的各種運(yùn)動功能及 生產(chǎn)工藝要求，包括實現(xiàn)加工過程自動化或半自動化的控制等，也就是完成正確 地“選擇”和有機(jī)地“組合”的任務(wù)；最后考慮如何完善整個控制電路的設(shè)計，各種保護(hù)，聯(lián)瑣以及信號，照明等 輔助電路的設(shè)計。（3）全面檢查所設(shè)計電路，有條件時，

24、可以進(jìn)行模擬試驗，以進(jìn)一步完善 設(shè)計。2、經(jīng)驗設(shè)計法的基本特點（1）設(shè)計過程是逐步完善的，一般不易獲得最佳的設(shè)計方案。但該方法簡 單易行，應(yīng)用很廣。（2）需反復(fù)修改，這樣會影響設(shè)計速度。（3）需要一定的經(jīng)驗，設(shè)計中往往會因考慮不周而影響電路的可靠性。（4）一般需要進(jìn)行模擬試驗。二邏輯設(shè)計法1、邏輯設(shè)計法的基本概念邏輯設(shè)計法，主要是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求（工作循環(huán)，液壓系統(tǒng)圖等），將 控制線路中的接觸器，繼電器線圈的通電與斷電，觸點的閉合與斷開，以及主令 元件的接通和斷開等看成邏輯變量，并將這些邏輯變量關(guān)系表示為邏輯函數(shù)的關(guān) 系式，再運(yùn)用邏輯函數(shù)基本公式和運(yùn)算規(guī)律，對邏輯函數(shù)式進(jìn)行簡化，然后根據(jù) 簡

25、化的邏輯函數(shù)式畫出相應(yīng)的線路原理圖，最后再進(jìn)一步檢查，化簡和完善，以 期獲得既滿足工藝要求，又經(jīng)濟(jì)合理的最佳設(shè)計方案。2、邏輯設(shè)計法的一般步驟（1）按工藝要求作出工作循環(huán)圖。（2）確定執(zhí)行元件與檢測元件，并作出執(zhí)行元件節(jié)拍表和檢測元件狀態(tài)表。（3）根據(jù)檢測元件狀態(tài)表寫出各程序的特征數(shù)，并確定分組，設(shè)置中間記 憶元件，各分組所有程序能區(qū)分開。（4）列寫中間記憶元件開關(guān)函數(shù)及其執(zhí)行元件動作邏輯函數(shù)表達(dá)式，并畫 出相應(yīng)的電路圖。（5）對按邏輯函數(shù)表達(dá)式畫出的控制邏輯電路圖進(jìn)行檢查，化簡和完善。三、經(jīng)驗設(shè)計法和邏輯設(shè)計法的比較邏輯設(shè)計法與經(jīng)驗設(shè)計法相比，采用邏輯設(shè)計的電路較為合理，能節(jié)省所用 元件的數(shù)

26、量，能獲得某種邏輯功能的最簡電路，但是邏輯設(shè)計法整個設(shè)計過程較 為復(fù)雜，對于一些復(fù)雜的控制要求，還必須設(shè)計許多新的條件，同時對電路競爭 問題也較難處理。因此，在一般的電器控制線路設(shè)計中，邏輯設(shè)計法僅為經(jīng)驗設(shè) 計法的輔助和補(bǔ)充。3.4繼電器一一接觸器控制線路對于線路的設(shè)計我們采用的是邏輯設(shè)計法，根據(jù)JS01工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖 和機(jī)械手的動作要求，我作出了其繼電器電氣原理圖，見圖 2。這里我們對其繼 電器電氣原理圖進(jìn)行說明。圖中SB2實現(xiàn)開機(jī)功能，按下SB2能KM線圈得電，啟動電動機(jī)，為下面的順 序動作做準(zhǔn)備。當(dāng)要進(jìn)行順序動作時，繼電器工作順序如下：1 插定位銷按下SB3中間繼電器K1線圈得電并

27、自鎖；1Y，12Y，K26得電，機(jī)械手的定 位缸右移，到達(dá)極限位置時，插上定位銷。2 手臂前伸當(dāng)定位缸到達(dá)極限位置時，同時會觸動行程開關(guān)ST1,中間繼電器K2得電并抽定唾銷手臀前伸手指張開手指乳科手臂上升手曾縮冋手腕回轉(zhuǎn)拔定卷銷手臂回轉(zhuǎn) 插定位銷 于臂前伸 宇臂中停 手指張開 手指閉合 手臂縮回 手臂下降 手腕反轉(zhuǎn) 拔定位銷 手臂反轉(zhuǎn) 待料卸載主電路控制電路自鎖，中間繼電器K2的輔助動斷點斷開，1Y失電，同時5Y得電，手臂伸縮缸開 始前伸，實現(xiàn)手臂前能。3 手指張開當(dāng)手臂伸縮缸伸到一定位置時觸動行程開關(guān) ST2,中間繼電器K3得電并自鎖， 中間繼電器K3的輔助動斷點斷開，5Y失電；同時9丫得電

28、，手指夾緊缸向右滑動， 實現(xiàn)手指張開功能。4 .手指抓料當(dāng)手指夾緊缸向右滑動到一定位置時觸動行程開關(guān)ST3,中間繼電器K4得電并自鎖，中間繼電器 K4的輔助動斷點斷開，9Y失電；手指夾緊缸向左滑動，從 而實現(xiàn)手指抓料功能。5. 手臂上升當(dāng)手指夾緊缸向左滑動到一定位置時觸動行程開關(guān) ST4,中間繼電器K5得電 并自鎖，中間繼電器K5的輔助動斷點斷開，1丫失電；同時3Y得電，手臂升降缸 開始上升，從而實現(xiàn)手臂上升功能。6. 手臂縮回當(dāng)手臂升降缸上升到一定位置時觸動行程開關(guān) ST5,中間繼電器K6得電并自 鎖，中間繼電器K6的輔助動斷點斷開，3Y失電；同時6Y得電，手臂伸縮缸開始 向右滑動，從而實現(xiàn)

29、手臂縮回功能7. 手腕回轉(zhuǎn)當(dāng)手臂伸縮缸向右縮到一定位置時觸動行程開關(guān) ST6,中間繼電器K7得電并 自鎖，中間繼電器K7的輔助動斷點斷開，6Y失電；同時10Y得電，手腕回轉(zhuǎn)缸 開始轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)功能8. 拔定位銷當(dāng)手腕回轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)動到一定位置時觸動行程開關(guān) ST7,中間繼電器K8得電并自 鎖，中間繼電器K8的輔助動斷點斷開，12Y失電，K26失電，10Y失電；拔出定 位銷。9. 手臂回轉(zhuǎn)當(dāng)定位缸向左滑動到一定位置時會觸動行程開關(guān)ST8,電磁閥7Y得電并自鎖，手臂回轉(zhuǎn)缸開始轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)功能。10. 插定位銷當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)動到一定位置時會觸動行程開關(guān)ST9,中間繼電器K10得電并自鎖，其

30、輔助動斷點斷開，7Y失電；中間繼電器K9得電，其輔助動合點關(guān)閉， 12Y得電，K26得電，機(jī)械手的定位缸右移，觸動行程開關(guān) ST11時，插上定位銷。 11 .手臂前伸當(dāng)定位缸觸動行程開關(guān)ST10,中間繼電器K13得電并自鎖，中間繼電器 K11 得電，其動合觸點關(guān)閉，5Y得電；中間繼電器 K12得電，其動斷觸點斷開，1Y 失電；手臂伸縮缸開始前伸，實現(xiàn)手臂前伸功能。12手臂中停當(dāng)手臂伸縮缸觸動行程開關(guān)ST11,中間繼電器K14得電并自鎖，同時其動斷 中間繼電器K11得電，其動合觸點關(guān)閉，5Y失電；同時6Y時間繼電器KT0得電， 開始延時。13. 手指張開延時1S,延時開關(guān)KT0閉合，中間繼電器K

31、15得電，其動短觸點斷開，此時， 中間繼電器K12失電，其動斷觸點閉合，1Y得電；中間繼電器K16得電，其動合 觸點閉合，9丫得電；手指夾緊缸向右滑動，實現(xiàn)手指張開功能。14. 手指閉合當(dāng)手指夾緊缸向右滑動到一定位置時，觸動行程開關(guān)ST12中間繼電器K17得電并自鎖，其動斷觸點斷開，9丫失電；手指夾緊缸向左滑動，實現(xiàn)手指閉合。15. 手臂縮回當(dāng)手指夾緊缸向左滑動到一定位置時，觸動行程開關(guān) ST13中間繼電器K20 得電并自鎖，中間繼電器 K18得電，其動斷觸點斷開，1丫失電；中間繼電器K19 得電，其動合觸點閉合，6Y得電，手臂伸縮缸向右滑動實現(xiàn)縮回功能。16. 手臂下降當(dāng)手臂伸縮缸向右滑動到

32、一定位置時，觸動行程開關(guān)ST14中間繼電器K21得電并自鎖，其動斷觸點斷開，6Y失電；同時4Y得電，手臂升降缸開始下降實 現(xiàn)手臂下降功能。17. 手腕反轉(zhuǎn)當(dāng)手臂升降缸下降到一定位置時， 觸動行程開關(guān)ST15中間繼電器K22得電 并自鎖，其動斷觸點斷開，4Y失電；同時11丫得電。手腕回轉(zhuǎn)缸開始轉(zhuǎn)動，實現(xiàn) 反轉(zhuǎn)功能。18. 拔定位銷當(dāng)手腕回轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)到一定位置時，觸動行程開關(guān)ST16,中間繼電器K23得電并 自鎖，其動斷觸點斷開，11丫失電，12丫失電，壓力繼電器K26失電。定位缸開始 向左滑動，拔下定位銷。19. 手臂反轉(zhuǎn)：當(dāng)定位缸向左滑動到一定位置時， 觸動行程開關(guān)ST17,中間繼電器K24得電

33、并自鎖；同時8Y得電。手臂回轉(zhuǎn)缸開始轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)手臂反轉(zhuǎn)動。20. 待料卸載當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)到一定位置時，觸動行程開關(guān)ST18,2Y得電，實現(xiàn)待料卸載。 KT1得電開始計時，延時3S后，中間繼電器K25得電，所有動作結(jié)束。3.5 一些低壓電器的選擇在設(shè)備電氣控制線路中，為了滿足生產(chǎn)工藝及電力拖動的需要，電動機(jī)要經(jīng) 常地起動、制動、改變運(yùn)動方向、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；當(dāng)電路發(fā)生過載、短路、欠壓或失 壓等情況時，控制電路的保護(hù)環(huán)節(jié)還應(yīng)當(dāng)自動切斷電路，保護(hù)線路和設(shè)備。所有 這些要求都需要借助于電器來完成。由于各類電器在設(shè)備電氣控制系統(tǒng)中所處的位置和所起的作用不同，其因此 選用的方法也不盡相同。生產(chǎn)機(jī)械常用低壓電器的

34、選擇，主要依據(jù)是電器產(chǎn)品目 錄上的各項指標(biāo)或數(shù)據(jù)。正確合理地選擇低壓電器是電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行、可靠工 作的保證。對于電氣元件的選擇，在選擇時我們應(yīng)注意以下幾點：根據(jù)對控制元件功能的要求，確定電氣元件功能的要求，確定電氣元件 類型。如繼電器與接觸器，當(dāng)元件用于通，斷功率較大的主電路時，應(yīng)選擇交流 接觸器；若元件用于切換功率較小的電路（如控制電路）時，則應(yīng)選擇中間繼電 器；若伴有延時要求時，則應(yīng)選用時間繼電器。根據(jù)電氣控制的電壓，電流及功率的大小來確定元件的規(guī)格，滿足元器件 的負(fù)載能力及使用壽命。掌握元器件預(yù)期的工作環(huán)境及供應(yīng)情況，如防油，防塵，貨源等。為了保證一定的可靠性，采用相應(yīng)的降額系數(shù)，并進(jìn)

35、行一些必要的技術(shù)和 校核。1 、按鈕按鈕通常是用來短時間接通或斷開小電流控制電路的開關(guān)。目前按鈕在結(jié)構(gòu)上有多種形式：旋鈕式一一手動旋轉(zhuǎn)進(jìn)行操作；指示燈一一 按鈕內(nèi)裝入了信號指示燈；緊急式一一裝有蘑菇形式旋帽，用于緊急操作；等等。 一般來說，停止按鈕采用紅色。按鈕主要根據(jù)所需要的觸點數(shù)，使用場合及顏色 來選擇。2、低壓開關(guān)低壓開關(guān)主要包括如下幾種。1）刀開關(guān)刀開關(guān)主要用于接通或切斷長期改組設(shè)備的電源。一般刀開關(guān)的額定電壓不 超過500V額定電流為10A到上千安多種等級。有些刀開關(guān)附有熔斷器。不帶熔斷 器式刀開關(guān)主要有HD型及HS型，帶熔斷器式開關(guān)有HK HR3系列等。刀開關(guān)主 要根據(jù)電源種類，電

36、壓等級，電動機(jī)容量，所需極數(shù)及使用場來選擇。2）組合開關(guān)組合開關(guān)主要是作為電源引入開關(guān)，所以也稱電源隔離開關(guān)。它可以啟停5KW 以下的異步電動機(jī)，但每小時的接通次數(shù)不宜超過10次，開關(guān)的額定電流一般取 電動機(jī)額定電流的1.52.5倍。組合開關(guān)主要根據(jù)電源種類，電壓等級，所需觸點數(shù)及電動機(jī)容量進(jìn)行選用。 常用的組合開關(guān)為HZ-10系列，額定電流10A, 25A, 60A和100A四種，適用于交 流電壓380V以下，支流電壓220V以下的電氣設(shè)備中。3）限位開關(guān)（行程開關(guān)）限位開關(guān)是依據(jù)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動的行程位置而動作的小電流開關(guān)。它的選用主 要根據(jù)機(jī)械位置對開關(guān)形式的要求，對觸點數(shù)目，電壓種類，電壓

37、與電流等級的 要求來確定。機(jī)床常用的有 LX2型，LX19型，JLXK1型，LXW11型和JLXK-111型 微動開關(guān)等。對于要求動作快，靈敏度高的行程控制，可采用接近開關(guān)。接近開 關(guān)也稱為無觸點限位開關(guān)，它是通過運(yùn)動部件引起的電磁場變化而動作的。接近 開關(guān)壽命長，可靠性好，但精度和價格不如限位開關(guān)。4）自動開關(guān)自動開關(guān)又稱自動空氣斷路器，自動開關(guān)在壓力機(jī)上應(yīng)用的很廣泛。這是因 為自動開關(guān)既接通或分?jǐn)嗾９ぷ麟娏?，也能自動分?jǐn)噙^載或短路電流，分?jǐn)嗄?力強(qiáng)，有欠壓和過載短路保護(hù)作用。選擇自動開關(guān)應(yīng)考慮其主要技術(shù)參數(shù)：額定電壓，額定電流和允許切斷的極 限電流等。自動開關(guān)拖扣器的額定電流應(yīng)等于或大于

38、負(fù)載允許的長期平均電流； 自動開關(guān)的極限分?jǐn)嗄芰σ笥?，至少要等于電路最大短路電流；自動開關(guān)拖扣 器電流整定應(yīng)按下面的原則：欠電壓拖扣器額定電壓等于主電路等于主電路額定 電壓；熱拖扣器的整定電流與被控對象（負(fù)載）額定電流相等；電磁拖扣器的瞬 時拖扣器整定電流應(yīng)大于負(fù)載正常工作時的尖峰電流；保護(hù)電動機(jī)時，電磁拖扣 器的瞬時拖扣電流為電動機(jī)啟動電流的 1.7倍。3接觸器的選用選擇接觸器主要依據(jù)以下數(shù)據(jù)：電源種類（直流或交流）；主觸點額定電流； 輔助觸點的種類、數(shù)量和觸點的額定電流；電磁線圈的電源種類、頻率和額定電 壓；額定操作頻率等。機(jī)床用的最多的是交流接觸器。交流接觸器的選擇主要考慮主觸點的額定

39、電流、額定電壓、線圈電壓等。交流接觸器主觸點的額定電壓一般按高于線路額定電壓來確定。根據(jù)控制回路的電壓決定接觸器的線圈電壓。為保證安全，一般接觸器吸引 線圈選擇較低的電壓。但如果在控制線路比較簡單的情況下，為了省去變壓器， 可選用380V電壓。值得注意的是，接觸器產(chǎn)品系列是按使用類別設(shè)計的，所以 要根據(jù)接觸器負(fù)擔(dān)的工作任務(wù)來選用相應(yīng)的產(chǎn)品系列。接觸器輔助觸點的數(shù)量、 種類滿足線路的需要。4 繼電器的選用一般繼電器的選用一般繼電器是指具有相同電磁系統(tǒng)的繼電器，又稱電磁繼電器。選用時，除 滿足繼電器線圈電壓或線圈電流的要求外，還應(yīng)按照控制需要分別選用過電流繼 電器、欠電流繼電器、過電壓繼電器、欠電

40、壓繼電器中間繼電器等。另外電壓、 電流繼電器還有交流、直流之分，選擇時也應(yīng)當(dāng)注意。時間繼電器的選擇時間繼電器是壓力機(jī)控制線路中常用電器之一。它的類型有：電磁式，空氣 阻尼式，電動式及電子式等。用的較多的是空氣阻尼式時間繼電器，它的特點是 工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，延時整定范圍較寬(可達(dá) 0.4s180s)時間繼電器型式多樣，各具特點，選擇時應(yīng)從以下幾方面考慮。(1) 根據(jù)控制線路的要求來選擇延時方式，即通電延時型或斷電延時型。(2) 根據(jù)延時準(zhǔn)確度要求和延時時間的長短來選擇。(3) 根據(jù)使用場合、工作環(huán)境選擇合適的時間繼電器。熱繼電器的選擇熱繼電器的選擇應(yīng)按電動機(jī)的工作環(huán)境、起動情況、負(fù)載性質(zhì)等因素

41、來考慮。 一方面要充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，另一方面，對電動機(jī)在短時過載與起動瞬 間不受影響。熱繼電器結(jié)構(gòu)形式的選擇。星形連接的電動機(jī)可以選擇兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱 繼電器，三角形連接的電動機(jī)應(yīng)當(dāng)選擇帶斷相保護(hù)裝置的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器。根據(jù)以上步驟及參考資料的查找，制定了本課程設(shè)計中繼電器元件表。(見 表2)表2壓力機(jī)電氣元件表符號名稱型號規(guī)格數(shù)量M異步電動機(jī)JO2 21 - 41.1KW 380V 2.67A 1410R/MIN1FR1熱繼電器JR16B- 20額定電流3.5A整定電流2.67A1FU1熔斷器RL1 15熔體15A1K中間接觸器JZ7 44線圈電壓127V 5A25KM交流接觸器C

42、J10 5線圈電壓127V 40A1SB控制按鈕LA10黑色3KT0 KT1時間繼電器JZ7-1A5A 380V/1272ST行程開關(guān)JLXK1-311動作力大于20N18第四章可編程控制器PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則在設(shè)計可編程控制器系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則。1）最大限速地滿足控制要求充分發(fā)揮可編程控制器功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計 中最重要的一條原則。設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料。同時要注 意和現(xiàn)場工程管理和技術(shù)人員及操作人員緊密配合，共同解決重點問題和疑難問 題。2）保證系統(tǒng)安全可靠保證可編程控制器控制系統(tǒng)能夠長期安全，可靠

43、，穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計控制系 統(tǒng)的重要原則。3）力求簡單，經(jīng)濟(jì)，使用與維修方便在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷擴(kuò)大工程的效益，另一方面也 要注意不斷降低工程的成本，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。4）適應(yīng)發(fā)展的需要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。4.2可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計的步驟1）分析被控對象并提出控制要求在設(shè)計繼電器-接觸器的時候我們已經(jīng)對壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的動作要求和功能 進(jìn)行了詳細(xì)的分析，確定了其控制方案并擬訂了任務(wù)書。2）確定輸入/輸出設(shè)備根據(jù)壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。輸入設(shè)備：開關(guān)SB1, SB2，SB3 18個行程開關(guān)輸出設(shè)備：手臂伸縮缸的

44、伸縮、手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)、手指夾緊缸的夾緊與張 開、手腕回轉(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)動、定位缸的滑動、手臂升降缸升降。3）選擇可編程控制器本系統(tǒng)有輸入信號19個，輸出信號12個，均為開關(guān)量。根據(jù)輸入/輸出點數(shù)， 類型及控制要求，同時考慮到維護(hù)，改造和經(jīng)濟(jì)性等諸多因素，由參考資料 1表 5-1選擇可編程控制器型號為丄二-001，共有24個輸入點，24個輸出 點，可滿足控制要求。4）軟件編制根據(jù)系統(tǒng)要求可知，繪制 PLC電氣原理圖如圖3,根據(jù)PLC電氣原理圖寫出指令表，見表3亶門二-inkio«ip-|5tT| 1T|insn| 口 &XI _I泊陶1|53 1>rer1鉅可汀|U1_Tfgg

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