1、精品 料推薦南山學院PLC氣動機械手課程設計年級專業(yè)：電氣工程及其自動化及自動化學生姓名：學 號指導教師：論文完成時間 2010 年 9 月10 日精品 料推薦摘要在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。機械手可在空間抓、放、搬運物體，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)，廣泛應用于柔性自動線。機械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。機械手是工業(yè)機器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以

2、稱為工業(yè)機器人。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義?？删幊炭刂破魇抢^電器控制和計算機控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。本文應用三菱公司生產(chǎn)的可編程控制器 FX 系列 PLC，實現(xiàn)機械手搬運控制系統(tǒng)， 該系統(tǒng)充分利用了可編程控制器 （ PLC）控制功能。使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時期功能范圍得

3、到廣泛應用。關(guān)鍵詞 ： 可編程控制器 PLC，PLC的結(jié)構(gòu)及基本配置，機械手，限位開關(guān)精品 料推薦目錄第 1 章 前言11.1 選題背景11.2 設計目的及主要內(nèi)容11.2.1 設計目的11.2.2 主要內(nèi)容1第 2 章PLC 及機械手的介紹及選擇22.1.可編程控制器PLC22.1.1PLC 慨況22.1.2PLC 的結(jié)構(gòu)及基本配置22.1.3PLC 的選型42.2 機械手42.2.1 機械手簡介42.2.2 機械手的選擇6第 3 章 設計主體部分73.1 控制要求73.2 控制流程圖73.3I/O 分配83.4 梯形圖83.5 指令表113.6PLC 連線圖143.7 模擬調(diào)試15第 4

4、章 論文小結(jié)16參考文獻17致謝18精品 料推薦第 1 章 前言1.1 選題背景大學四年的本科學習即將結(jié)束，畢業(yè)設計是其中最后一個環(huán)節(jié)，是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用PLC 的技術(shù)得到愈來愈廣泛的應用。在完成大學四年的課程學習和課程、生產(chǎn)實習，我熟練地掌握了機械制圖、機械設計、機械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學習的目的。對于PLC 對搬運機械手的控制設計這個實踐性非常強的設計課題，我進行了大量的實習。經(jīng)過在幾家單位的生產(chǎn)實習，我對于PLC對搬運機械手的控制設計有了一個全新的認識，豐富了

5、許多PLC 方面的知識，而對于PLC 方面的制造工藝更是實現(xiàn)了零的突破。在指導老師的協(xié)助下， 同時在現(xiàn)場查閱了很多相關(guān)資料，明確了PLC 的一般工作原理、制造、工藝過程。并在圖書館借閱了許多相關(guān)手冊和書籍，設計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設計。在設計的過程中，將有一定的困難，但有指導老師的悉心指導和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設計任務。由于學生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗，設計中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。1.2 設計目的及主要內(nèi)容1.2.1 設計目的1、培養(yǎng)機械設計能力； 2、擴展知識結(jié)構(gòu)； 3、培養(yǎng)綜合運用能力； 4、是課堂教學的有益補充

6、。通過本次論文，進一步加強自己對機械手和PLC的認識，以及它們在生活中廣泛應用。1.2.2 主要內(nèi)容A 正確選用機械手和PLC類 B 繪制 I/O 分配C設計梯形圖D指令表E模擬調(diào)試精品 料推薦第 2 章 PLC 及機械手的介紹及選擇2.1. 可編程控制器PLC2.1.1PLC 慨況可編程控制器（ PROGRAMMABLECONTROLLER ，簡稱PC）。與個人計算機的PC 相區(qū)別，用 PLC 表示。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)等順序控制功能， 建立柔性的程控系

7、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)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。PLC 具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點?？梢灶A料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC 控制技術(shù)的應用必將形成世界潮流PLC 程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自己開發(fā)的應用程序，系統(tǒng)程序

8、提供運行平臺，同時，還為PLC 程序可靠運行及信息與信息轉(zhuǎn)換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。2.1.2PLC 的結(jié)構(gòu)及基本配置一般講， PLC 分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當然按 CPU 性能分成若干型號，并按 I/O 點數(shù)又有若干規(guī)格。 對模塊式 PLC，有 CPU 模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其 I/O 能力可按用戶需要進行擴展與組合。CPU 的構(gòu)成： PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作

9、用，每臺PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源精品 料推薦和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， 還有外圍芯片、 總線接口及有關(guān)電路。 它確定了進行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC 不可缺少的組成單元。CP

10、U 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。CPU 的運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。 CPU 的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU 雖然劃分為以上幾個部分，但PLC 中的 CPU 芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對CPU 內(nèi)部的詳細分析已無必要，我們只要弄清它在PLC 中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。CPU 模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設定或控制開關(guān)。一般講， CPU 模塊總要有相應的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式 PLC 的主

11、箱體也有這些顯示。 它的總線接口，用于接 I/O 模板或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外設口，用于接外部設備，有的還有通訊口，用于進行通訊。CPU 模塊上還有許多設定開關(guān)，用以對PLC 作設定，如設定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。I/O 模塊： PLC 的對外功能，主要是通過各種 I/O 接口模塊與外界聯(lián)系的，按 I/O 點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少， 但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。電源模塊：有些 PLC 中的電源，是與CPU

12、模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC 或 110VAC ，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。底板或機架：大多數(shù)模塊式PLC 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。PLC 的外部設備：外部設備是PLC 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類1. 編程設備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)精品 料推薦控 PLC 及 PLC 所控制

13、的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC 開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。2. 監(jiān)控設備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。3. 存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如 EPROM、EEPROM 寫入器等。4. 輸入輸出設備： 用于接收信號或輸出信號， 一般有條碼讀人器， 輸入模擬量的電位器，打印機等。 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng)： PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能， 它使 PLC 與 PLC 之間、PLC 與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體， 實現(xiàn)分散集中控制。現(xiàn)

14、在幾乎所有的PLC 新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計算機一樣具有RS-232 接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。當然， PLC 之間的通訊網(wǎng)絡是各廠家專用的，PLC 與計算機之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機型的PLC 之間、 PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯(lián)網(wǎng)。了解了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)，我們在購買程控器時就有了一個基本配置的概念，做到既經(jīng)濟又合理，盡可能發(fā)揮 PLC 所提供的最佳功能。2.1.3PLC 的選型考慮到機械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元器件連接的靈活性和方便性，采用 PLC作為核心控

15、制器，各控制對象都必須在PLC的統(tǒng)一控制下協(xié)同工作，所以PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型 PLC(16 點輸入、 16 點輸出 ) 。三菱 FX2N系列可編程控制器是小型化，高速度，高性能的產(chǎn)品，是FX 系列中最高檔次的超小型程序裝置。性能規(guī)格：FX2N性能規(guī)格運轉(zhuǎn)控制方法通過儲存的程序周期運轉(zhuǎn)理方法（當執(zhí)行END指令時） I/O指令可以刷新運轉(zhuǎn)處理時間I/O 控制方法批次處基本指令： 0.08 s應用指令： 1.52 至幾百微秒 ，指令編程語言 邏輯梯形圖和指令清單 使用步進梯形圖能生成 SFC類型程序程式容量 8000 步內(nèi)置 。2.2 機械手2.2.1 機械手簡介mechan

16、ical hand也被稱為自動手， auto hand 能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運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精品 料推薦實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部和運動機構(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。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、 伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機

17、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 個自由度。自由度是機 械手設計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。一般專用機械手有 23 個自由度。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種； 按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置， 如在自動機床或自動生產(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械手。機械手是在機

18、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)特別是電子計算機的廣泛應用， 機器人的研制和生產(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)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活， 但它具有能不斷重復工作和勞動、 不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用，例如：(1) 機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。(2) 在裝配作業(yè)中應用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。(3)

19、 可在勞動條件差，單調(diào)重復易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。(4) 可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。(5 ）宇宙及海洋的開發(fā)。(6) 軍事工程及生物醫(yī)學方面的研究和試驗。精品 料推薦機械手簡述 : 機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。1執(zhí)行機構(gòu)機械手的執(zhí)行機構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。簡單的機械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根

20、據(jù)需要做成移動。2傳動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)。常用機械手傳動系統(tǒng)分機械傳動、 液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。3. 控制系統(tǒng)機械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進行動作，簡單的機械手一般不設置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機構(gòu)按要求進行動作動作復雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進行控制。2.2.2 機械手的選擇由于機械手是在搬運中的應用，所以采用傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機械手類型。此機械手易于操作，性能可靠。精品 料推薦第 3 章 設計主體部分3.1 控制要求搬運機械手工作示意圖如圖3-1

21、 所示，其任務是將傳送帶A 的物品搬到傳送帶B上。機械手的原位是在傳送帶B 上，開始工作時，先是手臂上升，到上限位時，上升限位開關(guān) LS4 閉合，手臂左旋；左旋到位時，左旋限位開關(guān)LS2 閉合，手臂下降；到下限位時，下降限位開關(guān) LS5 閉合，傳送帶 A 遠行。當光電開關(guān) PSl 檢測到物品已進入手指范圍時，手指抓物品。當物品抓緊時，抓緊限位開關(guān)LS1 動作，手臂上升；到上限位時，上升限位開關(guān)LS4 閉合，手臂右旋；右旋到位時，右旋限位開關(guān)LS3 閉合，手臂下降；下降到下限位時，下降限位開關(guān)LS5 閉合，手指放開，物品被放到傳送帶B 上延時 2s 時間到，一個循環(huán)結(jié)束，再重復。圖 3-13.2

22、 控制流程圖圖 3-2精品 料推薦3.3I/O分配輸入電器輸入點 輸出電器輸出點起動按鈕X0 輸送帶 A 驅(qū)動接觸器 KM Y0停止按鈕（常開） X1 手臂左旋電磁閥 YV1 Y1手指抓緊檢測開關(guān) LS1 X2手臂右旋電磁閥 YV2Y2手臂左旋限位開關(guān) LS2 X3手臂上升電磁閥 YV3Y3手臂右旋限位開關(guān) LS3 X4手臂下降電磁閥 YV4Y4手臂上升限位開關(guān) LS4 X5手臂抓緊電磁閥 YV5Y5手臂下降限位開關(guān) LS5 X6手臂放松電磁閥 YV6Y6物品檢測光電開關(guān) PS1 X73.4 梯形圖圖 3-4-1精品 料推薦圖 3-4-2精品 料推薦圖 3-4-3說明： SET（置位）線圈得電

23、保持，RST（復位）線圈失電保護，SFTL位左移 ,ZRST區(qū)間復位精品 料推薦3.5 指令表圖 3-5-1精品 料推薦圖 3-5-2精品 料推薦圖 3-5-3精品 料推薦3.6PLC 連線圖圖 3-6精品 料推薦3.7 模擬調(diào)試1) 按下起動按鈕 SB1 時，機械手系統(tǒng)工作。首先上升電磁閥通電，手臂上升，至上升限位開關(guān)動作；2) 左轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂左轉(zhuǎn)，至左轉(zhuǎn)限位開關(guān)動作；3) 下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關(guān)動作；4) 啟動傳送帶 A 運行，由光電開關(guān) PS/PH檢測傳送帶 A 上有無物品送來，若檢測到物品，則抓緊電磁閥通電，機械手抓緊，至抓緊限位開關(guān)動作；5) 手臂再次上升，至

24、上升限位開關(guān)再次動作；6) 右轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂右轉(zhuǎn)，至右轉(zhuǎn)限位開關(guān)動作；7) 手臂再次下降，至下降限位開關(guān)再次動作；8) 放松電磁閥通電，機械手松開手爪，經(jīng)延時 2 秒后，完成一次搬運任務，然后重復循環(huán)以上過程。9) 按下停止按鈕 SB1 或斷電時，機械手停止在現(xiàn)行工步上，重新起動時，機械手按停止前的動作繼續(xù)工作。 （說明： SB1為一復合按鈕，功能實現(xiàn)是一開一停）精品 料推薦第 4 章 論文小結(jié)這次畢業(yè)論文 , 對我來說非常有意義, 在寫論文的過程中我學到很多的關(guān)于機械手和 PLC方面的知識，我以后會加強對它們的學習和應用。 我覺得 PLC 會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看， 計算機技術(shù)的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。伴隨著計算機網(wǎng)絡的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡和國際通用網(wǎng)絡的重要組成部分，將