機械手plc課程設計--基于plc機械手的控制

1、<p>　　PLC課程設計任務說明書</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1．1設計的目的和意義……………………………03</p><p>　　1．2設計項目發(fā)展情況……………………………04</p>

2、<p>　　1．3設計原理………………………………………04</p><p>　　第二章各控制設備的控制方式及控制要求……… 06</p><p>　　2．1機械手的機能與特性…………………………06</p><p>　　2．2機械手的分類…………………………………06</p><p>　　2．3軀干和傳動系統(tǒng)…………………………

3、……08</p><p>　　2．4控制按鈕………………………………………09</p><p>　　2．5電磁式繼電器…………………………………09</p><p>　　第三章控制流程 ……………·…………………………10</p><p>　　3．1控制流程…………………………………………10</p><p>

4、;　　3．2機械手現(xiàn)場器件與PLC內(nèi)部繼電器對照表……11</p><p>　　3．3PLc與現(xiàn)場器件連接圖…………………………11</p><p>　　第四章PLC控制系統(tǒng)的設計 ……………………………12</p><p>　　4．1PLc機型選擇……………………………………12</p><p>　　4．2控制系統(tǒng)硬件設計………………………

5、………12</p><p>　　4．3控制系統(tǒng)軟件設計………………………………13第五章機械手的設計過程………………………………15</p><p>　　5. 1程序設計思路……………………………………15</p><p>　　5. 2梯形圖……………………………………………17</p><p>　　5. 3相關調(diào)試圖………………………………

6、………21</p><p>　　第六章設計小結(jié)…………………………………………24</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………25</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　機械手是模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運和操作的自動裝置。它特

7、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)、頻繁的操作中代替人作業(yè)，機械手雖然目前還不如然手那樣靈活，但它具有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力大的特點，因此獲得日益廣泛的應用。機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。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

8、地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，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。</p><p>　　通過對機電一體化專業(yè)大學?？迫甑乃鶎W知識進行整合，對工業(yè)機械手各部分機械結(jié)構(gòu)和功能的論述和分析，設計了一種機械手通過PLC系統(tǒng)來編寫程序控制機械手運動軌跡。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

9、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)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。</p><p>　?。?）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。 </p><p>　?。?）低壓配電電器 這類電器包

10、括刀開關，轉(zhuǎn)換開關，熔斷器和 自動開關等</p><p>　　（8）低壓控制電器 包括接觸器，控制繼電器，主令開關，啟動器和電磁鐵等．主要用于電力拖動自動控制系統(tǒng)和用電系統(tǒng)中，要求壽命長，體積小且工作可靠</p><p>　?。?）自動電器 自動電器是按照外來的信號或某個物理量的變化而自動動作的電器，如接觸器，繼電器等． （10）非自動電器 是通過人工或外力直接而操作而動的電器，如按鈕

11、行程開關等．</p><p><b>　　第一章：緒論</b></p><p>　　1．1、設計的目的和意義．</p><p>　　畢業(yè)設計是學生完成本專業(yè)教學計劃的最后一個極為重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是使學生綜合運用所學過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進行的一次基本訓練。這對學生即將從事的相關技術(shù)工作和未來事業(yè)的

12、開拓都具有一定意義。其主要目的：</p><p>　　(1)、 培養(yǎng)學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識。、</p><p>　　(2)、培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想，設計構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設計的一般程序規(guī)范和方法。</p><p>　　(3)、培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想和使用技術(shù)資料、國家標準等手冊、圖冊工具書進行設計

13、計算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。</p><p>　　(4)、培養(yǎng)學生進行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學習的基本工作態(tài)度，工作作風和工作方法。</p><p>　　在發(fā)達國家，機械手已廣泛地應用于工業(yè)、國防、科技、生活等各個領域。產(chǎn)業(yè)部門應用最多的當推汽車工業(yè)和電子工業(yè)，在金屬加工、塑料成型、機械制造等行業(yè)也有普遍應用，并逐漸向纖維加工業(yè)、食品工業(yè)、家用產(chǎn)品

14、制造等行業(yè)發(fā)展。在工業(yè)生產(chǎn)和其它應用領域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫，腐蝕，有毒氣體以及人的有限體能等種種劣勢的限制，工作效率很低。自從機械手問世以來，相應的各種難題應刃而解。機械手由耐高溫，防腐蝕的材料制成，工作效率極高，而且不受體能的限制，非常方便。</p><p>　　機械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序、軌跡及其它要求，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操縱工具的自動化裝置；而可編程控制器(P L

15、 c)由于其具有的高可靠性、編程方便、易于使用和修改，易于擴展和維護，環(huán)境要求低、體積小巧，安裝調(diào)試方便，在工業(yè)控制中有著廣泛的應用。</p><p>　　1．2、設計項目發(fā)展情況</p><p>　　我國機械手的研究和應用起步較晚，但是隨著國內(nèi)外機械手的快速發(fā)展、社會需求的增大和技術(shù)的進步，裝配機械手得到了迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，是推動

16、裝配機械手發(fā)展的直接動力。PLc是可編程序控制器的簡稱，于60年代末期在美國首先出現(xiàn)，目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，PLc己十分成熟與完善。當前的中國，隨著生產(chǎn)力的迅猛發(fā)展，工業(yè)發(fā)展的步伐越來越快在各行業(yè)各領域，對自動化程度的要求也愈來愈高．了更好地適應這種情況，科學技術(shù)必須被廣泛地應用在實際生產(chǎn)中，而PLc以其自身的優(yōu)勢，在自動化領域內(nèi)扮演著重要的角色，不容忽視!&

17、lt;/p><p>　　PLc它也是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計．它采用可編程續(xù)的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機械或生產(chǎn)過程．PLc技術(shù)近年來發(fā)展很快，并逐漸取代繼電器?？鏸’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，弛t：在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位?？傊?，為了準確地掌握PLc

18、的基本知識和基本應用，在畢業(yè)設計中，我選擇了該題目。</p><p><b>　　1．3、設計原理</b></p><p>　　機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)．驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)構(gòu)成．。機械手的執(zhí)行機構(gòu)又包括手部、手臂和軀干。手部安裝在最前端，任務是來準確的抓取工件，當然一說到手一定是與人的相似，所以必須具備手指，而且應具有與人手相似的動作或能代替人完成一系列的動作，以此來達到

19、目的。手臂的作用是用來輔助手部準確的抓住工件并能夠轉(zhuǎn)移到所需要的位置，機械手的運動有兩種：一個是上下直線運動，另一個是左右直線運動。因此其必須安裝有液壓缸、電液脈沖馬達、電磁閥等作為其執(zhí)行機構(gòu)的動力部分或輔助系統(tǒng)。驅(qū)動機構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。其主要以電氣和氣壓驅(qū)動為主，只有少量的運用液壓和機械驅(qū)動。</p><p>　　液壓驅(qū)動主要是驅(qū)動大體積的重型工業(yè)設備如：鍋爐等。它的優(yōu)點是壓

20、力高、體積小、力量大動作平穩(wěn)。缺點是結(jié)構(gòu)繁瑣．成本高．而且需要配備壓力源。氣壓驅(qū)動的元件是氣壓缸、氣壓馬達等。一般采用4—6個大氣壓．也有一些更大的．具體要根據(jù)實際情況來定，雖然它的力量比較小、體積比較重，但是出于廉價，而且不影響動作。所以我們的手部采用此種驅(qū)動。</p><p>　　電氣驅(qū)動時，直線運動可以采用電動機帶動絲杠、螺母機構(gòu)。我們通用的機械手則考慮到用步進電動機、直或交流司服電機、和變速箱等電氣驅(qū)動有

21、動力源簡單、維護和使用比較方便。驅(qū)動機構(gòu)采用一種形式的動力，力量比較大。所以本設計用該種驅(qū)動形式。蕞且是電磁閥驅(qū)動氣壓缸的形式。</p><p>　　機械手的控制要素主要包括工作的順序、能提起多大的重量、運動的時間、到達的位置等。具體還要加上點控和連續(xù)控制。</p><p>　　控制系統(tǒng)可根據(jù)動作的要求設計數(shù)字順序。它首先要編制程序加以存儲，然后在根據(jù)規(guī)定的程序，控制機械手的運動工作。為了

22、使其程序簡單、修改容易等優(yōu)點，本設計采用PLC控制系統(tǒng)來完成操作。</p><p><b>　　進度安排</b></p><p>　　1. 明確設計任務和控制要求 1天</p><p>　　2. 查閱資料，系統(tǒng)設計方案論證 1天</p><p>　　3. 系統(tǒng)硬件選型及外部連線設計

23、1天</p><p>　　4. 控制系統(tǒng)控制程序設計調(diào)試 2天</p><p>　　5. 設計資料軟硬件聯(lián)機調(diào)試 2天</p><p>　　6. 設計資料匯總、撰寫設計報告 2天</p><p>　　7. 答辯 1天</p><

24、p>　　第二章 各電器設備的控制方式及控制要求</p><p>　　2．1、機械手的機能和特性</p><p>　　機械手最顯著的特點有以下幾個：</p><p><b>　　(1)可編程</b></p><p>　　生產(chǎn)自動化的進一步發(fā)展是柔性自動化。機械手可隨其工作環(huán)境變化的需要再編程，因此它在小批量多品種具

25、有均衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)(FMS)中的一個重要組成部分。</p><p><b>　　(2)擬人化</b></p><p>　　機械手在機械結(jié)構(gòu)上有類似人的小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化機械手還有許多類似人類的“生物傳感器”，如接觸傳感器、力傳感器、負載傳感器等．傳感器提高了機器手對周圍環(huán)境的白適應能力。<

26、;/p><p><b>　　(3)通用性</b></p><p>　　除了專門設計的專用機器手外，一般機械手在執(zhí)行不同的作業(yè)任務時具有較好的通用性。比如，更換機械手手部末端操作器(手爪、工具等)便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務。</p><p><b>　　(4)機電一體化</b></p><p>　　機械手技術(shù)

27、涉及的學科相當廣泛，但是歸納起來是機械學和微電子技術(shù)的應用，特別是計算機技術(shù)的應用密切相關。因此，機械手技術(shù)的發(fā)展必將帶動其它技術(shù)的發(fā)展，機械手技術(shù)的發(fā)展和應用水平也可以從一個方面驗證一個國家科學技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和水平。</p><p><b>　　2．2機械手的分類</b></p><p>　　目前世界各國對處于發(fā)展階段的機械手還沒有統(tǒng)一的分類標準，大致有以下幾

28、種分類方法。</p><p><b>　　1．按使用范圍分類</b></p><p>　　(1)固定程序的專用機械手通常根據(jù)主機的特定要求設計成固定程序(或</p><p>　　簡單的可變程序)。這種機械手多為氣動或液動。</p><p>　　氣壓傳動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是：介質(zhì)

29、李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。氣動技術(shù)有以下優(yōu)點：</p><p>　　(1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設置回收管道和容器：介質(zhì)

30、清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補充的問題．</p><p>　　(2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小(一般不卜澆塞僅為油路的干分之一)，空氣便于集中供應和遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣，造成壓力明顯降低和嚴重污染。</p><p>　　(3)動作迅速，反應靈敏。氣動系統(tǒng)一般只需要0．02s—O．3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動系統(tǒng)也能實現(xiàn)過載保護，便于自

31、動控制。</p><p>　　(4)能源可儲存。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時，機器及其工藝流程不致突然中斷。</p><p>　　(5)工作環(huán)境適應性好。在易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射、振動等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動與控制系統(tǒng)比機械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會因溫度變化影響傳動及控制性能。 </p><p>　　(6)成本低廉。由于氣動系

32、統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。傳統(tǒng)觀點認為：由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動伺服系統(tǒng)中要實現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動技術(shù)作為機器人中的驅(qū)動功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對于不太復雜的機械手，用氣動元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動機器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動化領域里，對

33、氣動機械手、氣動機器人的實用性和前景存在不少疑慮。</p><p>　　(7)可編程序的通用機械手工作程序可變，以適應不同的工作對象，通用性強，適合于以多品種、中小批量生產(chǎn)為特點的柔性制造系統(tǒng)中。</p><p>　　2．按使用行業(yè)、部門和用途分類</p><p>　　(1)工業(yè)機械手它們又可按作業(yè)類別分為鍛壓、焊接、表面噴涂、裝卸、裝配、檢測等</p>

34、<p>　　(2)采掘機械手如海洋探礦機器人的機械手等。</p><p>　　(3)軍事用途機械手</p><p>　　(4)服務機械手如醫(yī)療機械手，家用機器人(機械手)等。</p><p>　　3．按機械手運動控制方式分類</p><p>　　(1)點位控制(PTP)機器手就是由點到點的控制方式，這種控制方式只能在目標點處準確

35、控制機械手末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，完成預定的操作要求。目前應用的工業(yè)機械手中，很多是屬于點位控制方式的，如上下料搬運機械手。</p><p>　　(2)連續(xù)軌跡控制(cP)機械手機器人的各關節(jié)同時作受控運動，準確控制機器人末端執(zhí)行器按預定的軌跡和速度運動，并能控制末端執(zhí)行器沿軌跡上各點的姿態(tài)?；『?、噴漆和檢測機械手等均屬連續(xù)軌跡控制方式</p><p>　　根據(jù)力學的觀點，自由度指的是力學

36、系統(tǒng)的獨立坐標的個數(shù)。力學系統(tǒng)由一組坐標來描述。比如一個質(zhì)點的三維空間中的運動，由x，y，z三個坐標來描述；或者在球坐標系中，由r，e，(P三個坐標描述。描述系統(tǒng)的坐標可以自由的選取，但獨立坐標的個數(shù)總是一定的，即系統(tǒng)的自由度。本設計的機械手共有三個自由度，即：手臂的伸縮、手臂的上下擺動、手指的抓握。</p><p>　　2．3軀干和傳動系統(tǒng)</p><p>　　機械手的傳動分為液壓、氣壓

37、、電氣和機械四種，本設計采用綜合傳動方式，</p><p>　　即手臂采用電氣傳動，而手爪采用氣壓傳動。</p><p><b>　　(1)夾緊機構(gòu)</b></p><p>　　機械手的是抓取工件的部分。因此要準確迅速的抓起工件是設計的最起碼的要求。當我們設計手爪時，首先要知道機械手的坐標形式、運動的速度和加速度的具體要求，還要考慮被夾緊的物體

38、的重量、大小和慣性來計算。同時還要考慮手爪的開口尺寸，以保證有足夠的開口來抓取工件。為了防止工件在被夾緊是有損壞，所以我們要在手</p><p>　　爪的接觸部分加上彈性棉墊。為了防止電源臨時出現(xiàn)故障。所以我們應該對其工件加以保護。</p><p>　　夾緊機構(gòu)的形式是多樣的，有吸盤式的、有機械式的，為了簡化我們的設計，所以我們采用機械式的夾緊機構(gòu)。</p><p>

39、;　　機械式的夾緊機構(gòu)是一種應用很廣泛的一種，它主要是更能夠與人的動作相協(xié)調(diào)，可以直線運動等。本設計采用二指氣動手爪，利用PLc技術(shù)來完成其的某部分的動作。</p><p><b>　　(2)軀干</b></p><p>　　軀干是由底盤和手臂兩大部分組成的。</p><p>　　底盤是支撐機械手的重量的機構(gòu)，在本設計中只起到支撐的作用。手臂是

40、機械手的主要部分它由操作機的動力關節(jié)和連接桿件等構(gòu)成，是用于支承和調(diào)整手腕和末端執(zhí)行器位置的部件，它主要是對手爪起到一個支撐作用，其也是通過可編程控制器的脈沖信號來控制電磁閥驅(qū)動氣壓缸控制手臂完成各種運動的．</p><p><b>　　2．4 控制按鈕</b></p><p>　　控制按鈕是一種利用人手來操作，、并具有能使彈簧復位的一種控制開關，在低壓電路中，常用

41、于發(fā)布動作命令，遠距離控制各種電磁開關，再用電磁開關控制電動機等。控制按鈕常開按鈕常用設備的起動，常閉按鈕常用設備的停止。</p><p><b>　　2．5電磁式繼電器</b></p><p>　　電磁式繼電器廣泛用于電力拖動控制系統(tǒng)中，其結(jié)構(gòu)及工作原理與接觸器類似，也是由電磁機構(gòu)和觸點系統(tǒng)組成。繼電器只能用于切換電流較小的控制電路或保護電路(各觸點允許通過的電流多

42、為5A)，繼電器可對多種輸入信號量的變化作出反映，而接觸器只能對電壓信號作出反應。</p><p><b>　　第三章控制流程</b></p><p><b>　　3．1控制流程：</b></p><p>　　機械手通常處于原位，圖中sQl為下限位開關，SQ2為上限位開關，SQ3$~SQ4分別為右、左限位開關，機械手的上下

43、左右移動以及工件的夾持與松開均由電磁閥驅(qū)動氣缸來實現(xiàn)的，由電磁閥YVl控制機械手下降，YV2負責夾持及松開工件，YV3使機械手上升，YV4控制機械手右移，YV5控制機械手左移。搬運工件時，先按下起動按鈕sBl，YVl得電動作，機械手先由原位下降，碰到下限位開關sQl后Yvl失電，停止下降；電磁閥YV2動作將工件夾持，移動到右限位開關sQ3位置時，Yv4失電停止右移；YVl得電，改為下降，至碰到下限位開關SQimI，Yv2失電，機械手將工

44、件松開，放在工作臺上，為確?？煽克砷_，機械手在該位置停留2s時間，然后使YV3得電機械手上升；碰到上限位開關SQ2后，Yv3失電上升停止，YV5得電改為左移，回到原位，壓動左限位開關SQ4．Yv5失電，機械手停在原位，完成一次搬運過程，再按下起動按鈕又重復上述過程。</p><p><b>　　機械手動作順序表</b></p><p>　　3．2、繪制機械手現(xiàn)場器件與

45、PLC內(nèi)部繼電器對照表</p><p>　　根據(jù)機械手動作順序表選定的各開關、電磁閥等現(xiàn)場器件和PLc內(nèi)部等效繼電器的地址編號，得到機械手現(xiàn)場器件和PLc</p><p>　　3．3、繪制PLC與現(xiàn)場器件的連接圖。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的設計</p><p>　　4．1 PLC機型的選擇</p><p>

46、　　PLc機型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機型。進行選型時．魚叢／輸出的選擇，工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I／0接口楚監(jiān)來實現(xiàn)的，最好是選用繼電器形式輸出，還要根據(jù)絀系統(tǒng)的要求確定所需要的I／0點數(shù)。此外，PLC最主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可能是單個機器，機群或一個生產(chǎn)過程。不同型號的PLc有不同的適用范圍。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對象的復雜

47、程度，進行I／o點數(shù)和I／0點的類型(數(shù)字量、模擬量等)統(tǒng)計，列出清單。適當進行內(nèi)存容量的估計，確定適當?shù)牧粲杏嗔慷焕速M資源的機型(小、中、大形機器)，j丕應考慮到PLc的處理程度能否滿足控制的要求、編程器與外圍設備的選擇等。根據(jù)I／0點數(shù)等因素確定本設計的PLC型號為：．F1___一40MR三菱系列小型PLc具有性價比高、功能完善、指令豐富等優(yōu)點能夠滿足控制的各種要求，因此我們采用此系列的PLc來控制這個開關量系統(tǒng)。</p&g

48、t;<p>　　4．2控制系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　PLCfl~硬件設計主要是~'PLCg[-部設備的設計，硬件之PLC系統(tǒng)是當中的核心，它可以獨立的完成智能的處理。它的作用是采集起重機運行時各機構(gòu)狀況的實時數(shù)據(jù)，按其相應的程序做處理，并同時將采集的數(shù)據(jù)通過串口與監(jiān)控計算機通訊，其cPu發(fā)布指令給輸出模塊調(diào)節(jié)各機構(gòu)運行動作。硬件設計更是PLc控制系統(tǒng)的至關重要的一個環(huán)節(jié)，這關系著PL

49、C控制系統(tǒng)運行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。主要包括輸入和輸出電路兩部分。</p><p>　　1 PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設計</p><p>　　PLC供電電源一般fijAC85--240V，適應電源范圍較寬，但應該加裝抗干擾裝置，PLC輸入電路電源一般應采用Dc 24V，同時其帶負載時要注意容量，并作好防短路措施，這對系統(tǒng)供電安全和PLc安全至關重要，因為該電源的過載或短路都將影響PLc

50、的運行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲，防止短路。</p><p>　　2 PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設計</p><p>　　依據(jù)生產(chǎn)工藝要求，各種指示燈、變頻器／數(shù)字直流調(diào)速器的啟動停止應采用繼電器輸出，它適應于高頻動作，并且響應時間短：如果PLc系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下，應首選繼電器輸出，采用這種方法，輸出電路的設計簡單，抗干擾和帶負載

51、能力強。</p><p>　　如果PLc輸出帶電磁線圈等感性負載，負載斷電時會對PLc的輸出造成浪電</p><p>　　流的沖擊，為此，對直流感性負載應在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應并接浪涌吸收電路，可有效保護PLc。</p><p>　　當對于兩個重要輸出量，不僅在PLc內(nèi)部互鎖，建議在PLc外部也進行硬件上的互鎖，以加強PLc系統(tǒng)運行的安全性、可靠性

52、。</p><p>　　對于常見的AC220V交流開關類負載，例如交流接觸器、電磁閥等，應該通過DC24V微小型中間繼電器驅(qū)動，避免PLc的D0接點直接驅(qū)動，盡管PLc手冊標稱具有AC220V交流開關類負載驅(qū)動能力。</p><p><b>　　3行程開關：</b></p><p>　　行程開關又稱限位開關，用于控制機械設備的行程及限位保護。在

53、實際生產(chǎn)中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。</p><p>　　4．3 PLC控制系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　在進行硬件設計的同時可以著手軟件的設

54、計工作。軟件設計的主要任務是根據(jù)控制要求將工藝流程圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，這是PLC應用的最關鍵的問題，程序的編寫是軟件設計的具體表現(xiàn)。在控制工程的應用中，良好的軟件設計思想是關鍵，優(yōu)秀的軟件設計便于工程技術(shù)人員理解掌握、調(diào)試系統(tǒng)與日常系統(tǒng)維護。</p><p>　　1 PLC控制系統(tǒng)的程序設計思想</p><p>　　由于生產(chǎn)過程控制要求的復雜程度不同，可將程序按結(jié)構(gòu)形式分為基本程序</p

55、><p><b>　　和模塊化程序。</b></p><p>　　基本程序：既可以作為獨立程序控制簡單的生產(chǎn)工藝過程，也可以作為組合模塊結(jié)構(gòu)中的單元程序：依據(jù)計算機程序的設計思想，基本程序的結(jié)構(gòu)方式只有三種：順序結(jié)構(gòu)、條件分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　模塊化程序：把一個總的控制目標程序分成多個具有明確子任務的程序模塊，分別編寫和調(diào)試，最

56、后組合成一個完成總?cè)蝿盏耐暾绦?。這種方法叫做模塊化程序設計。我們經(jīng)常采用這種程序設計思想，因為各模塊具有相對獨立性，相互連接關系簡單，程序易于調(diào)試修改。特別是用于復雜控制要求的生產(chǎn)過程。</p><p>　　2 PLC控制系統(tǒng)的程序設計要點</p><p>　　PLc控制系統(tǒng)I／O分配，依據(jù)生產(chǎn)流水線從前至后，I／0點數(shù)由小到大：盡可能把一個系統(tǒng)、設備或部件的I／0信號集中編址，以利于維

57、護。定時器、計數(shù)器要統(tǒng)一編號，不可重復使用同一編號，以確保PLc工作運行的可靠性。程序中大量使用的內(nèi)部繼電器或者中間標志位(不是I／O位)，也要統(tǒng)一編號，進行分配。</p><p>　　在地址分配完成后，應列出I／0分配表和內(nèi)部繼電器或者中間標志位分配表。彼此有關的輸出器件，如電機的正／反轉(zhuǎn)等，其輸出地址應連續(xù)安排，如Q2．0／Q2．1等。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的設計<

58、/p><p>　　5. 1程序設計思路</p><p><b>　　繪制梯形圖程序：</b></p><p>　　機械手搬運工件時，按如下步驟自動進行。</p><p>　　(1)機械手處于原位(第0步)運行時，先按下復位按鈕SB2，x406閉合，單脈沖指令使輔助繼電器M200產(chǎn)生一個脈沖，使移位寄存器復位。因此，移位寄存器

59、的常閉觸點M10卜一M107均為閉合狀態(tài)。同時，因機械手在原位，上限位開關SQ2，左限位開關sQ4均處于壓合狀態(tài)，相對應的輸入點x402、x404均閉合，使移位寄存器首位M100置“n輸出繼電器Y430得電，原位指示燈HL亮。</p><p>　　(2)第一次下降(第一步)按下起動按鈕sBl，x4()(】接通產(chǎn)生移位信號，使M100右移一位，則M101為“n從而使Y431得電，執(zhí)行下降動作；同時M10l常開觸點斷

60、開，使M100置“0”，完成第0步到第一步的轉(zhuǎn)變；M10l常開觸點閉合，又為下一次轉(zhuǎn)換做好準備。機械手下降過程中，上限位開關SQ2復位，x402斷開，M100保持為O。</p><p>　　(3)夾持工件(第二步)下降到位時，下限位開關sQl被壓合，x40l閉合，從而產(chǎn)生移位信號，M100的“O”態(tài)移到M102得電，使Y43l失電，下降停止；同時M10l的“l(fā)”態(tài)移到M102，使M20l得電并保持，通過：M201

61、的保持觸點使Y432，T450同時得電，驅(qū)動Y432夾持工件并開始計時。</p><p>　　(4)第一次上升(第三步)T450延時3s后，其常開觸點接通，產(chǎn)生移位信號，使M103為“1”，M102為“0”于是Y433得電，驅(qū)動電磁閥YV3執(zhí)行上升動作。由于：M20l的保持作用，Y432不會失電，工件一直處于保持夾緊狀態(tài)，機械手帶重物上升。</p><p>　　(5右移(第四步)上升到位，

62、上限位開關SQ2被壓合，x402接通，產(chǎn)生移位信號，使M104為1，M103為0，Y433失電，停止上升；輸出繼電器Y434得電，驅(qū)動電磁閥YV4使機械手右移。右移離開原點后，X404常開觸點斷開，M100仍保持為0。</p><p>　　(6)第二次下降(第五步)右移到右限位開關S03動作時，接通X403，又產(chǎn)生移位信號，使M105為“l(fā)”，M104為“O”。從而使Y434失電，停止右移，Y43l再次得電，驅(qū)動

63、電磁閥YVl，執(zhí)行第二次下降動作。</p><p>　　(7)松開工件(第六步)下降到位，再次壓合sQl使x401接通，產(chǎn)生移位信號，M106為“n M105為“0”。Y43l失電，下移停止；M201被復位，進而使Y432失電，夾持的工件被松開，放在右工作臺上；同時T450得電，開始松開計時</p><p>　　(8)第二次上升(第七步)T45l延時2s后，其觸點接通，產(chǎn)生移位信號，使M1

64、07為“l(fā)”，M106為“O”。Y433再次得電，機械手空載上升。</p><p>　　(9)左移(第八步)上升到上限位開關處，再次壓合S02，x402接通，產(chǎn)生移位信號，使Mll0為“n M107為“0”從而使Y433失電，停止上升，Y435得電，機械手左移。</p><p>　　(10)回到原位，左移到原位時，壓下左限位開關S04，x404接通．產(chǎn)生移位信號，使M1ll為“1”，M11

65、0為“0”。Y435失電，機械手停在原點位置。</p><p>　　想要再次起動，只有按下復位按鈕SB2，X406閉合，使M10卜一M107復位后，才能重新開始。</p><p>　　5. 2梯形圖如下：</p><p><b>　　指令表如下：</b></p><p><b>　　5. 3部分調(diào)試圖<

66、/b></p><p><b>　　運行結(jié)果截圖：</b></p><p><b>　　第六章設計小結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過兩個星期的設計，機械手PLC控制系統(tǒng)的程序，已成功地通過了模擬手動、單步、單周期、連續(xù)等運行的調(diào)試，證明本設計的硬件、軟件部分基本都能達到預期要求，能可靠地控制機械手動作，達到機械手

67、所要求的技術(shù)性能。</p><p>　　系統(tǒng)的分析與設計過程也是對學習的總結(jié)過程，更是進一步學習和探索的過程。在這過程中，我對利用可編程控制器進行控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)有了深刻的認識，對機械手的工作原理有了進一步的掌握，對控制系統(tǒng)的分析與設計有了切身的認識和體會，并在學習和實踐過程中增長了知識，豐富了經(jīng)驗?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設計是一項復雜的系統(tǒng)工程，必須嚴格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運行與調(diào)試的過程來進行。

68、系統(tǒng)的分析與設計是一項很辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程。在設計過程中，要邊學習，邊實踐，遇到新的問題就不斷探索和努力，即可使問題得到解決。</p><p>　　同時，在本次設計中，也深刻體會到理論和實踐相集合的重要性。雖然之前收集了大量的資料但在實際應用中卻有很大差異，出現(xiàn)了許多意想不到的問題。但經(jīng)過長時間的摸索最終還是設計出達到要求的系統(tǒng)。由于時間緊迫，有些設計工作還有待完善，在以后的工作中我會繼續(xù)努力

69、,不斷提高自己的技術(shù)水平，以適應未來的激烈競爭形勢。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　《可編程控制器原理與應用》 主編：周惠文 電子工業(yè)出版社 北京，2007.8 </p><p>　　《可編程控制器原理與應用》 主編：涂明武 北京航空航天出版社 北京，2008.8 </p><p>

70、;　　《PLC操作實訓（三菱）》 主編：孫德勝 李偉 機械工業(yè)出版社 北京，2007.9 </p><p>　　《PLC應用技術(shù)》 主編：馮新強 北京郵電大學出版社 北京，2009.4 </p><p>　　《變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合運用技術(shù)》主編：岳慶來 機械工業(yè)出版社 2006</p><p>　　《電氣控制及PLC》主編：胡曉明 機械工業(yè)出版