基于plc的機械手控制系統(tǒng)畢業(yè)設計說明

1、Xinyu University畢業(yè)設計(論文)基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設計學生:何友良學 號:1201231016專 業(yè):電氣工程與其自動化指導教師:富珍 副教授學 院:電氣與電子工程·新余38 / 46獨創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）是本人在指導教師指導下進行的研究工作與取得的研究成果。其中除加以標注和致的地方，以與法律規(guī)定允許的之外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫完成并以某種方式公開過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構的學位或證書而作的材料。其他同志對本研究所做的任何貢獻均已在文中作了明確的說明并表示意。本畢業(yè)設計（論文）成果是本人在新余學院期間在指導教師指導下

2、取得的，成果歸新余學院所有。特此聲明。作者簽名（手寫）： 簽名日期： 年 月 日使用授權書本畢業(yè)設計（論文）作者與指導教師完全了解新余學院有關保留、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，有權保留并向國家有關部門或機構送交畢業(yè)設計（論文）的復印件和磁盤，允許畢業(yè)設計（論文）被查閱和借閱。作者簽名（手寫）： 指導教師簽名（手寫）：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日論文題目：基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設計專 業(yè)：電氣工程與其自動化學生：何友良指導教師：富珍 副教授摘 要隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，工業(yè)自動化技術越來越高，生產(chǎn)工況也有趨于惡劣的態(tài)勢，這對一線工人的操作技能也提出了更高的要求，同時操作工人的工作安

3、全也受到了相應的威脅。工人工作環(huán)境和工作容也要求理想化簡單化，對于一些往復的工作由機械手遠程控制或自動完成顯得非常重要。這樣可以避免一些人不能接觸的物質(zhì)對人體造成傷害，如冶金、化工、醫(yī)藥、航空航天等。在機械制造業(yè)中，機械手應用較多，發(fā)展較快。目前主要應用于機床、模鍛壓力機的上下料以與焊接、噴漆等作業(yè)，它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，有些還具備有傳感反饋能力，能應付外界的變化。應用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以與機器的裝配等的自動化程度，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)機械化和自動化的步伐。本文主要論述了基于PLC設計的機械手控制系統(tǒng)。首

4、先，對可能用到的可編程控制器進行了相關的介紹，再選擇設計所用到的PLC型號。然后，通過對機械手的控制方式與各功能的實現(xiàn)方式進行研究，確定各功能的實現(xiàn)方案和設計控制系統(tǒng)所用到的器材。最后，對PLC控制系統(tǒng)的軟件程序和硬件結構進行設計。關 鍵 詞：工業(yè)自動化；可編程控制器；機械手；遠程控制；傳感反饋Title: Design of manipulator based on PLC controlSpecialty: Electrical Engineering and automationApplicant: Youliang HeSupervisor: Fuzhen Xie associate

5、professorAbstractWith the development of modern industrial technology, industrial automation technology is more and more high, the production conditions also tended to bad situation, the front-line workers skills also put forward higher requirements, and the operation safety of workers has also been

6、 a corresponding threat. The workers work environment and work content also requires ideal for some simple, reciprocating work by robot remote control or automatic completion is very important This can avoid some people can not contact with the human body damage, such as metallurgy, chemical, pharma

7、ceutical, aerospace, etc.In the mechanical manufacturing industry, the application of mechanical hand more, the development of faster. At present, it is mainly used in machine tools, forging press under the material and welding, painting and other operations, it can be in accordance with pre establi

8、shed operating procedures to complete the prescribed operation, and some also have with sensor feedback ability, can cope with external changes. Application of the manipulator, to improve the material transfer, workpiece loading and unloading, tool replacement and machine assembly automation, which

9、can improve labor productivity, reduce production costs, accelerate the pace of industrial production mechanization and automation.This paper mainly discusses the design of manipulator control system based on PLC. First, the possible use of the programmable controller is related to the introduction,

10、 and then choose the design of the PLC model. Then, through the control mode of the manipulator and the realization way of each function, the realization scheme of each function and the equipment used in the design control system are determined. Finally, the software program and hardware structure o

11、f PLC control system are designed.Keywords:industrial;automation programmable controller ;manipulator； Remote control；sensor feedback目錄1 緒論11.1 課題背景11.2 機械手的定義與分類11.3 機械手的應用與相關組成21.4 機械手的發(fā)展趨勢31.5 總體設計要求32 PLC的介紹與選擇52.1 PLC的特點52.2 PLC的選型52.3 三菱FX系列的結構功能62.4 PLC的保護73 機械手系統(tǒng)組成93.1 機械手模型的機能特性93.2 夾緊機構93.

12、3 軀干93.4 旋轉(zhuǎn)編碼盤104 控制系統(tǒng)設計114.1 控制系統(tǒng)硬件設計114.1.1 PLC梯形圖中的編程元件124.1.2 PLC的I/O分配124.1.3 機械手控制系統(tǒng)的外部接線圖134.2 控制系統(tǒng)軟件設計144.2.1公用程序144.2.2自動操作程序154.2.3 手動單步操作程序244.2.4 回原位程序294.3 PLC程序的上載和下載344.3.1 PLC程序的上載344.3.2 PLC程序的下載345 設計總結355.1 總結355.2 展望35參考文獻37致 391 緒論1.1 課題背景在我國飛速發(fā)展的現(xiàn)代化經(jīng)濟中，工業(yè)生產(chǎn)力的高低是衡量發(fā)展快慢的重要因素。在不斷發(fā)

13、展的工業(yè)經(jīng)濟中，操作工人的生產(chǎn)環(huán)境愈加惡劣，這使得在要求提高工人操作技能的同時，也使他們的工作安全也受到了不同程度的威脅。隨著一系列現(xiàn)代化設備的推進，大大的減輕了操作工人的勞動強度，對于以前那些操作困難、操作危險的工業(yè)操作，都是通過操作工人遠程控制自動化設備自動完成生產(chǎn)的。這不但可以避免一些有害物質(zhì)對操作工人的傷害，還可以提高工廠的生產(chǎn)效率。在各國的工業(yè)制造中，機械手技術是應用最為廣泛的一種技術1。它能夠按照人們的事先要求完成相應的操作，有的機械手還帶反饋能力，能夠根據(jù)生產(chǎn)條件的變化自動的調(diào)整生產(chǎn)操作，使生產(chǎn)的質(zhì)量和穩(wěn)定性得到提高。目前在一些生產(chǎn)的機床和焊接的行業(yè)中，得到大量的應用。機械手的使

14、用不但縮減了工業(yè)的生產(chǎn)成本，還提高了工業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，促進了社會的現(xiàn)代化發(fā)展。機械手技術是一門涉與多領域的跨學科綜合性技術。近年來，機械手的發(fā)展越加的迅速，電子技術、計算機技術、傳感器技術以與一些最新的技術也在機械手中有了應用2。機械手技術的使用，已經(jīng)是我國的工業(yè)發(fā)展的重要組成部分。PLC技術能夠遠程的控制工業(yè)生產(chǎn)對象，實現(xiàn)工業(yè)的自動化生產(chǎn)。PLC技術在機械手中的應用，在滿足完成工業(yè)生產(chǎn)操作的同時，也大大的改善了工人的操作環(huán)境，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，對自動化技術的發(fā)展有著重要的意義。同時，機械手可以能夠借助軟件的編程，對不同的生產(chǎn)對象，完成不同的控制，提高了生產(chǎn)的效率。目前，在一些對人力要

15、求較高的工業(yè)中，基本上都有使用機械手技術，用來減輕人力的需求和更好的控制，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的最大化。機械手有著40多年的發(fā)展歷史，是一種類似于機器人的生產(chǎn)設備。它能夠完成事先編輯好的操作程序，在各種工業(yè)條件都能有條不紊的作業(yè)。它有著人的智能性和機器的適應性，在現(xiàn)代化經(jīng)濟發(fā)展中有著廣闊的前景。1.2 機械手的定義與分類機械手是一種能夠在各種條件下工作的設備，它的工作主要是模仿人手的操作，并且可以通過改變控制程序?qū)崿F(xiàn)不同的操作的多功能機器3。機械手因其對工業(yè)生產(chǎn)具有積極作用而被人們所認識。因它能代替人們在一些條件惡劣的場合，在保證生產(chǎn)質(zhì)量的同時完成生產(chǎn)工序，大大的提高了工業(yè)生產(chǎn)率，受到了各國的強烈重視。尤

16、其在一些帶有放射性和強污染性的場合，投入研究的財力和物力更加之多。機械手大致可分為三類。第一類獨立機械手，第二類人工操作機械手，第三類專用機械手。獨立機械手又可稱為通用機械手，獨立機械手顧名思義就是獨立的不需要人工操作的機械手，而且它不附屬于主機，在擁有一般機械手傳統(tǒng)功能的同時還擁有記憶智能功能。人工操作機械手簡稱操作機，它由原子和軍事工業(yè)發(fā)展而來，后來發(fā)展到通信行業(yè)，在星球的探測中用通信設備控制機械手對星球進行探測。專業(yè)機械手是專門用來工廠機床的下料和傳送的機械手，它一般附屬于自動生產(chǎn)的生產(chǎn)線上或生產(chǎn)機床上，除少數(shù)工序外，它的操作工序都是由主機驅(qū)動且固定地為主機服務。本設計所設計的機械手屬于

17、獨立機械手，即通用機械手。1.3 機械手的應用與相關組成目前，機械手應用已經(jīng)觸達各個領域。在熱加工方面，對人們不能勝任的高溫鍛造工業(yè)中，機械手可以實現(xiàn)自動化完成下料和鑄造，大大的減輕了操作負擔，提高了生產(chǎn)質(zhì)量好生產(chǎn)效率；在冷加工方面，對生產(chǎn)過程中的零配件進行下料和安裝，代替人的手工操作，已經(jīng)成為生產(chǎn)線上的重要設備；甚至在拆、裝、修方面也有應用，例如在勞動強度高的鐵路部門，利用機械手拆裝鐵路的閥門，清除路況等，大大的降低了工人的勞動強度。機械手主要由：用于執(zhí)行動作的執(zhí)行機構和用于驅(qū)動各動作運動的驅(qū)動機構，以與用于控制機械手運動的控制系統(tǒng)構成。執(zhí)行機構又由用來支撐整個機械手的軀干和手臂、手爪組成。

18、手臂是用來引導機械手抓取物體的部件，在手爪抓取物體后并承擔運輸?shù)娜蝿?，將抓取的物體運送到該工件需要加工的位置，手臂還應具有多個自由度，能夠自由的旋轉(zhuǎn)，以完成機械手工作過程的精準。手爪是用來模仿人類手指的功能，能夠?qū)ξ矬w進行抓取，手爪的手指數(shù)量可以根據(jù)工作的需求設計出不同的手指數(shù)4-6。驅(qū)動機構是用來驅(qū)動機械手各部件運動的機構。目前應用最多的驅(qū)動技術主要是電氣驅(qū)動和氣壓驅(qū)動，當然在一些自動化工業(yè)生產(chǎn)還有一些其他驅(qū)動技術，如液壓驅(qū)動和機械驅(qū)動等。控制系統(tǒng)時用來控制機械手加工的順序，加工的快慢和在加工過程中加入適當?shù)难訒r，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運行的裝置。在機械手中一般采用PLC作為它的控制系統(tǒng)，PLC控制系

19、統(tǒng)它的可靠性比較高，使用方便，編程也相對簡單，完全能夠滿足以點動和連動為主的機械手控制。在控制過程中，首先需要弄清機械手所要完成的操作步驟，然后根據(jù)操作步驟設計合理的控制程序，用來控制機械手的運行。在一些復雜的生產(chǎn)工藝中，有的還采用計算機控制系統(tǒng)等對機械手進行控制。本設計采用的是小型PLC控制系統(tǒng)。1.4 機械手的發(fā)展趨勢隨著社會的不斷進步，各種技術也在不斷的完善。機械手技術的性能也在不斷的提高，目前，機械手發(fā)展的方向主要有以下幾個方面：1.加大在熱加工行業(yè)的應用熱工業(yè)行業(yè)因其工作溫度高，工作環(huán)境復雜。這使得工業(yè)的生產(chǎn)受到了一定的影響，機械手技術能夠很好的解決這一現(xiàn)況，為鍛造、焊接、熱處理等加

20、工行業(yè)提供很好的服務。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，機械手在這些熱加工行業(yè)的使用也將逐步的擴大。 2.提高機械手的工作性能目前，市場的機械手性能優(yōu)劣不一，價格也不盡一樣，性能的好壞會直接影響到生產(chǎn)的質(zhì)量和效率?？焖傩院推椒€(wěn)性是衡量機械手性能的主要指標，提高二者的性能必定是機械手今后發(fā)展的有力方向。3.發(fā)展新型組合式機械手 從工業(yè)的長遠發(fā)展來說，拓展和更新功能越強的機械手，其發(fā)展前景越好；但是這類機械手的生產(chǎn)成本過于高昂，使的這類機械手的推廣受到了限制；而專用機械手雖然價格低廉，但是其適用性遠不如功能全面的機械手。為了使機械手的應用領域拓寬和更好的發(fā)展，組合式機械手將會是一種具有發(fā)展前途的機械手7。組合式

21、機械手可以根據(jù)工業(yè)的實際需求，將機械手的基本部件進行基本的組合，完成工業(yè)生產(chǎn)的目的。4.開發(fā)具有觀感能力的智能機械手 對于一些需要人工判斷的場合如事故、障礙和情況變化的場合，傳統(tǒng)的機械手已經(jīng)不能夠代替人的工作了。因此，需要對機械手提出更高的要求，設計出具有感官能力的智能型機械手能很好的解決這一現(xiàn)況。這種機械手對于一些精密的操作方面，有著不錯發(fā)展前景。1.5 總體設計要求1. 機械手結構圖 圖1-1 機械手結構圖2.機械手工作流程 機械手工作流程是:運行機械手后，首先判斷當前機械手是否在初始位置，如若不在，通過電機的驅(qū)動使機械手回到原來位置；然后開始由電機驅(qū)動，使機械手完成前伸動作，到達位置后，

22、電機驅(qū)動手爪旋轉(zhuǎn)，通過檢測元件檢測限位磁頭所在的位置，使電動機停止工作；由PLC控制手爪的開，經(jīng)過一段延時后，電機驅(qū)動機械手向下運動，下降到一定位置后，PLC又控制手爪的閉合；再經(jīng)過一段延時后，電機又驅(qū)動機械手向上運動，同時驅(qū)動機械手的手臂、底盤運動；當機械手到達規(guī)定位置后，又驅(qū)動機械手完成前伸動作，前伸到一定位置后旋轉(zhuǎn)并向下運動，到達規(guī)定位置后，手爪開；再經(jīng)過一段延時使機械手回到初始位置，接著進行下一周期運動8。3. 控制要求能夠按控制要現(xiàn)手爪抓取物件后，手臂能夠完成上下左右的運動，手腕能夠在電機的驅(qū)動下按控制做出旋轉(zhuǎn)，機械手能夠完成整個工序周期所有的操作動作。2 PLC的介紹與選擇2.1

23、PLC的特點PLC控制器由繼電器控制技術、計算機技術等發(fā)展而來的，如今已經(jīng)使用的非常廣泛，在各個領域都有應用9。它的核心部件是微型處理器，通過編輯程序?qū)崿F(xiàn)對機器的控制、計數(shù)等功能，還可以改變輸入/輸出方式來控制各環(huán)節(jié)的機械制造過程。PLC的特點主要包括:(1) 較高的可靠性：在PLC中每個I/O接口都是相對獨立的，各個模塊之間都有相應的抗干擾屏蔽措施，PLC所使用的部件都是通過嚴格的篩選，且具有較好的自我診斷能力，一旦運行發(fā)生異常，CPU就會立即采取相關控制措施，防止故障的進一步擴大；在一些要求比較高的場合還采用了多CPU結構，使設備的穩(wěn)定性更加可靠。(2) I/O接口豐富：PLC的接口針對在

24、不同的使用場合，有不同的接口模塊用來對設備進行通信和控制(3) 模塊化的結構：PLC的各個功能都是通過不同的模塊實現(xiàn)的，每個模塊之間相互獨立，可以人為的根據(jù)對設備的需求自由的組合。(4) 編程語言簡單：PLC使用的編程相對簡單，通常采用梯形圖的形式，并不需要其他學科的專業(yè)知識，能夠很快的被操作人員所熟悉掌握。(5) 安裝、維修簡易：PLC能在各種環(huán)境下工作，不需要建立獨立的機房。將各設備的接口與相對應的PLC接口連接，就可以直接投入生產(chǎn)運行。PLC每個模塊都有正常工作和故障報警指示的裝置，對用戶了解生產(chǎn)狀況有著極大的幫助。 總而言之，PLC類似于一臺計算機，它能夠適應各種惡劣的環(huán)境，且功能豐富

25、；在工業(yè)的生產(chǎn)中得到了較多的應用。2.2 PLC的選型在選擇PLC的型號時，我們除了要考慮PLC的I/O接口點數(shù)、指令條數(shù)等PLC性能外，還需要考慮它的經(jīng)濟性和實用性以與工作環(huán)境的影響10。 1.常用PLC類型 PLC技術經(jīng)過這些年的發(fā)展，技術已經(jīng)相當成熟。不同廠家生產(chǎn)的PLC在側(cè)重功能上也不盡一樣；因此，我們在選擇PLC要根據(jù)設計所需的功能，合理地選擇PLC型號。西門子公司生產(chǎn)的PLC，在我國的各個行業(yè)應用已經(jīng)相當廣泛。他們生產(chǎn)PLC不僅活躍在工業(yè)自動化控制方面，就連基礎設施建設方面也與涉與。OMRON S7-200系列的PLC在置功能和通訊方面有著突出的特點，而且使用的編程軟件Micro/

26、win也簡單易學。歐姆龍的PLC設計趨于小型化。SYSMAC CPM1A只有一PC卡那么大，在大幅度縮減安裝體積的同時，也節(jié)省了PLC控制臺的空間。它還具有一些小型PLC不具備的功能，它能夠連接程序的終端，塑造出全新的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。三菱公司生產(chǎn)的FX系列PLC在國國外都獨具特色，是當前的最新PLC的代表。這種PLC具備以往PLC所有的指令，還能夠使用梯形圖編輯程序和對一些需要有步驟的機械流程進行順序功能設計，并且這些程序之間都是可以相互變換的。三菱PLC中還采用高速計數(shù)器，能夠?qū)^電器產(chǎn)生中斷處理，拓寬了PLC的使用圍。2. 確定使用型號FX1N-60MR 在選擇使用PLC控制系統(tǒng)與其他控制系

27、統(tǒng)時，應該盡量的提高所選器材的性價比，并且在維修和使用方面都要相對簡單；所選擇的PLC要保證能夠?qū)崿F(xiàn)相應的控制要求；不宜選用較落后的PLC機型，盡量選用功能完善的PLC新機型。同時還要為長遠考慮，對以后工藝的拓寬留有余量；所選用的系統(tǒng)要能夠平穩(wěn)可靠運行11。本設計選用三菱的FX1N為核心部件。FX系列的PLC是原來的F系列的替代品，是近些年三菱公司推出的新型PLC，它的體積相對較小，性價比較高在各領域得到了廣泛應用。3. FX1N的優(yōu)越性 FX1N的CPU處理速度相對較高，完成一個指令只需要0.065us。設備的RAM存儲器達到了64k。擁有兩百多條指令，更加完善了指令功能12。 置元件中還增

28、加了新的指令：定位指令。能夠?qū)崿F(xiàn)對表格、中斷單速等的定位。還置了6個100KHZ的計數(shù)器，能夠進行多相多頻計數(shù)。 在通信方面上，有高達115.2kbps的通信口，而且能同時使用多個通信口。還增加了新的I/O適配器，這些新的適配器并不占用原來的系統(tǒng)I/O點數(shù)，使用也相對方便，可以連接多臺適配器，實現(xiàn)多路高頻高速計數(shù)的功能。2.3 三菱FX系列的結構功能PLC實質(zhì)是應用在工業(yè)上的一臺微型計算機，且結構也計算機類似。CPU、I/O接口、存儲器是PLC的主要組成部分。因為它的程序接口與微機的程序接口有差異，使得它的編程語言以與操作方式也與微機有所差異。PLC的定時、計數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換等功能都是通過微處理器

29、采用編程的形式進行聯(lián)系實現(xiàn)的。幾乎所有的PLC硬件組成結構都一樣，圖2-1為PLC結構示意圖；在PLC中數(shù)據(jù)的傳送和指令的傳送都是通過總線的結構而進行的，編程器則為用戶提供編輯控制程序而被作為PLC的外設13。輸入接口電源SB位置開關SQ接觸器觸點KM電磁閥YAKM外電源輸出接口 用戶存儲器系統(tǒng)存儲器中央處理器手持編程器或計算機計算機圖2-1 PLC結構示意圖PLC的運行過程大致可描述為：首先，外部輸入信號經(jīng)PLC輸入端進入PLC部的存儲器，存儲器對這些信號的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進行收集和鎖存；再由CPU14按生產(chǎn)的實際要求對這些信號進行處理和運算；最后，將處理結果傳送到輸出端使執(zhí)行結構產(chǎn)生動作，完成對

30、現(xiàn)場設備的控制。2.4 PLC的保護由于電感類元件，在電路的通斷時會產(chǎn)生較高的電壓，對PLC的I/O結口將造成損壞，所以需要在元件的兩端采取相應的保護措施。當使用的是直流電源時，應該通過采取接入續(xù)流二極管的方式對電路進行保護；而當使用的是交流電源時，則需要通過接入阻容電路的方式對電路進行保護。圖2-2為PLC的I/O端口保護電路示意圖。圖2-2 I/O端的保護3 機械手系統(tǒng)組成3.1 機械手模型的機能特性我們生活的空間是一個三維的空間，任何物體所在的位置都可以由三個坐標和方向來確定；因此，只要求得所要搬運物體的位置坐標和位置方向，就能確定物體的具體位置。機械手是一種用來替代人手的設備，每完成一

31、個動作都需要有一個自由度，而制造的成本也與自由度的多少息息相關，自由度越多，成本也就越高。3.2 夾緊機構手爪是機械手的抓取結構。設計一臺合格的機械手除了要考慮良好的靈敏度和準確性外，還需要考慮被夾物體的形狀、大小、重量等因素來合理的設計機械手手爪的結構。手爪的夾緊力要設計合理，不能損壞被夾物體，可以在手爪鑲嵌彈性的墊片或軟質(zhì)的材料來保護被夾物體；同時還應有自鎖的結構，防止當機械手因突然斷電而使物體損落。機械手的手爪結構形式多樣，有的甚至還帶有傳感裝置；在工業(yè)生產(chǎn)中最常見的有機械式、電磁式、吸盤式等。機械式的手爪因其功能豐富、種類繁多，而被大量的應用在各種工業(yè)場合。本設計采用到是二指機械式手爪

32、，手爪的開閉由PLC控制電磁閥的通斷來控制，手爪的回旋則由一臺直流電動機和兩個限位開關共同作用控制。3.3 軀干軀干主要由底盤和手臂構成。 底盤在機械手中的作用是用來承載重物和帶動手臂運動的機構。它由一臺直流電動機和旋轉(zhuǎn)編碼盤與限位開關組成。正常工作時，直流電動機驅(qū)動底盤旋轉(zhuǎn)并帶動編碼盤一起運動，底盤每發(fā)出一個脈沖信號旋轉(zhuǎn)的角度就為3度，這些脈沖信號由傳感器檢測并傳入到PLC中；因此，只要知道發(fā)出脈沖的個數(shù)，就能夠知道底盤旋轉(zhuǎn)的角度。手臂是用來連接和承載手爪運動的重要機構。它由PLC控制電動機的運轉(zhuǎn)情況來控制絲桿和螺母的運動，同時采用限位開關對這些運動進行限位，保證運動的精準和高效率運行。3.

33、4 旋轉(zhuǎn)編碼盤 旋轉(zhuǎn)編碼盤的結構示意圖如圖3-1所示。圖3-1 旋轉(zhuǎn)編碼盤機械手每旋轉(zhuǎn)3度就發(fā)出一個信號脈沖，只要改變PLC15程序計數(shù)器中的數(shù)值，就可以完成不同角度的旋轉(zhuǎn)。本設計選用器材如表3-1.表3-1 設計選用器材名稱型號或規(guī)格數(shù)量名稱型號或規(guī)格數(shù)量PLCFX1N-60MR1限位開關LX19-1118電磁閥VF31301轉(zhuǎn)換開關LW6-51按鈕LA10-1H13熔斷器RC1A-30/152連接導線若干4 控制系統(tǒng)設計4.1 控制系統(tǒng)硬件設計設計出的機械手要能夠?qū)崿F(xiàn)手動控制和自動控制等控制方式，且正在工作的方式要能夠簡單明了的從操縱面板上反映出來。系統(tǒng)的控制面板如圖4-1所示，旋鈕開關可

34、以控制機械手的手動和連動；當控制開關撥向手動時，機械手的每一步動作都需要按下相應的動作按鈕才能夠?qū)崿F(xiàn)；當控制開關撥向自動時，機械手能夠連續(xù)且循環(huán)的完成每一步動作；控制開關撥向回原點時，機械手又自動的原位待命。上升回原位停止啟動底盤順轉(zhuǎn)手順轉(zhuǎn)夾緊下降前進后退放松底盤反轉(zhuǎn)手反轉(zhuǎn)手動自動回原位圖4-1 控制面板圖4.1.1 PLC梯形圖中的編程元件本設計采用FX1N-60MR16系列PLC，其部元件如表4-1所示。表4-1 部元件表名稱點數(shù)或用途名稱點數(shù)或用途輸入繼電器(X)36點 數(shù)據(jù)寄存器(D)存儲數(shù)據(jù)輸出繼電器(Y)24點特殊繼電器M8000運行監(jiān)控輔助繼電器(M)384點特殊繼電器M8002

35、初始化脈沖狀態(tài)繼電器(S)1000點特殊繼電器M8005電池異常報警定時器(T)256點特殊繼電器M801110ms時鐘脈沖計數(shù)器(C)計數(shù)特殊繼電器M80121s時鐘脈沖特殊繼電器M8013100ms時鐘脈沖特殊繼電器M801460s時鐘脈沖4.1.2 PLC的I/O分配機械手的PLC輸入、輸出分配如表4-2所示。表4-2 I/O分配表輸入信號輸出信號手動SAX0上升/下降步進電機YA0Y0回原位SAX1YA1Y1連續(xù)SAX2YA2Y2回原位SB1X3前進/后退步進電機YA3Y3啟動SB2X4YA4Y4停止SB3X5YA5Y5下降SB4X6夾緊YA6Y6上升SB5X7手順轉(zhuǎn)YA 7Y7夾緊S

36、B6X10手逆轉(zhuǎn)YA 8Y10松開SB7X11底盤順轉(zhuǎn)YA 9Y11手順轉(zhuǎn)SB8X12底盤逆轉(zhuǎn)YA10Y12手逆轉(zhuǎn)SB9X13底盤順轉(zhuǎn)SB10X14底盤逆轉(zhuǎn)SB11X15下限位SQ1X16上限位SQ2X17前限位SQ3X20續(xù)表4-2輸入信號后限位SQ4X21底盤順限位SQ5X22底盤逆限位SQ6X23手順限位SQ7X24手逆限位SQ8X25底旋轉(zhuǎn)脈沖X26前行SB12X30后退SB13X314.1.3 機械手控制系統(tǒng)的外部接線圖 PLC外部接線示意圖如圖4-2所示圖4-2 PLC外部電氣接線4.2 控制系統(tǒng)軟件設計公用程序、手動程序、自動程序以與回原位程序是機械手控制系統(tǒng)的軟件程序的主要組成

37、部分16，其結構如圖4-3所示。自動程序把工作順序一樣的單步運動程序和連續(xù)運動程序編在一起。本設計中應用最多的是條件跳轉(zhuǎn)指令CJ，該指令能夠按要求跳轉(zhuǎn)程序，并從指針標號PX處繼續(xù)執(zhí)行下一條程序，能夠減少不必要的程序執(zhí)行時間。當PLC執(zhí)行“手動”的工作方式時，PLC執(zhí)行完公用程序?qū)⒂锰D(zhuǎn)指令，直接跳轉(zhuǎn)到“手動程序”并執(zhí)行；當PLC執(zhí)行“自動”的工作方式時，PLC則只執(zhí)行公用程序和自動程序；同樣，當PLC執(zhí)行“回原位”工作方式時，PLC只執(zhí)行公用程序和回原位程序。圖4-3 程序結構圖4.2.1公用程序 公用程序如圖4-4所示。Y6為復位鍵，X21和X17分別為后限位和上限位，當Y6、X21、X1

38、7和輔助繼電器M0接通時，表示機械手在原位。若執(zhí)行用戶程序時，機械手處于手動狀態(tài)或回原位狀態(tài)，則M10被初始化置位，為自動狀態(tài)做好準備。在輔助繼電器M0斷開時，M10被復位，PLC是不能夠進入自動工作方式的。ZRST是全部復位指令，能夠使所有繼電器復位。圖4-4 公用程序梯形圖4.2.2自動操作程序 自動操作流程如圖4-5所示。機械手在初始位置的時候，按下X4啟動，運行狀態(tài)S1，使完成動作前伸Y3接通，前伸到限位值后X20接通；狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至S2，此時S1復位，手順轉(zhuǎn)Y7、X24接通；狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至S3，使完成動作下降Y2、X16接通；狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至S4，使Y6產(chǎn)生1秒的延時置位來增強夾緊力。當T0接通時

39、，跳轉(zhuǎn)至S5，使完成動作上升Y0，上升到限位值后X17接通；此時狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至S6，使完成動作后退Y4；后退到限位值后，狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至S9，使完成動作下降，下降到限位值后，X16接通，此時電磁鐵斷電完成松開動作。電磁鐵的電磁力的消失需要適當?shù)难訒r時間，延時1s后，T1開始接通，狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至S13，完成后退動作，后退到限位值后，X21接通，接著跳轉(zhuǎn)至S14，接通X21完成底盤順轉(zhuǎn)，并返回初始狀態(tài)，準備二次循環(huán)動作。圖4-5 自動的功能流程圖自動操作程序說明：當運行的是自動操作方式時，X2接通，常開觸點閉合，按下X4啟動運行程序，M1開始得電并保持；當系統(tǒng)需要停止時，只要按下X5就可以使M1斷電。需要注意的

40、是，按下停止后，系統(tǒng)并不會立即停止運行，需要完成正在運行的工作周期才能夠完全停止下來，停止時機械手在初始位置。程序如圖4-6所示。圖4-6 自動操作程序梯形圖4.2.3 手動單步操作程序 手動操作程序說明：手動操作時，機械手每按一下按鈕，就完成一次相應的操作。手動操作程序梯形圖如圖4-7所示。圖4-7 手動操作程序梯形圖4.2.4 回原位程序回原位操作說明：當系統(tǒng)需要回原位時，按下X3使M3接通，機械手松開并開始上升，上升到限位值后X17接通，機械手進行后退操作，達到后退限位值后X21接通，機械手停止操作并使M3復位?；卦徊僮鞒绦蛉鐖D4-8所示。圖4-8 回原位操作程序4.3 PLC程序的上

41、載和下載4.3.1 PLC程序的上載程序上載是指把已經(jīng)編輯好PLC程序上傳到計算機中，供運行使用。操作如下：1.用通信電纜連接好計算機與PLC的通信接口2.用計算機設置好與PLC進行通信的端口3.點擊“PLC”菜單下的“傳送”，接著點擊“傳送”菜單下的“讀入”，彈出圖 4-10 所示對話框，選擇好所用的PLC型號后，點擊“確定”，就可以將所編寫的程序上傳到計算機中。圖4-10 PLC類型設置對話框4.3.2 PLC程序的下載程序下載是指把在計算機中編寫好的控制程序下載寫入到PLC中去，供運行使用。它的步驟1和2與程序的上傳步驟1/2一樣，步驟3為：將PLC控制面板撥向“STOP”，如使用了ra

42、m存儲器或存儲卡，因?qū)⑵鋵懕Ｗo關斷。點擊“PLC”菜單下的“傳送”，接著點擊“傳送”菜單下的“寫入”，彈出如圖4-11所示對話框，選擇“圍設置”縮短PLC的寫入時間。圖4-11 程序?qū)懭雽υ捒? 設計總結5.1 總結通過本設計讓大家清楚的知道了機械手的組成部分和應用圍，以與機械手對現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的重要性。本論文主要論述的是PLC對機械手進行的控制，得出以下結論：（1） PLC的軟接線方式能夠很好的對機械手運動系統(tǒng)進行控制，PLC的可靠性和靈活性是機械手具有良好通用性的保證。（2） 機械手的操作過程需要各組件的相互配合才能完成，各部件的合理連接，正確的控制程序是機械手運動系統(tǒng)的基礎。（3） 旋轉(zhuǎn)編碼盤是機械手定位的重要結構，PLC通過收集編碼盤發(fā)出的脈沖信號來控制底盤的旋轉(zhuǎn)角度。當機械手的應用場合有所改變時，底盤需要旋轉(zhuǎn)的角度也隨之改變，這時可以通過改變PLC部的計數(shù)器數(shù)值來實現(xiàn)機械手新位置的定位。5.2 展望本設計所設計的機械手只有三個自由度，對于一些復雜操作且需要自由度較多的場合無法滿足