搬運(yùn)機(jī)械手及其PLC控制系統(tǒng)設(shè)計論文

1、江 西 理 工 大 學(xué) 南 昌 校 區(qū)畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）題 目：搬運(yùn)機(jī)械手及其PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 系 ：機(jī)電工程系專 業(yè)：機(jī)電一體化 班 級：08機(jī)電（1）學(xué) 生：王 淼 清學(xué) 號： 08312111 指導(dǎo)教師：王春花老師、張樂平老師 職稱：副教授摘 要 隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運(yùn), 可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。搬運(yùn)機(jī)械手是能模仿人和臂的某些動作功能，用以固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操

2、作裝置。為了滿足生產(chǎn)的需要，機(jī)械手要求設(shè)置多種工作方式，例如手動和自動（包括連續(xù)、單周期、單步和自動返回初始狀態(tài)）工作方式。在運(yùn)動控制方面，PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。所以利用PLC程序控制可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的控制要求。通過梯形圖程序使各動作電磁閥動作，配合各極限位置的限位開關(guān)，準(zhǔn)確而又循環(huán)的連續(xù)操作。系統(tǒng)以液壓傳動為驅(qū)動方式，避免使用三相異步電動機(jī)，具有防過載的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械手、PLC、液壓系統(tǒng)組成的整體具有高效、安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手；液壓；電磁閥；可編程控制器（PLC）ABSTRACT With the popularity of industrial autom

3、ation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, medicine and other areas of the production line or cargo transport, we can be more good to save energy

4、 and improve the transport efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of modern economic development. Handling manipulator is able to imitate some actions and arm function, fixed procedure of crawling, handling

5、 objects or tools automatically-operated equipment. In order to meet the needs of production, various working methods required for the manipulator, such as manual and automatic (including continuous, single cycle, and automatically return to the initial state in a single step) works. In the area of

6、motion control, PLC can be used for circular or linear motion control. Using PLC control manipulator control requirements can be implemented. By ladder diagram programs enable the solenoid valve action, combined with the extreme position of limit switches, accurate and continuous operation of the lo

7、op. System in hydraulic-driven way, avoiding the use of three-phase induction motor, has the advantage of overload-proof. Manipulator, PLC, hydraulic system as a whole is an efficient, secure, economical and practical characteristics.Keywords: handling mechanical hands；hydraulic；solenoid valve；Progr

8、ammable Logic Controller (PLC)目 錄摘要 第一章 機(jī)械手的介紹 1 第二章 機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計3 2.1 手部設(shè)計計算3 2.2 大臂上下移動機(jī)構(gòu)設(shè)計 5 2.3 上臂左右移動機(jī)構(gòu)設(shè)計6第三章 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計8 3.1手部抓取缸83.2大臂伸縮缸液壓回路8 3.3上臂伸縮缸液壓回路回路83.4 總體系統(tǒng)圖9第四章 PLC的硬件設(shè)計12 4.1系統(tǒng)的主電路設(shè)計124.2 操作面板的設(shè)計134.3 PLC型號的選擇144.4 PLCI/O分配表144.5 PLC的外部接線圖164.6 電器元件的選用174.7電器安裝板接線圖19第五章 PLC的程序設(shè)計22 5.1主

9、程序22 5.1.1 動作要求22 5.1.2 工作方式22 5.1.3 程序的總體結(jié)構(gòu)235.2子程序23 5.2.1 公用程序23 5.2.2 手動程序24 5.2.3 自動程序25 5.2.4 自動回原點(diǎn)程序30參考文獻(xiàn)34附錄 35致謝 39第一章 機(jī)械手的介紹1.1 機(jī)械手組成在我國，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用雖然起步較晚，但發(fā)展很快。目前，國內(nèi)機(jī)器人已經(jīng)從仿制引進(jìn)階段，逐漸過渡到自行設(shè)計和開發(fā)階段了。機(jī)械手是在機(jī)械手、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。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(yùn)物件后哦操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能

10、在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高科技領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能跟好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手通常用于機(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。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動

11、化技術(shù)設(shè)備，對實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實(shí)踐證明，工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的搬運(yùn)和長期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)械手是有效的。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)要求面有多種結(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)到、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。我設(shè)計的是一種液壓機(jī)械手。本機(jī)構(gòu)具有快遞、高效等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械手主

12、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)要求面有多種結(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(shí)現(xiàn)規(guī)定的工作，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，成為機(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)械手的靈活越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)構(gòu)有2-3個自由度。機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。 (1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括機(jī)械手部、大臂、上臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走

13、機(jī)構(gòu)如1-1所示。 圖1） 手部：是機(jī)械手與工件接觸的部件。由于與物件的形式不同，可分為夾持式和 吸附式手部，由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指夾緊力來完成夾放工件的任務(wù)。2） 大臂：支撐手部的部件，用以改變工件的空間位置。3） 上臂：支撐手部和大臂的部件，用以改變工件的空間位置。4） 立柱：指支撐上臂的部件，是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，起著支撐和聯(lián)接的作用。（2） 驅(qū)動系統(tǒng)：機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行運(yùn)動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機(jī)械傳動等四種方式。3 第二章 機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計2.1手部設(shè)計計算1、 對手

14、部設(shè)計的要求1、 有適當(dāng)?shù)膴A緊力手部在工作時，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力，以保證夾持穩(wěn)定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應(yīng)該設(shè)計得可以調(diào)節(jié)，對于笨重的工件應(yīng)考慮采用自鎖安全裝置。2、 有足夠的開閉范圍 夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。對于回轉(zhuǎn)型手部開閉范圍，可用開閉角和手指夾緊端長度表示。手指開閉范圍的要求與許多因素有關(guān)，如工件的形狀和尺寸，手指的形狀和尺寸，一般來說，如工作環(huán)境許可，開閉范圍大一些較好，如圖2.1所示。圖2.1 機(jī)械手開閉示意圖3、 力系結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小 手部處于大臂的最前端，工作時運(yùn)動

15、狀態(tài)多變，其結(jié)構(gòu)、重量和體積直接影響整個機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，抓重，定位精度等性能。因此。在設(shè)計手部時，必須力求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。4、 手指應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度5、 其它要求 因此送料，夾緊機(jī)械手，根據(jù)工件的形狀，采用最常用的外卡式兩指鉗爪，夾緊方式用常閉史彈簧，松開時，用單作用式液壓缸。此種結(jié)構(gòu)較為簡單，制造方便。152、 手部裝置原理 如圖2.2所示：油缸右腔停止進(jìn)油時，彈簧力夾緊工件，油缸右腔進(jìn)油時松開工件。圖2.2 油缸示意圖1、右腔推力為 Fp=（/4）D²P =（/4）X0.7²X25X10³ =9616.25N2、根據(jù)鉗爪夾持的方位，查出當(dāng)量夾緊力計

16、算公式為： F1=(2b/a)X(cosa)²N 其中N=4X98=392N，帶入上式得： F1=(2b/a)X(cosa)²X392 =1680N 則實(shí)際夾緊力為F1實(shí)際+F1K1K2/y=1680X1.5X1.1/0.85=3261N 經(jīng)圓整F1=3300N3、計算手部活塞桿行程長L，即 L=（D/2）tan a =35×tan30 =20.2 mm4、確定“V”型鉗爪的L, 。 取L/Rcp=3 式中：Rcp=P/4=200/4=50 由上兩式可得：L=Rcp=150取“V”型鉗口的夾角2=120，則偏轉(zhuǎn)角按最佳偏轉(zhuǎn)角來確定，查表得：=22°395

17、、機(jī)械運(yùn)動范圍（速度） (1)伸縮運(yùn)動 Vmax=500mm/s Vmin=50mm/s （2)上下運(yùn)動 Vmax=600mm/s Vmin=60mm/s (3)左右運(yùn)動 Vmax=800mm/s Vmin=80mm/s 所以取手部驅(qū)動活塞速度V=60mm/s6、手部右腔流量： Q=sv =60r² =60X3.14X35² =230790mm³/s7、手部工作壓強(qiáng) P=F1/S=3500/3846.5=0.86Mpa2.2 大臂上下移動機(jī)構(gòu)設(shè)計大臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐手部，并帶動他們在空間運(yùn)動。大臂運(yùn)動的目的，一般是把手部送達(dá)空間范圍內(nèi)的任意點(diǎn)

18、上，從上臂的受力情況看，它在工作中即直接受著手部和工件的動、靜載荷，而且自身運(yùn)動又較多，故受力較復(fù)雜。機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上，所示在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。大臂的上下速度為200mm/s行程L為800mm1、 大臂右腔流量，由公式得： Q=sv=200XX45²=1271700mm³/s=1271.7mL/s2、大臂右腔工作壓力，由公式得：P=F/S 式中：F-取工件重和大臂活動部件總量，估算F=500+150=650N，F(xiàn)摩=1000N。所以帶入上式得：P=（F+F摩）/S=1650/X45²=1.26Mpa2.3 上

19、臂左右移動機(jī)構(gòu)設(shè)計上臂是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。它的作用是支撐手部，并帶動他們在空間運(yùn)動。上臂運(yùn)動的目的，一般是把手部送達(dá)空間范圍內(nèi)的任意點(diǎn)上，從上臂的受力情況看，它在工作中即直接受著手部和工件的動、靜載荷，而且自身運(yùn)動又較多，故受力較復(fù)雜。機(jī)械手的精度最終集中在反映在手部的位置精度上，所示在選擇合適的導(dǎo)向裝置和定位方式就顯得尤其重要了。上臂的伸縮速度為：300mm/s行程L為：800mm1.、上臂右腔流量，公式得：Q=sv=300XX50²=2355mL/s2、 上臂右腔工作壓力，公式得：P=F/S式中：F-活塞左右移動的摩擦力F摩=1000N。所以代入上公式得： P=F摩/S =1

20、000/X50²=0.13Mpa3、 繪制機(jī)構(gòu)工作變參數(shù)變?nèi)缦卤?.4所示： 表2.4 機(jī)構(gòu)工件參數(shù)表機(jī)構(gòu)名稱工作速度行程工作壓力流量手部抓緊60mm/s20mm0.86Mpa231mL/s大臂上下200mm/s800mm0.26Mpa1271.7mL/s上臂左右300mm/s800mm0.13Mpa2355mL/s 4、由初步計算選液壓缸所需液壓最高壓力為0.86Mpa所需液壓最大流量Q=2311mL/s選取CB-D型液壓缸（齒輪泵）此泵工作壓力為10Mpa，轉(zhuǎn)速為1800r/min，工作流量Q在32-70mL/r之間，可以滿足需要。5. 圓整各缸的數(shù)值： 手部抓取缸工作壓力 P1

21、=0.85Mpa 流量 Q1=231mL/s 大臂抓取缸工作壓力 P2=0.25Mpa 流量 Q2=1271mL/s 上臂抓取缸工作壓力 P3=0.15Mpa 流量 Q3=2355mL/s第三章液壓系統(tǒng)原理設(shè)計3.1 手部抓取缸 圖3.1 手部抓取缸液壓原理圖1、 手部抓取缸液壓原理如圖3.1所示142、 泵的供油壓力取10Mpa，流量Q取系統(tǒng)所需最大流量即Q=1300mL/s。因此，需裝圖3.1所示的調(diào)速閥，流量定為7.2L/min，工作壓力P=2Mpa。采用： YF-B10B 溢流閥2FRM5-20/102 調(diào)速閥23E1-10B 二位三通換向閥3.2 大臂伸縮缸液壓回路圖3.2大臂伸縮缸

22、液壓回路1、 大臂伸縮缸液壓原理如圖3.2所示2、 工作壓力 P=0.25Mpa 流量 Q=1271ml/s采用： 2FRM5-20/102 調(diào)速閥 34E1-10B 三位四通換向閥3.3 上臂伸縮缸液壓回路回路 圖 3.3 上臂伸縮缸液壓回路1、 上臂伸縮缸原理圖如圖3.3所示2、 工作壓力 P=0.15Mpa 流量 Q=2355ml/s采用： 23E1-10B 三位四通換向閥2FRM5-20/102 調(diào)速閥3.4 總體系統(tǒng)圖 圖3.4總體系統(tǒng)圖1、 總體系統(tǒng)如圖3.4所示2、 工作過程 下降夾持上升右移下降松開上升松開上升左移3、 電磁鐵動作順序表：表3.5 電磁閥順序動作表元件動作1DT

23、2DT3DD4DT5DT下降-+-夾持+-上升+-+-右移+-+-下降+-松開-上升-+-左移-+ 4、 確定電動機(jī)規(guī)格： 液壓泵選取CB-D型液壓泵，額定供油壓力P=1Mpa，工作流量在32-70ml/r之間，選取80L/min為額定流量的泵。因此：傳動功率 P0=P×Q/ 式中： =0.8（經(jīng)驗(yàn)值）所示代入上式得： P0=1×70×1000000/1000/60/0.8=1.67×7/81.46KW選取電動機(jī)JQZ-61-2型電動機(jī)，額定功率1.5KW轉(zhuǎn)速為2187.5r/min第4章 PLC的硬件設(shè)計4.1 系統(tǒng)的主電路設(shè)計本設(shè)計只由一個液壓電機(jī)拖

24、動，功率為1.5KW，要求設(shè)置過載與短路保護(hù)。這部電機(jī)的功率小，可直接起動，不需降壓起動。液壓電機(jī)控制電路接觸器控制電路圖4-1為電動機(jī)單向旋轉(zhuǎn)接觸器控制電路。圖中QF為電源開關(guān),KM為接觸器，KR為熱繼電器，SB2、SB1分別為起動按鈕與停止按鈕，M為三相鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)。電動機(jī)起動控制：合上電源開關(guān)QF，按下起動按鈕SB2，其常開觸點(diǎn)閉合，接觸器KM線圈通電吸合，其主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)接通三相電源起動。同時，與起動按鈕SB2并聯(lián)的接觸器常開輔助觸點(diǎn)閉合，使KM線圈經(jīng)SB2觸點(diǎn)與KM自身常開輔助觸點(diǎn)通電，當(dāng)松開SB2時，KM線圈仍通過自身常開觸點(diǎn)繼續(xù)保持通電，從而使電動機(jī)獲得連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。電動機(jī)需

25、停轉(zhuǎn)時，可按下停止按鈕SB1，接觸器KM線圈斷電釋放，KM常開主觸點(diǎn)與輔助觸點(diǎn)均斷開，切斷電動機(jī)主電路及控制電路，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。電路保護(hù)環(huán)節(jié)（1） 短路保護(hù) 由斷路器QF實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路的短路保護(hù)。（2） 過載保護(hù) 由熱繼電器KR實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的長期過載保護(hù)。當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)長期過載時，串接在電動機(jī)定子電路中的發(fā)熱元件使雙金屬片彎曲，使串接在控制電路中的常閉觸點(diǎn)斷開，切斷KM線圈電路，使電動機(jī)斷開電源，實(shí)現(xiàn)保護(hù)目的。（3） 欠壓和失壓保護(hù) 當(dāng)電源嚴(yán)重下降或電壓消失時，接觸器電磁吸力急劇下降或消失，銜鐵釋放，各觸點(diǎn)復(fù)原，斷開電動機(jī)電源，電動機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。一旦電源恢復(fù)時，電動機(jī)也不會自行起動，從而避免事故

26、發(fā)生。因此，具有自保電路的接觸器具有欠壓與失壓保護(hù)作用。9圖4-1 主電路圖4.2 操作面板的設(shè)計根據(jù)控制和生產(chǎn)工藝的要求，控制操作包括手動和自動，手動又包括手動步進(jìn)、回原位操作，自動控制包括單步、單周期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開關(guān)設(shè)置有五個檔位。手動工作方式下，手動動作包括上升、下降、放松、左移、右移、夾緊，故設(shè)置六個動作開關(guān)按鈕。另外設(shè)有啟動停止按鈕，還有負(fù)載電源、緊急停車兩個按鈕。設(shè)計如圖4-2所示：圖4-2 操作面板4.3 PLC型號的選擇本次設(shè)計使用的是可編程控制實(shí)驗(yàn)裝置。由于機(jī)械手系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計算機(jī)對PLC進(jìn)行監(jiān)控和管理，該機(jī)械

27、手的控制為純開關(guān)量控制，且I/O點(diǎn)數(shù)不多，僅需18個輸入點(diǎn)和5個輸出點(diǎn)，考慮留有一定的裕量。故選用德國西門子公司生產(chǎn)的多功能小型S7-200 CPU 226 CN主機(jī)，該機(jī)輸入點(diǎn)為24個，輸出點(diǎn)為16個。4.4 PLC I/O分配表根據(jù)機(jī)械手動作的要求及各限位開關(guān)和各保護(hù)系統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備，輸入、輸出點(diǎn)分配如表4-3所示。表4-3 I/O分配表 名稱輸入名稱輸出下限位I0.1下降Q0.0上限位I0.2夾緊Q0.1右限位I0.3上升Q0.2左限位I0.4右行Q0.3上升I0.5左行Q0.4左行I0.6松開I0.7下降I1.0右行I1.1夾緊I1.2手動I2.0回原點(diǎn)I2.1單步I2.2單周期I2.3

28、連續(xù)I2.4返回原位I2.5起動I2.6停止I2.74.5 PLC的外部接線圖圖4-3 PLC的外部接線圖4.6 電器元件的選用電動機(jī)運(yùn)行的各相關(guān)參數(shù)：本次設(shè)計采用的電機(jī)是JO2-21-2小型鼠籠型轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，功率為1.5KW。經(jīng)查表得：額定電壓為380V，額定頻率為50HZ,滿載時，轉(zhuǎn)速為2860r/min，電流3.24A，效率為80%，功率因數(shù)為0.87，起動電流為7.0A，起動轉(zhuǎn)矩為1.8KN·M，最大轉(zhuǎn)矩為2.2KN·M。估算出線路中出現(xiàn)的最大短路電流為18.5A。1. 塑料外殼式斷路器的選用：（1）額定電壓：它是表征斷路器絕緣強(qiáng)度的參數(shù)，它是斷路器長期工作的標(biāo)

29、準(zhǔn)電壓。為了適應(yīng)電力系統(tǒng)工作的要求，斷路器又規(guī)定了與各級額定電壓相應(yīng)的最高工作電壓。（2） 額定電流：它是表征斷路器通過長期電流能力的參數(shù)，即斷路器允許連續(xù)長期通過的最大電流。（3）額定短路通斷能力：等于或大于線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流，一般按有效值計算（4） 欠電壓脫扣器電壓：等于線路額定電壓（5） 分勵脫扣器額定電壓：等于控制電源電壓（6） 長延時電流整定值：電動機(jī)額定電流（7） 瞬時整定電流：（815）倍電動機(jī)額定電流（8）6倍長延時電流整定值的可返回時間：等于或大于電動機(jī)實(shí)際起動時間因此選型號為DZX19-63/130的限流塑料外殼式斷路器，級數(shù)為1，額定電壓為380V，殼架等級額定

30、電流為63A，額定電流為20A，額定分?jǐn)嗄芰-2為6KA，限流因數(shù)小于0.6，機(jī)電壽命4000次，外形尺寸：單極25.4mm，安裝尺寸：長76.2mm，寬為64.6mm，高為88mm。2. 交流接觸器的選用： 電動機(jī)負(fù)載時的選用：本電機(jī)的功率為1.5KW，為一般任務(wù)型，選配接觸器時只要使選用接觸器的額定電壓和額定電流等于或稍大于電動機(jī)的額定電壓和額定電流即可。因此選用型號為CJ8-10的交流接觸器，額定電流為10A，接觸器所能控制電動機(jī)的最大功率為4.0KW，機(jī)械壽命為330萬次，電壽命為60萬次，開斷能力為10倍，接通能力為12倍，最高操作頻率為1200次/時，外形尺寸為長、寬、高為69、

31、68、90mm。3. 熱繼電器的選用本設(shè)計的電動機(jī)處于長期工作制，（1） 根據(jù)電動機(jī)起動時間，選取6IN,下具有相應(yīng)可返回時間的熱繼電器，通常在6IN下熱繼電器的可返回時間與動作時間有下列關(guān)系：t1=(0.50.7)t2式中，t1為繼電器在6IN下可返回時間；t2為繼電器在6IN下動作時間，而t2值可在熱繼電器安秒特性上查出。熱繼電器整定電流范圍的中間值為電動機(jī)的額定工作電流。使用時，熱繼電器的旋鈕應(yīng)跳到該額定值，否則將不能起動保護(hù)作用。因此選型號為LR1-D09308的熱繼電器，整定電流范圍為2.54A，控制電動機(jī)功率（AC3）為1.5KW。外型尺寸為長寬高各為104、44、35mm。4.控

32、制按鈕的選用：按鈕通常是用來短時接通或者斷開小電流控制電路的一種主令電器，其選用依據(jù)主要是根據(jù)需要的觸點(diǎn)對數(shù)、動作要求、是否需要帶指示燈、使用場合以及顏色等要求。目前，按鈕產(chǎn)品有多種結(jié)構(gòu)型式、多種觸頭組合以及多種顏色，供不同使用條件選用。例如急停操作一般選用蘑菇形，停止按鈕通常選擇紅色等。本設(shè)計中的控制按鈕選用型號為LA2（J），額定電壓為380V，額定電流為5A，控制容量為300VA，機(jī)械壽命為100萬次，電壽命為50萬次，操作頻率為1200次/小時，外形尺寸：37mm，長54.5mm，安裝尺寸為長寬都為40mm；急停按鈕選擇型號為NP2-BS442。 組合開關(guān)選型號為HZ15-10/501

33、的組合開關(guān)，接線方式為板后接線，極數(shù)為5，外形尺寸為長寬高各為85、65、90mm，安裝尺寸為長寬高各為75、60、104mm。5.行程開關(guān)的選用：（1） 根據(jù)應(yīng)用場合及控制對象選擇：選用一般用途行程開關(guān)。（2） 根據(jù)安裝環(huán)境選擇防護(hù)式，選用開啟式。（3） 根據(jù)控制回路的電壓和電流選擇行程開關(guān)系列。（4） 根據(jù)機(jī)械與行程開關(guān)的傳力與位移關(guān)系選擇合適的頭部形式。選擇型號為LXl9-001，額定電壓是380V，額定電流為5A，結(jié)構(gòu)形式為無滾輪，僅用傳動桿，能自復(fù)位，常開常閉的觸頭都為1對，觸頭轉(zhuǎn)換時間小于0.04s，工作行程4 mm，超行程3mm。6. 熔斷器的選用熔斷器的選擇主要包括熔斷器類型、

34、額定電壓、熔斷器額定電流與熔體額定電流的確定。（1） 熔斷器類型與額定電壓選擇根據(jù)負(fù)載保護(hù)特性和短路電路大小、各類熔斷器的適用范圍來選用熔斷器的類型。根據(jù)被保護(hù)的電壓來決定熔斷器的電壓。（2） 熔體與熔斷器額定電流的確定熔體額定電流大小與負(fù)載大小、負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。對籠型感應(yīng)電動機(jī)其熔斷器熔體的額定電流為：單臺電動機(jī) INF=(1.52.5)INM式中，INF為熔體額定電流(A)；INM為電動機(jī)額定電流（A）選擇型號為R1-10的熔斷器，額定電壓為220V，額定電流為10A，熔體額定電流為10A，極限分?jǐn)嗄芰?000A，外形尺寸為長寬高各為65、25、35mm，安裝尺寸為長寬高各為72、24、3

35、0mm1。元器件一覽表：序號代號名稱數(shù)量規(guī)格型號備注1JO2電動機(jī)1JO2-21-22FR熱繼電器1LR1-D093083KM接觸器1CJ8-10電壓220VAC4SQ01SQ04限位開關(guān)4LXl9-0015SA01組合開關(guān)1HZ15-10/5016SB按鈕11LA2（J）7XT1，XT2端子排2TZ1-10L8QF斷路器1DZX19-63/1309FU熔斷器1R1-104.7 電器安裝板接線圖按國家標(biāo)準(zhǔn)GB5226-85規(guī)定，電柜內(nèi)電氣元件必須位于維修臺之上0.42m之間。所有器件的接線端子和五連端子，必須位于維修臺之上至少0.2m處，以便裝拆導(dǎo)線。安排器件時，一個電器與另一個電器元件的導(dǎo)電

36、部件之間的爬電距離和電氣間隙不得低于10和6mm。電柜和壁龕中裸露、無電弧的帶電與電柜或壁龕導(dǎo)體壁板間必須留有間隙：不小于15mm9。電柜內(nèi)的電器可按下述原則布置：（1） 一般監(jiān)視器件布置在電柜儀表板上，測量儀表布置在儀表板上部，指示燈布置在儀表板下部。（2） 體積大或較重的電器元件安裝在電柜下方；發(fā)熱元件安裝在電柜的上方，對于板型電阻裝于地面1.7m以上的區(qū)域，對于管行電阻應(yīng)裝于柜后部。（3） 強(qiáng)電弱電應(yīng)分開，弱電部分應(yīng)屏蔽和隔離，以防強(qiáng)電及外界的干擾。（4） 布置電器元件時，應(yīng)留布線、接線、維修和調(diào)整操作的空間間距。（5） 電器布置應(yīng)考慮整齊、美觀、對稱。盡量使外形與結(jié)構(gòu)尺寸相同的電器元件

37、安裝在一起，便于加工、安裝和配線。（6） 接線座的布置：對用于相鄰柜間連接用的接線座應(yīng)布置在柜的兩側(cè)；用于與柜外部接線的接線座應(yīng)布置在柜的下部且不得低于200mm9。根據(jù)以上原則：斷路器QF、接觸器KM、熱繼電器KR安裝在電器安裝板里，行程開關(guān)通過端子排連接到外部的開關(guān)電路；各手動按鈕通過端子排連接到操作面板上，PLC的CPU放在最下方，各I/O口輸入輸出點(diǎn)通過走線槽用導(dǎo)線連接到端子排。斷路器QF、接觸器KM、熱繼電器KR之間的連線可直接敷在走線槽，不必連到端子排。具體的接線方式如下圖所示。注：選擇型號為TZ1-10L的XT1、XT2，額定電壓為380V，額定電流為10AA，外形尺寸：長寬高各

38、為40、39、8mm。圖4-4 PLC外部接線圖 第五章 PLC程序的編寫5.1 主程序5.1.1 動作要求為了滿足生產(chǎn)的需要，很多設(shè)備要求設(shè)置多種工作方式，例如手動和自動（包括連續(xù)、單周期、單步和自動返回初始狀態(tài)）工作方式。手動程序比較簡單，一般用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計，復(fù)雜的自動程序一般根據(jù)系統(tǒng)的順序功能圖用順序控制法設(shè)計。 圖5-1 動作流程圖 本課題的機(jī)械手用來將工件從A點(diǎn)搬運(yùn) 到B點(diǎn)（見圖5-1，右圖），操作面板如圖5-2所示（同圖4-2所示），圖5-3（同圖4-3）是PLC的外部接線圖。輸出Q0.1為1狀態(tài)時被夾緊，為0狀態(tài)時被松開。工作方式選擇開關(guān)的5個位置分別對應(yīng)于5種工作方式，操作面板左

39、下部的6個按鈕（I0.5-I1.2）是手動按鈕。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障）能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM（見圖5-3）。在運(yùn)行時按下“負(fù)載電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點(diǎn)接通，給外部負(fù)載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負(fù)載電源。 5.1.2 工作方式系統(tǒng)設(shè)有手動、單周期、單步、連續(xù)和回原點(diǎn)5種工作方式。在手動工作方式，用I0.5-I1.2對應(yīng)的6個按鈕分別獨(dú)立控制機(jī)械手的升、降、左行、右行和夾緊、松開。機(jī)械手在最上面和最左邊，且夾緊裝置松開時，稱為系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)（或稱初始狀態(tài)）。在進(jìn)入單周期、連續(xù)和單步工作方式之前，系統(tǒng)應(yīng)處

40、于原點(diǎn)狀態(tài)；如果不滿足這一條件，可以選擇回原點(diǎn)工作方式，然后 圖5-1 機(jī)械手示意圖 按返回原位按鈕I2.5，使系統(tǒng)自動返回原點(diǎn)狀態(tài)。在原點(diǎn)狀態(tài)，順序功能圖 中的初始步M0.0為ON，為進(jìn)入單周期、連續(xù)和單步工作方式做好了準(zhǔn)備。機(jī)械手從初始狀態(tài)開始，將工件從A點(diǎn)搬運(yùn)到B點(diǎn)，最后返回初始狀態(tài)的過程，稱為一個工作周期。在單周期工作方式，在初始狀態(tài)按下起動按鈕I2.6后，從初始步M0.0開始，機(jī)械手按順序功能圖（見圖5-7）的規(guī)定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。在連續(xù)工作方式，在初始狀態(tài)按下起動按鈕，機(jī)械手從初始步開始，工作一個周期后又開始搬運(yùn)下一個工件，反復(fù)連續(xù)地工作。按下停止按鈕，并步

41、馬上停止工作，完成最后一個周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。在單步工作方式，從初始步開始，按一下起動按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動停止工件并停留在該步，在按一下起動按鈕，才開始執(zhí)行下一步的操作。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。5.1.3 程序的總體結(jié)構(gòu)圖5-4（右圖）是主程序OB1，SM0.0的常開觸點(diǎn)一直閉合，公用程序是無條件執(zhí)行的。在手動方式，I2.1為ON，執(zhí)行“回原點(diǎn)”子程序。在其他3種工作方式執(zhí)行“自動”子程序。 5.2 子程序 圖5-4 主程序圖 5.2.1 公用程序 公用程序（見圖5-5）用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及不同的工作方式之間相互切換的處理

42、。左限位開關(guān)I0.4、上限位開關(guān)I0.2的常開觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開的Q0.1的常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)接通時，“原點(diǎn)條件”M0.5變?yōu)镺N。當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài)（M0.5為ON），在開始執(zhí)行用戶程序（SM0.1為ON）、系統(tǒng)處于手動狀態(tài)或自動回原點(diǎn)狀態(tài)（I2.0或I2.1為ON）時，初始步對應(yīng)的M0.0將被置位，為進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果此時M0.5為OFF狀態(tài)，M0.0被復(fù)位，初始步為不活動步，按下起動按鈕也不能進(jìn)入M2.0，系統(tǒng)不能在單步、單周期或連續(xù)工作方式下工作。當(dāng)系統(tǒng)處于手動工作方式和回原點(diǎn)時，必須將如5-7中除初始步以外的各步對應(yīng)的存儲器位（M2.0-M2.7）復(fù)位，否則

43、當(dāng)系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動工作方式，然后又返回自動工作方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤的動作。如果不是回原點(diǎn)方式，I2.1的常閉觸點(diǎn)閉合，將代表回原點(diǎn)順序功能圖（見圖5-10）總的各步的M1.0-M1.5復(fù)位。 在非連續(xù)方式，I2.4的常閉觸點(diǎn)閉合，將表示連續(xù)工作狀態(tài)的標(biāo)志M0.7復(fù)位。圖5-5 公用程序5.2.2 手動程序圖5-6是手動程序，為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在手動程序中設(shè)置了一些必要的連鎖：1） 設(shè)置上升與下降之間、左行與右行之間的互鎖，以防止功能相反的兩個輸出同時為ON。2） 用限位開關(guān)I0.1-I0.4的常閉觸點(diǎn)，限制機(jī)械手的范圍。3） 上限位開關(guān)I0.

44、2的常開觸點(diǎn)與控制左、右行的Q0.3和Q0.4的線圈串聯(lián)，機(jī)械手升到最高位置才能左右移動，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時與別的物體碰撞。4） 只允許機(jī)械手在最左邊或最右邊時上升、下降和松開工件。 圖5-6 手動程序5.2.3 自動程序 本次設(shè)計采用的編程方式選用方案為起保停電路的編程方式：用輔助繼電器代表步，僅僅使用與觸電和線圈有關(guān)的指令。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)榇嬖诖罅康淖员３钟|點(diǎn)，使程序代碼較長。7 圖5-22是處理但周期、連續(xù)和單步工作方式的順序功能圖，圖5-23是用起保停電路設(shè)計的程序，M0.0和M2.0-M2.7用典型的起保停電路控制。 單周期、連續(xù)和單步這3

45、種工作方式主要用“連續(xù)”標(biāo)志M0.7和“轉(zhuǎn)換允許”標(biāo)志M0.6來區(qū)分。（1）單步與非單步的區(qū)分M0.6的常開觸點(diǎn)接在每一個控制代表的存儲器位的起動電路中，它們斷開時禁止步的活動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。如果系統(tǒng)處于單步工作方式，I2.2為1狀態(tài)，它的常開觸點(diǎn)斷開，“轉(zhuǎn)換允許”存儲位M0.6在一般情況下為0狀態(tài)，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)某一步的工作結(jié)束后，轉(zhuǎn)換條件滿足，如果沒有起動按鈕I2.6，M0.6處于0狀態(tài)，起保停電路的起動電路的起動電路處于斷開狀態(tài)，不會轉(zhuǎn)換到下一步。一直要等到按下啟動按鈕I2.6，M0.6在I2.6的上升沿ON一個掃描周期，M0.6的常開觸點(diǎn)，系統(tǒng)才會轉(zhuǎn)換到下一步。圖5-7 順序功

46、能圖系統(tǒng)工作在連續(xù)、單周期（非單步）工作方式時，I2.2的常開觸點(diǎn)接通，使M0.6為1狀態(tài)，串聯(lián)在各起保停電路的起動電路中的M0.6的常開觸點(diǎn)接通，允許步與步之間的正常轉(zhuǎn)換。圖5-8 梯形圖 （2） 單周期與連續(xù)的區(qū)分 在連續(xù)工作方式，I2.4為1狀態(tài)。在初始步為活動步時按下啟動按鈕I2.6，M2.0變?yōu)?狀態(tài)，機(jī)械手下降。與此同時，控制連續(xù)工作的M0.7的線圈“通電”并自保持。 當(dāng)機(jī)械手在步M2.7返回最左邊時，I0.4為1狀態(tài)，因?yàn)椤斑B續(xù)”標(biāo)志位M0.7為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件M0.7·I0.4滿足，系統(tǒng)將返回M2.0，反復(fù)連續(xù)地工作下去。 按下停止按鈕I2.7后。M0.7變?yōu)?狀態(tài)，

47、但是機(jī)械手不會立即停止工作，在完成當(dāng)前工作周期的全部操作后，機(jī)械手返回最左邊，左限位開關(guān)I0.4為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件M0.7 ·I2.4滿足，系統(tǒng)才從M2.7返回并停留在初始步。在單周期工作方式，M0.7一直處于0狀態(tài)。當(dāng)機(jī)械手在最后一步M2.7返回最左邊，左限位開關(guān)I0.4為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件M0.7 ·I2.4滿足，系統(tǒng)返回并停留在初始步。按一次啟動按鈕，系統(tǒng)只工作一個周期，（3） 單周期工作過程 在單周期工作方式，I2.2（單步）的常閉觸點(diǎn)閉合，M0.6的線圈“通電”，允許轉(zhuǎn)換。如果滿足原點(diǎn)條件，在初始步時按下起動按鈕I2.6，在M2.0的起動電路中，M0.0、I2.6、

48、M0.5(原點(diǎn)條件)和M0.6的常開觸點(diǎn)均接通，使M2.0的線圈“通電”，系統(tǒng)進(jìn)入下降步，Q0.0的線圈“通電”，機(jī)械手下降，碰到下限位開關(guān)I0.1時，轉(zhuǎn)換到夾緊M2.1，Q0.1被置位，夾緊電磁閥的線圈通電并保持。同時接通延時定時器T37開始定時，1s后定時時間，工件被夾緊，轉(zhuǎn)換條件T37滿足，轉(zhuǎn)換到步M2.2。以后系統(tǒng)講這樣一步一步地工作下去。在左行步M2.7，當(dāng)機(jī)械手左行返回原點(diǎn)位置，左限位開關(guān)I0.4變?yōu)?狀態(tài)，因?yàn)檫B續(xù)工作標(biāo)志M0.7為0狀態(tài)，講返回初始步M0.0，機(jī)械手停止運(yùn)動。（4） 單步工作過程在單步工作方式，I2.2為1狀態(tài)，它的常閉觸點(diǎn)斷開，“轉(zhuǎn)換允許”輔助繼電器M0.6在

49、一般情況下為0狀態(tài)，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。設(shè)初始步時系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)，M0.5和M0.0為1狀態(tài)，按下起動按鈕I2.6，M0.6變?yōu)?狀態(tài)，使M2.0的起動電路接通，系統(tǒng)進(jìn)入下降步。放開起動按鈕后，M0.6變?yōu)?狀態(tài)。在下降步，Q0.0的線圈“通電”，當(dāng)下限位開關(guān)I0.1變?yōu)?狀態(tài)，與Q0.0的線圈串聯(lián)的I0.1的常閉觸點(diǎn)斷開（見圖5-24輸出電路中最上面的網(wǎng)絡(luò)），使Q0.0的線圈“斷電”，機(jī)械手停止下降。I0.1的常閉觸點(diǎn)后，如果沒有按起動按鈕，I2.6和M0.6處于0狀態(tài)，不會轉(zhuǎn)換到下一步。一直要等到按下起動按鈕，I2.6和M0.6處于1狀態(tài)，M0.6的常開觸點(diǎn)接通，轉(zhuǎn)換條件I0.1才能

50、使圖5-23中M2.1的起動電路接通，M2.1的線圈“通電”并自保持，系統(tǒng)才能由步M2.0進(jìn)入步M2.1。以后在完成某一步的操作后，都必須按一次起動按鈕，系統(tǒng)才能轉(zhuǎn)換到下一步。圖5-23中控制M0.0的起保停電路如果放在M2.0的起保停電路之前，在單步工作方式M2.7為活動步時按起動按鈕I2.6，返回步M0.0后，M2.0的起動條件滿足，將馬上進(jìn)入步M2.0，這樣連續(xù)跳兩步是不允許的。將控制M2.0的起保停電路放在控制M0.0的起保停電路之前和M0.6的線圈之后可以解決這一問題，在圖5-23中，控制M0.6（轉(zhuǎn)換允許）的是起動按鈕I2.6的上升沿檢測信號，在步M2.7按起動按鈕，M0.6僅ON一個掃描周期，它使M0.0的線圈通電