机械手控制系统设计Word文档格式.docx

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1.1.3PLC的应用领域4

1.2选题背景5

1.2.1机械手的简介5

1.2.2机械手的行业状况5

第二章机械手的整体设计7

2.1机械手的控制过程7

2.2PLC选型8

2.3可编程控制器控制盘面板9

2.4机械手的整体设计10

2.4.1单操作程序10

2.4.2步进操作程序11

2.4.3自动操作11

第三章机械手的程序设计13

3.1机械手动作过程的实现13

3.2机械手的手动单步操作程序14

3.2.1机械手左行/右行14

3.2.2机械手夹紧/松开14

3.2.3机械手上升/下降15

3.3自动控制程序16

3.3.1机械手下降/夹紧16

3.3.2机械手上升和右行17

3.3.3机械手的下降和松开18

3.3.4机械手上升和左行19

3.3.5机械手回零20

第四章机械手的前景21

结束语22

参考文献23

第一章概述

1.1PLC的控制系统

1.1.1PLC的概述

PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。

自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。

上世纪60年代末，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务。

随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速发展。

目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。

但是，仍然沿用着顺序扫描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。

PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：

高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。

它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。

PLC的下端（输入端）为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。

人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。

总之，可编程控制器是一台计算机，它是专门为工业环境应用而设计制造的计算机。

它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。

但可编程控制器产品并不是针对某一具体工业应用，在实际应用时，某硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

1.1.2PLC的优点

1）可靠性高，抗干扰能力强

可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2）配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

5）体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备

1.1.3PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

1）开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2）模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3）运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4）过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

1.2选题背景

1.2.1机械手简介

我国国家标准（GB/T12643-90）对机械手的定义:

“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。

”

机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。

专用机械手:

它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，具有固定（有时可调）程序，使用大批量的自动生产。

如自动生产线上的上料机械手，自动换刀机械手，装配焊接机械手等装置。

通用机械手:

它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手。

它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产。

它的工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。

机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。

机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作;

代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。

目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。

机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS），实现生产自动化。

1.2.2机械手的行业状况

机械手的应用领域日益扩大，其应用也日益广泛，各种类型机械手是自动化生产中必不可少的重要设备。

尤其是在危险场合，在严重威胁人们安全和健康的环境下，采用机械手代替人，具有十分重要的意义。

珠江三角洲地区塑胶工业是十分发达的，在国内居龙头地位，在国际上珠三角也有世界工厂之称。

目前，该行业使用的注射机专用机械手以台湾生产的居多，如台湾劲力公司生产的劲力牌机械手、台湾威得客国际股份有限公司生产的“威得客”w255系列注射机专用机械手,等等。

随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，，主要包括以下几方面：

--------*机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

--------*在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在

机械行业中它可以用来组装零部件。

--------*可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。

--------*可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。

--------*宇宙及海洋的开发，军事工程及生物医学方面的研究和试验。

第二章机械手的整体设计

2.1机械手的控制过程

如图2-1所示，机械手的全部动作由汽缸驱动，而汽缸是由相应的电磁阀控制。

其中，上升/下降和左移/右移分别有双线圈两位电磁阀控制。

首先夹紧电磁阀通电，机械手夹紧工件，接着上升电磁阀通电时，机械手上升，当碰到上限限位开关，上升电磁阀断电时，机械手上升停止，此时右移电磁阀通电，机械手向右移动，直到碰到右限限位开关，右移电磁阀断电，机械手停止右移，然后下降电磁阀通电时，机械手下降；

当碰到下限限位开关，下降电磁阀断电，机械手下降停止，最后夹紧电磁阀断电，机械手放松工件。

图2-1机械手示意图

当下降电磁阀通电时，机械手下降；

当下降电磁阀断电时，机械手下降停止。

只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升；

当上升电磁阀断电时，机械手上升停止。

同样，左移/右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。

机械手的放松/夹紧由一个单线圈两位置电磁阀（称为夹紧电磁阀）控制。

当该线圈通电时，机械手夹紧；

当该线圈断电时，机械手放松。

当机械手右移到位并准备下降时，为了确保安全，必须在右工作台无工件时才允许机械手下降。

也就时说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降，用光电开关I0.5进行无工件检测。

2.2PLC选型

根据被控对象要求将与PLC相连的全部输入、输出器件根据所需的电压、电流的大小、种类分别列表统计，考虑将来发展的需要再相应增加10%-15%的余量，估算PLC所需I/O总点数，I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。

根据输入、输出设备的类型和数量，确定了PL