机械手控制循环工作控制.docx

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机械手控制循环工作控制

燕山大学

课程设计说明书

题目：

电气控制与PLC

设计题目：

学院（系）：

年级专业：

学号：

学生姓名：

指导教师：

教师职称：

一、摘要

二、引言

三、机械手简介

3.1机械手操作

3.2机械手组成

3.3机械手分类

3.4机械手动画连接

四、总体方案设计

五、四层电梯设计

5.1电梯设计思想

5.2电梯结构分配

5.3电梯梯形图

六、变频器（查阅资料）

6.1变频器的发展

6.2频器的工作原理

6.3变频器控制方式

七、心得体会

八、参考文献

摘要

随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈、人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式，不但占用空间也不容易更变生产线结构，加上需要人力监督操作，更增加生产成本，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。

减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。

自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。

采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。

因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。

它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。

本设计就PLC在机械

控制上的应用作了详细阐述。

刖言

在当今社会，随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，在工控自动化领域中，人们对自动化的要求越来越高，组态软件的发展也是非常迅速的。

组态软件，又称为组态监控软件系统软件。

它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。

它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

在电力系统以及电气化铁道上又称运动系统。

对于组态软件，它的结构划分有多种标准，这里是以使用软件的工作阶段和软件体系的成员构成两种标准讨论其体系结构：

机械手简介

3.1机械手操作

机械手现在已经应用于各行各业中，无论是在工地，港口还是各种各样的生产过程中，都涉及到机械手的操作。

它是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

图1机械手实物图

3.2机械手的组成

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大

部分组成。

手部是用来抓持工件（或工具）的部件，

根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。

运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。

运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。

为了抓取空间

中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。

自由度是机械手设计的关键参数。

自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。

一般专用机械手有2〜3个自由度。

控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。

同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。

控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯

片构成，通过对其编程实现所要功能。

3.3机械手的分类

在现有的各行各业中，机械手的种类繁多，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械

手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。

有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。

机械手首先是从美国开始研制的。

1958年

美国联合控制公司研制出第一台机械手。

机械手完成一个周期，分为8个工序，进入下一个工序上一个工序都自动复位，每一个工序都由限位开关控制（除抓紧、放松外为时间定时器来控制）在手动时，抓紧和放松的下一状态由时间定时器和手动限位开关控制，而皮带A由光电开关SP控制，B是连续进行的由专门的开关控制。

总体设计方案

本系统为顺序控制，由FX2N—48MR完成控制，其输入、输出口分配如下：

控制按钮输入分配表

（1）

控制元件

符号

输入点

启动按钮

SB1

X000

停止按钮（回原点）

SB2

X010

紧急停止按钮

SB3

X005

手动（单步）

SB4

X017

单周期运行

SB5

X020

皮带A停止按钮

SB6（SP）

X006

皮带B停止按钮

SB7

X007

（注：

皮带A停止按钮SP在机械手中为光电开关，

SB6为普通的停止开关）

自动输入按钮分配表

（2）

控制元件

符号

输入点

光电上限位开关

SQ1

X001

光电下限位开关

SQ2

X002

光电右限位开关

SQ3

X003

光电左限位开关

SQ4

X004

（注：

自动限位开关在实际机械手中为光电开关）

手动输入按钮分配表（3）

控制元件

符号

输入点

手动上限位开光

SL1

X011

手动下限位开光

SL2

X012

手动右限位开光

SL3

X013

手动左限位开光

SL4

X014

手动抓紧限位开光

SL5

X015

手动放松限位开光

SL6

X016

输出分配表（4）

控制元件

符号

输出点

原点指示灯

YV0

Y000

上升机

YV1

Y001

下降机

YV2

Y002

右旋机

YV3

Y003

左旋机

YV4

Y004

抓手

YV5

Y005

皮带A旋转机

YV6

Y006

皮带B旋转机

YV7

Y007

3・2・5工作过程

机械手实为PLC控制过程如下：

接上电源，PLC运行，选择控制面板上的自动

（连续）运行档，过程如下：

（1）、按下启动按钮SB1，机械手从原点处开始运行，机械手保持抓手松开上升（Y005失电，Y001得电）到限位开关处，使光电上升限位开关导通

（X001）。

（2）、光电升上限位开关导通，机械手停止上升

（Y001失电），开始左移（Y004得电），左移到限

位开关处，使光电左移限位开关导通（X004）。

（3）、光电左移限位开关导通，机械手停止左移

（Y004失电）,开始下降（Y002得电）,下降到限位开关处，使光电下降限位开关导通（X002）。

（4）、光电下降限位开关导通，机械手停止下降

（Y002失电），开始抓物体（Y005得电，同时皮带

A的光电开关断开，皮带A停止运行），延时3秒。

（5）3秒后，抓手抓着物体一直上升（Y005—直得电，Y001得电，同时皮带A开关导通，皮带A继续运行），上升到限位开关处，使光电上升限位开关导通（X001）。

（6）光电上升限位开关导通，机械手停止上升

（Y001失电），抓着物体开始右移（Y003得电，Y005一直得电）右移到限位开关处，使光电右移限位开关导通（X003）。

（7）光电右移限位开关导通，机械手停止右移

（Y003失电），抓着物体开始下降（Y002得电，Y005一直得电），下降到限位开关处，使光电下降限位开

关导通（X002）。

（8）光电下降限位开关导通，机械手停止下降

（Y002失电）,开始放物体（Y005失电）,延时3秒，回原点。

如在此过程没有按停止按钮，机械手往复运行，在此过程如按下紧急停止按钮，机械手将停在当前运行状态，再次通电，机械手继续运行完成动作。

在此过程中皮带B是一直运行，由单独的开关控制。

当旋钮开光打在单周期处，机械手自动运行一周期后，停止运行。

当开关打在手动（单步）处，过程和上述八个过程相同，但限位开关为手动限位开关，需要人工手动按钮控制。

注：

当手动运行到（4）、（8）时，3秒后才能按限位开关，当手动时机械手的上升下降、左移、右移不能无限运动，当运动到一定程度时，机械手停在某一位置，等待按下限位开关才继续进行。

SQ4SQ3£

左行YV3

■—

右行

央56*西*

鏗开*

YV5

TV4*

儿IQsqz

TV1

上升

TV2

"4]sqi

B点

Tft

图1机嶽手示竟屈

当开始工作时，按下启动按钮，机械手对抓手进行复位上升，当遇到限位开关，机械手开始左移，遇到左移限位开关，机械手开始下降，遇到下降限位开关，机械手开始抓物体，延时10时间到机械手

抓工件保持上升，遇到上升限位开关，机械手开始

向右移，遇到右移限位开关，机械手开始下降，遇到下降限位开关，机械手开始放物体，延时15时间

到完成一个工作周期，回原点反复运行。

机械手的工作过程是一个不断循环的过程，若发生紧急事故、停电等情况，在系统启动时可继续完成任务，工作即能连续，也可完成单周期，又能手动运行，具体流程如下

上升

左移

下降

0

抓紧

放松

下降

右移

<=!

上升

3.4机械手动画连接

由图形对象搭制而成的图形界面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。

组态王实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口

中的图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关

性连接，并设置相应的动画属性。

动画效果右移，

上移，下移，左移如图4-3所示

机械手控制循环匚作控制

0312********抓紧f放松上觀右移

机械手抓紧

机械手控制循环工作控制

0812********抓紧f放松左移右移

正转放松

四层电梯

目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。

而PIC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC

系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。

PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。

3.1设计思想以及功能说明：

轿厢