基于PLC的机械手的模拟设计.docx

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基于PLC的机械手的模拟设计

目录

1引言1

2设计目的和任务要求2

2.1设计目的2

2.2设计任务2

3机械手PLC控制的设计2

3.1根据工艺过程分析控制要求2

3.2系统控制模板3

3.3输入/输出设备及I/O分配4

3.4PLC的选择5

3.5PLC程序设计5

4设计体会与心得8

参考文献8

致谢9

1引言

随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及。

机械手：

mechanicalhand，也被称为自动手，autohand

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。

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，可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。

因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

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。

机械手的种类，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。

就个人而言，希望通过这次毕业设计对未来将从事的工作进行一次适应训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。

2设计目的和任务要求

2.1设计目的

（1）

通过实验掌握PLC控制系统的硬件电路、程序的设计方法及对编程软件的编辑和调试。

（2）了解机械手的工作原理。

（3）掌握顺序控制设计法的方法和技巧。

2.2设计任务

机械手的动作示意图如图2-1所示。

它是一个水平/垂直位移的机械设备，用来将工作由左工作台搬到右工作台。

图2-1机械手的工作示意图

3机械手PLC控制的设计

3.1根据工艺过程分析控制要求

本实验是将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。

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；当上升电磁阀端电时，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。

机械的放松/加紧由一个单线圈两位置电磁阀（称为加紧电磁阀）控制。

当该线圈通电时，机械手加紧，该线圈断电时，机械手放松。

当机械手处于原点时（即左限位开关SQ4和上限位开关SQ2合上），启动以后，机械手移向A点，加紧工件，然后回到原位，移向B点，放下工件，再回到原位完成一次动作。

机械手的动作过程如图3-1所示。

图3-1机械手的传送工件系统示意图

从原点开始，按下启动按钮时，下降电磁阀通电，机械手下降。

下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。

夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。

上升到顶时，碰到上位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。

右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。

若此时右工作台上无工作，则光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。

下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。

放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。

上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移。

左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。

至此，机械手经过八步动作完成一个周期，即为：

原位下降夹紧上升右移

左移上升放松下降

3.2系统控制模板

机械手模拟控制系统的模拟示意面板图如图3-2所示。

图3-2机械手模拟控制系统的模拟示意面板图

3.3输入/输出设备及I/O分配

1.输入设备--------用以生产输入控制信号。

本设计中应包括：

启动开关，其上限、下限、左限、右限的位置限位开关（实验中由手动的纽扣开关代替）。

2.输出设备—由PLC的输出信号驱动的执行元件。

本设计中应包括下降电磁阀、上升电磁阀、右移电磁阀、左移电磁阀、夹紧电磁阀（实验中由LED显示灯代替）、原点指示灯。

各输入/输出设备的配置如图3-1所示。

3.机械手模拟控制系统的输入/输出分配表如3-1所示。

表3-1机械手模拟控制系统的I/O分配表

输入信号

输出信号

名称

输入点编号

名称

输入点编号

启动按钮SB1

X000

机械手下降指示灯YV1

Y000

下限位按钮SQ1

X001

机械手夹紧/放松指示灯YV2

Y001

上限位按钮SQ2

X002

机械手上升指示灯YV3

Y002

右限位按钮SQ3

X003

机械手右移指示灯YV4

Y003

左限位按钮SQ4

X004

机械手左移指示灯YV5

Y004

机械手复位指示灯HL

Y005

根据所确定的用户输入设备及输出设备，可画出PLC的I/O连接图，如图3-3所示。

由图可见，PLC共需要5点输入，6点输出。

主机模块的COM接主机模块输入端的COM0和输出端的COM1、COM2、COM3；主机模块的24+、COM分别接在实验单元的V+，COM。

图3-3机械手模拟控制系统的I/O接线图

3.4PLC的选择

该机械手的控制为纯开关量控制，且所要的I/O点数不多，因此选择一般小型抵挡机即可。

该控制系统要实现的是步进控制，可以用一般PLC所具有的移位寄存器和移位指令来编程，但若选择具有步进指令功能或鼓型控制器功能的PLC，则实现步进控制就更加方便了。

由于所要的I/O点数为5/6点，考虑到机械手操作的工艺固定，PLC的I/O点基本上可不留裕量。

根据资料的机型，故选择三菱FX1N-40MR机型。

（需要比较价格，同时考虑使用维修方便等因素，使之更加经济合理。

）

3.5PLC程序设计

一、机械手动作的模拟程序梯形图如图3-4所示。

图3-4机械手动作的模拟程序梯形图

程序分析：

（1）X002和X004接通时，上限位和左限位闭合，机械手在远点位置。

M100置“1”常开接点接通，使得Y005接通，原点指示灯亮。

（2）这时按下手动按钮SB1，使得位左移SFTL指令【SFTLM100M101K9K1】执行。

M100：

源位元件起始地址，只能是位元件（X，Y，M，S）

M101：

目标位元件起始地址，只能是位元件（Y，M，S）

K9：

目标位元件个数，只能是数值

K1：

移动的个数，只能是数值

在这里的SFTLM100M101K9K1--K9为目标元件个数，K1表示一次移动1位，这里指M100的值传给M101，使得M101置“1”M100置“0”，依次传到M109形成一个循环直到同时复位。

（3）M101接通下降指示灯Y000亮。

当碰到下限为开关使X001接点接通，把M101的值传给M102，使得M102接通执行指令【SETM200】（把M200置“1”）和时间继电器T0。

经过1.7秒后，时间继电器T0延时闭合常开接点接通，把M102的值传给M103，接通上升指示灯Y002。

碰到上限开关使X002接点接通，把M103的值传给M104，接通右移指示灯Y003。

碰到右限位开关使X003接点接通，把M104的值传给M105，接通下移指示灯Y000。

碰到下限位开关使X001接点接通，把M105的值传给M106，执行指令【RSTM200】（把M200置“0”）和时间继电器T1。

过1.5秒后，时间继电器T1延时闭合常开接点接通，把M106的值传给M107，接通上升指示灯Y002。

碰到上限开关使X002接点接通，把M107的值传给M108，接通左移指示灯Y004。

碰到左限位开关使X004接点接通，把M108的值传给M109，使M109的置为“1”执行指令【ZRSTM101M109】，使得复位M101开始到M109结束。

（4）手动按钮SB1断开，执行指令【ZRSTM101M109】和【RSTM200】，结束程序。

2、设计机械手动作三位置动作模拟，如图3-5所示。

图3-5三位置机械手的传送示意图

从原点开始，按下启动按钮，下降电池阀通电，机械手下降。

下降到底时，碰到下限位开关，下降电池阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。

夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。

上升到顶点时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，停止上升；同时接通右移电磁阀，机械手右移。

右移到位时，碰到中限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。

下降电磁阀通电机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。

放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。

上升到顶点时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。

右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止；同时延时开关延时闭合，机械手停止运动。

延时开关闭合；同时接通左移电磁阀，机械手左移。

左移到位时，碰到中限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。

下降电磁阀通电机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀通电，机械手加紧。

加紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。

上升到顶点时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。

右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。

下降电磁阀通电机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。

放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。

上升到顶点时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移。

左移到位时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。

至此，机械手18步动作完成了一个周期的动作。

程序如图3-6所示。

图3-6三位置机械手动作的模拟程序梯形图

4设计体会与心得

毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。

这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。

其主要目的：

一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。

二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。

三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。

四、培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。

参考文献

[1]陈立定,吴玉香,苏开才编.电气控制与可编程控制器.华南理工大学出版社.2001.

[2]魏斌，孙健编.可编程控制器实验与实训教程.中国水利水电出版社.2009.

[3]高勤，田培成编.可编程控制器原理及应用（三菱机型）.电子工业出版社.2009.

[4]赵俊生等编.电气控制与PLC技术项目化理论与实训.电子工业出版社.2009.

[5]刘艳梅，陈震，李一波等编著.三菱PLC基础与系统设计.机械工业出版社.2009.

[6]巫莉，黄江峰编.电气控制与PLC应用.中国电力出版社.2008.

致谢

感谢我的导师唐美玲老师以及班主任丑幸荣老师对我学习中的细心照顾。

他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

感谢唐美玲等老师对我的教育培养，他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向老师们深深的鞠上一躬。

感谢我的同学们，不是他们的陪伴，我不会在这三年里过的那么愉快，我不会忘记班级里的同学朋友。

非常感谢！

感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以为报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。

在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给予了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！

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