课程设计模板三菱FXPLC机械手控制.docx
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课程设计模板三菱FXPLC机械手控制
《PLC技术应用》
课程设计说明书
题目：
机械手控制设计
组员：
林名，黄伟，卢小小
完成日期：
2013.6.7
交通职业技术学院汽车学院
一、机械手的工作原理
（一）机械手的概述
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品与有害物的搬运等。
（5）宇宙与海洋的开发。
（6）军事工程与生物医学方面的研究和试验。
（二）机械手的工作方式
机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。
工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。
当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。
当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。
当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。
以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。
1本次课程设计的机械手用于车间生产线上工件的自动搬运，根据对机械手的工艺过程与控制要求分析，机械手的动作过程如下图所示：
图1机械手的动作周期
如图所示机械手能实现手动、回复位、单步、单周期和连续等五种工作方式。
手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；回复位工作方式时，按下“回复位”按钮，则机械手自动返回原位；单步工作方式时，每按一次起动按钮机械手向前执行一步；选择单周期工作方式时，每按一次起动按钮，机械手只运行一个周期就停下；连续工作方式时，机械手向前执行一步；只要按下起动按钮，机械手就会连续循环动作，直到按下停止按钮，机械手才会最后运行到原位并停下；而在传送工件的过程中，机械手必须升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其它工件。
图2机械手传送示意与操作动作传送图
图3机械手传送示意与操作动作执行图
二、机械手控制的硬件设计
（一）输入和输出点分配表与原理接线图
表1机械手传送系统输入和输出点分配表
输入触点
功能
输入触点
功能
输入触点
功能
输出触点
功能
X1-SQ2
左限位
X10
手动
X16
启动
Y0
上升
X2-SQ2
右限位
X11
回原点
X17
停止
Y1
下降
X4-SQ2
上限位
X12
单步
X20
夹紧
Y2
右行
X5-SQ2
下限位
X13
单周期
X21
松开
Y3
左行
X14
连续
X22
上升
Y4
夹紧/放松
X23
下降
X24
右行
X25
左行
表1机械手传送系统输入和输出点分配表
图4机械手硬件控制连线图
三、机械手控制程序
（一）通用部分梯形图设计
公用程序用于自动程序和手动程序相互切换处理。
左限位开关X1、上线位开关X4的常开触点和表示夹紧装置松开的Y4的常闭触点组成的串联电路接通时，“远点条件”辅助继电器M5变为ON。
当机械手处于原点状态（M5为ON），在开始执行用户程序（M8002为ON）、系统处于手动状态或回原点状态（X10或X11为ON）时，初始步对应的M0将被置位，为进入单步、单周期和连续工作方式工作方式作好准备。
如果此时M5为OFF状态，M0将被复位，初始步为不活动步，进入单步、单周期和连续工作方式工作后按启动按钮也不会转换到下一步，因此禁止了单步、单周期和连续工作方式的运行。
系统处于手动工作方式时，必须将除初始步以外的各步对应的辅助继电器（M20~M27）复位。
在非连续方式，将表示连续工作状态的M7复位。
否则当系统从自动方式切换到手动方式，然后又返回自动方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误的动作。
（二）手动操作梯形图
1.手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制，可以用常规继电器顺序方式来设计梯形图。
“手动操作时”按下放松按钮时，机械手卡抓松开，当松开放松按钮时，机械手卡爪在液压缸作用下自动加紧并保持；按下上升按钮，上升输出Y000保持接通；按下下降按钮，Y001保持接通；在上限位按下右行按钮，右行输出Y002接通，至行程开关SQ2闭合。
手动操作梯形图设置有互锁，只有在小车处于左限位（即X001闭合）或右限位（即X002闭合）时机械手的上升下降动作才能进行，只有当机械手处于下限位（即X005接通）机械手的加紧放松动作才可以手动控制；为了安全，同一个电动机的正反转线圈不能同时接通，设计中设计了自锁开关，防止线圈同时接通造成的短路。
故手动操作时梯形图如图所示：
手动操作梯形图
从梯形图可以看出，用上限位开关X4为ON作为手动左行和右行的条件，禁止机械手在较低的位置水平运动
（三）返回原位流程图
在“返回原位”状态下，“夹紧”与“下降”动作应被停止，上限位未动作时，应进行“上升”；上限位动作时，“右行”动作应停止，并左行至左限位位置。
故返回原位梯形图如图所示：
（四）返回原位梯形图
在“返回原位”状态下，“夹紧”与“下降”动作应被停止，上限位未动作时，应进行“上升”；上限位动作时，“右行”动作应停止，并左行至左限位位置。
故返回原位梯形图如图所示：
返回原位梯形图
（五）“自动”状态梯形图
自动程序里面有单步与非单步、单周期与连续的区分，工作于单步的时，X12的常闭触点断开，这时M6为OFF不允许步与步之间的转换：
在连续工作方式，X14为ON，按下启动按钮X16，连续标志M7变为ON并锁存。
在单周期工作方式，因为X14为OFF,M7不会变为ON。
程序流程图如下：
（六）“自动”状态流程图
（七）搬运机械手PLC控制梯形图与指令表：
搬运机械手PLC控制梯形图
四、总结与评价
机械手的控制对于很多场合需求很大，不论是机床使用的小型系统还是流水线上的这类设备，其基本动作要求类似，所以控制的实现也可以相互借鉴。
对于控制程序的编写，这里给出的只是一种实现手段，使用可编程控制器还有其他的方法可以实现这样的控制，针对所用的具体系统的情况，设计人员可以选用不同的方法来编写程序。
机械手高效的工作效率，准确的定位精度，以与简单的结构与控制方式是人手不能替代的，机械手的使用也将越来越广泛。
五、参考文献
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FX系列PLC编程与应用机械工业工程2005.4
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基于非接触式IC卡、考勤机的研究[J]，工业学院学报，2001。
[3]马秀丽等：
一种非接触式射频卡、基站读写电路的设计与应用[J]，金卡工程，2003。
[4]邬依林等：
基于非接触式IC卡收费机的设计[J]。
教育学院学报，2OO4。
[5]何立民：
单片机应用系统设计，，航空航天大学,1995。
[6]周航慈：
单片机程序设计技术，，航空航天大学.1992。
[7]宇超等：
射频识别技术与其发展现状，电子技术应用，1999。
[8]汪建主编：
MCS一96系列单片机原理与应用技术[M]，：
华中科技大学（第2版），2004。
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射频识别技术与其发展现状[J]，电子技术应用，1999。
[10]琚门：
感应式IC卡系统与其应用[J]，电子产品世界，2000。
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