【正文】 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 題目 機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 系別 機(jī)電工程系 專業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 班級 機(jī)班 姓名 學(xué)號 0432 指導(dǎo)教師 日期 29 月 I 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目 機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計要求： 機(jī)械手在工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，如圖 1 所示，是應(yīng)用于自動生產(chǎn)線的搬物轉(zhuǎn)位機(jī)械手，系統(tǒng)啟動運行后，可將傳送帶 A上的物體逐個搬送到傳送帶 B上。下面討論起控制系統(tǒng)的設(shè)計過程。 圖 1 機(jī)械手搬物動作示意圖 設(shè)計進(jìn)度要求： 第一周： 定設(shè)計題目，查找資料 第二周： 確定設(shè)計方案 第三周： 整理設(shè)計思路 第四 六周： 正式設(shè)計階段 第七周： 論文修改，核對，驗收，裝訂 第八周： 畢業(yè)答辯 指導(dǎo)教師（簽名）： II 摘 要 可編程控制器是近年來發(fā)展迅速應(yīng)用廣泛的控制裝置，是一種工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字電子控制系統(tǒng)，它不僅可以取代傳統(tǒng)的繼電器 接觸器控制系統(tǒng)還可以完成邏輯運算，順序控制，定時、計數(shù)、數(shù)值計算和特定的功能，其應(yīng)用于從單機(jī)自動化控制到整條生產(chǎn)線的自動化及至整 個工廠的生產(chǎn)自動化控制，使電器控制技術(shù)進(jìn)入了一個嶄新的階段，目前 PLC控制幾乎在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用 . 機(jī)械手就是通過 PLC 對系統(tǒng)的控制來實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。 可編程序控制器簡介 * PLC組成：中央處理單元（ CPU）、存儲器、輸入 /輸出單元（ I/O 單元）、電源、編程器等； * PLC分類：按照結(jié)構(gòu)形成分為整體式和模塊式；按照輸入 /輸出（ I/O）點數(shù)分為小、中和大型； * PLC特點：可靠性高，通用性強(qiáng)，編程簡單（常用編程語言有梯形圖、語句表、邏輯符號圖、順序功能圖和高級語言等），體積小，安裝維 護(hù)簡便等； * PLC工作方式： PLC是采用循環(huán)掃描的工作方式，即每一次狀態(tài)變化需一個掃描周期。 PLC 循環(huán)掃描時間一般為幾毫秒至幾十毫秒。整個過程分為內(nèi)部處理、通信、輸入處理、執(zhí)行程序、輸出處理幾部分； * PLC發(fā)展趨勢：向高速度、大容量、多種類發(fā)展；豐富編程語言，開發(fā)用戶友好界面；開發(fā)智能模塊；加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通訊能力； 預(yù) 留現(xiàn)場總線接口（現(xiàn)已有產(chǎn)品應(yīng)用，如： SIEMENS SIMATIC S7400）；擁有智能診斷等功能；保護(hù)功能加強(qiáng)，有效保護(hù)用戶信息，防止非法復(fù)制、修改；對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)。 通過設(shè)計 ，實現(xiàn) 機(jī)械手自動停止下降 ， 機(jī)械手的初始位置停在原點，按下啟動按扭后，機(jī)械手將依次完成上升 — 左旋轉(zhuǎn) 下降 抓物 上升 右旋轉(zhuǎn) 下降 放松，完成了一個周期。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)械手，西門子，梯形圖 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 目 錄 摘 要 ..................................................................... II 1 機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu) .......................................................... 2 ...................................................... 2 2 機(jī)械手的工作過程 .......................................................... 4 4 驅(qū)動元件和控制裝置的選擇 .................................................. 7 5 機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 ................................................... 8 機(jī)械手 PLC輸入 /輸出設(shè)備的確定 ......................................... 8 選擇 PLC 機(jī)型 .......................................................... 9 CPU226的簡單介紹 .................................................... 10 6 機(jī)械手梯形圖的設(shè)計 ....................................................... 12 通用部分梯形圖設(shè)計 ................................................... 12 機(jī)械手整體程序結(jié)構(gòu) ................................................... 14 “ 自動”狀態(tài)梯形圖 .................................................... 15 PLC控制梯形 ............................................... 17 程 序 ................................................................. 22 7 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................................. 24 8 結(jié) 論 ................................................................ 25 參 考 資 料 ................................................................ 27 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 1 機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu) 機(jī)械手的簡單介紹 能模仿人手臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機(jī)械手主要由手部和運動機(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)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動 作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機(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)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有 2～ 3 個自由度。 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手 ；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 ；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 機(jī)械手通常用作機(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。 機(jī)械手的控制 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點之外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命，如圖（ ）是一臺工件傳送機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖。其上升、下降和左旋轉(zhuǎn)、右旋轉(zhuǎn)的執(zhí)行，分別有雙線圈二位電磁閥控制氣缸的運動完成。如果某電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動作，直到相對的線圈通電為止。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 圖 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn) 備下降時，為確保安全，必須在右工作臺上無工作時才允許機(jī)械手下降。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 2 機(jī)械手的工作過程 機(jī)械手動作示意圖如圖 從圖中可見，機(jī)械手的動作周期主要有 9 個動作，即為； 圖 機(jī)械手的動作周期 根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)和工藝過程分析控制要求，機(jī)械手動作順序如下； 1) 根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)和工藝過程分析控制要求 機(jī)械手有水平和垂直移位兩種。其上升、下降和左旋轉(zhuǎn)、右旋轉(zhuǎn)的執(zhí)行，分別有雙線圈 二位電磁閥控制氣缸的運動完成。例如，當(dāng)下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，若下降電磁閥斷電，機(jī)械手停止下降，但保持現(xiàn)有的動作狀態(tài)。只有當(dāng)上升電磁閥通電時，機(jī)械手才上升。同樣左旋轉(zhuǎn)、右旋轉(zhuǎn)動作也是有對應(yīng)的電磁閥控制。夾緊、放松則是有單線圈二位電磁閥控制氣缸運動來實現(xiàn)，線圈通電時執(zhí)行加緊動作，斷電時執(zhí)行放松動作。并且要求，只有當(dāng)右工作臺上無工件時才能允許機(jī)械手在右邊下降。因此，該設(shè)備的檢測元件有上、下、左、右四個限位開關(guān)和一個無工件檢測的光電開關(guān)。 2) 機(jī)械手的工作過程分為 8 個工步：即從原點開始經(jīng)下降、夾緊、上旋轉(zhuǎn)、 右旋轉(zhuǎn)、下降、放松、上升、左移 8個動作后完成一個周期并回到原點。機(jī)械手的運動周期如圖 。 3) 機(jī)械手操作方式 機(jī)械手的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。 手動操作：就是用按鈕操作，對機(jī)械手的每一種運動單獨進(jìn)行控制。例如：當(dāng)選擇上／下運動時，按下啟動按鈕，機(jī)械上升；按下停止按鈕，機(jī)械手下降。當(dāng)選擇左／右運動時，按下啟動按鈕，機(jī)械手左移；按下停止按鈕，機(jī)械手右移。當(dāng)選擇夾緊／放松運動時，按下啟動按鈕，機(jī)械手夾緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放松。 原點 下降 夾緊 上升 右旋轉(zhuǎn) 下降 放物 上升 左旋轉(zhuǎn) 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 單 步操作：每按一下啟動按鈕，機(jī)械手完成一步動作后自動停止。 單周期操作：機(jī)械手從原點開始，按下啟動按鈕，機(jī)械手自動完成一個周期的動作后停止。在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手動作停止。重新啟動時需用手動操作方式將機(jī)械手移回到原點，然后按一下啟動按鈕，機(jī)械手又開始重新單周期操作。 連續(xù)操作：機(jī)械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機(jī)械手將自動地、連續(xù)地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕