機械手操作控制裝置設(shè)計

1、機械手操作控制裝置設(shè)計學(xué) 院專 業(yè)班 級組 別指導(dǎo)教師2013年6月13日目錄摘要11 機械手操作控制簡介21.1 機械手的控制要求21.2機械手的的操作功能21.3設(shè)計與報告要求32 PLC及機械手的選擇和論證42.1 PLC42.1.1 PLC簡介42.1.2 PLC的結(jié)構(gòu)及基本配置42.1.3 PLC選擇及論證52.2 機械手52.2.1 機械手簡介52.2.2 機械手選擇63 硬件電路設(shè)計及描述73.1操作方式73.2 輸入和輸出點分配表及I/O分配接線84 軟件電路設(shè)計及描述104.1 機械手的操作系統(tǒng)程序104.2 回原位程序104.3 手動單步操作程序114.4 自動操作程序12

2、4.5 機械臂傳送系統(tǒng)梯形圖135 指令語句表156 心得體會16參考文獻(xiàn)17摘要可編程序控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通用的工業(yè)自動化控制裝置。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC的功能也越來越強大，更多地具有計算機的功能，所以又簡稱PC（PROGRAMMABLE CONTROLLER），但是為了不和PERSONAL COMPUTER混淆，仍習(xí)慣稱為PLC。目前PLC已經(jīng)在智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面取得了很好的發(fā)展，并且現(xiàn)今已出現(xiàn)SOFTPLC，更是PLC領(lǐng)域無限的發(fā)展前景。氣動機械手具有成本

3、低廉、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾性強、適合各種生產(chǎn)環(huán)境等特點。目前,氣動機械手在某些專用機床的自動上下料裝置中已經(jīng)得到了初步應(yīng)用。PLC在工業(yè)控制方面有相當(dāng)成熟的應(yīng)用,功能強大,程序設(shè)計和外部接線比其他自控方式更簡單。應(yīng)用三菱系列PLC設(shè)計開發(fā)一套實現(xiàn)氣動機械手上下左右運動的程序和外部接線電路及操作面板。氣動系統(tǒng)具有許多顯著的優(yōu)點,在工業(yè)自動化中得到愈來愈廣泛的應(yīng)用,機械手的驅(qū)動和控制方式基本上都是采用高精度伺服電機,成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速度慢、工作效率較低,這些問題阻礙了自動裝卸機械手在生產(chǎn)實際上的廣泛應(yīng)用。機械手采用plc控制，具有可靠性高，改變程序靈活等優(yōu)點。無論進(jìn)行時間控制還是控制或混合控制，都可

4、以通過設(shè)置plc的程序?qū)崿F(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機械手的動作順序改變程序，是機械手通用性更好 。采用氣壓傳動，動作迅速，反應(yīng)靈敏，能實現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動控制。工作環(huán)境適應(yīng)性好。阻力損失和泄露減少。不會污染環(huán)境，造價低。關(guān)鍵詞：PLC 氣動機械手 自動裝卸1 機械手操作控制簡介1.1 機械手的控制要求機械手的動作示意圖如圖1所示，氣動機械手的功能是將工件從A處移送到B處?？刂埔鬄椋?) 氣動機械手的升降和左右移行分別由不同的雙線圈電磁閥來實現(xiàn)，電磁閥線圈失電時能保持原來的狀態(tài)，必須驅(qū)動反向的線圈才能反向運動；2) 上升、下降的電磁閥線圈分別為YV2、YV1；右行、左行的電磁閥線圈為YV3、YV4；3)

5、機械手的夾鉗由單線圈電磁閥YV5來實現(xiàn)，線圈通電時夾緊工件，線圈斷電時松開工件；4) 機械手的夾鉗的松開、夾緊通過延時1。7S實現(xiàn)；5) 機械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4來實現(xiàn)；圖1 機械手示意圖1.2機械手的的操作功能機械手的操作面板如圖2所示。機械手能實現(xiàn)手動、回原位、單步、單周期和連續(xù)等五種工作方式。1) 手動工作方式時，用各按鈕的點動實現(xiàn)相應(yīng)的動作；2) 回原位工作方式時，按下“回原位”按鈕，則機械手自動返回原位；3) 單步工作方式時，每按下一次啟動按鈕，機械手向前執(zhí)行一步；4) 單周期工作方式時，每按下一次啟動按鈕，機械手只運行一個周期；5

6、) 連續(xù)工作方式時，機械手在原位，只要按下啟動按鈕，機械手就會連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止按鈕；6) 傳送工件時，機械手必須升到最高點才能左右移動，以防止機械手在較低位置運行時碰到其他工件；7) 出現(xiàn)緊急情況，按下緊急停車按鈕時，機械手停止所有的操作。圖2 操作面板1.3設(shè)計與報告要求1) 控制對象及控制要求分析2) 輸入輸出點設(shè)置，IO表繪制3) PLC選型（DVP SX2）及硬件配置4) 系統(tǒng)硬件設(shè)計，采用AutoCAD繪制圖紙。包括供電/主電路/PLC配置/IO接線原理圖紙。5) 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計。完成梯形圖程序設(shè)計，程序有批注。6) 實驗調(diào)試方案設(shè)計。采用實驗室設(shè)備（PLC、TP）驗證程

7、序設(shè)計正確性采用硬件按鈕/硬件輸出指示燈和TP中的軟元件模擬系統(tǒng)，搭建實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)控制功能的要求，并能在模擬的系統(tǒng)中證明控制功能的正確實現(xiàn)。2 PLC及機械手的選擇和論證2.1 PLC2.1.1 PLC簡介可編程控制器（簡稱PLC）：是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點?？梢灶A(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用必將形成世界

8、潮流。2.1.2 PLC的結(jié)構(gòu)及基本配置一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數(shù)又有若干規(guī)格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合。CPU：PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU。與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、存儲器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它

9、確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 存儲器：可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。I/O模塊：PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的。電源模塊：有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。PLC 的外部設(shè)備：外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類：編程設(shè)備、監(jiān)控設(shè)

10、備、 存儲設(shè)備、輸入輸出設(shè)備。2.1.3 PLC選擇及論證考慮到機械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元器件連接的靈活性和方便性，采用PLC作為核心控制器，各控制對象都必須在PLC的統(tǒng)一控制下協(xié)同工作，同時考慮到工作流程和造價。所以我們采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16點輸入、16點輸出)。三菱FX2N系列可編程控制器是小型化，高速度，高性能的產(chǎn)品，是FX系列中最高檔次的超小型程序裝置。2.2 機械手2.2.1 機械手簡介mechanical hand 也被稱為自動手，auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，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

11、人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。1) 執(zhí)行機構(gòu)機械手的執(zhí)行機構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。2) 傳動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)。常用機械手傳動系統(tǒng)分機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等

12、幾種形式。3) 控制系統(tǒng)機械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進(jìn)行動作，簡單的機械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機構(gòu)按要求進(jìn)行動作動作復(fù)雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進(jìn)行控制。2.2.2 機械手選擇由于機械手是在搬運中的應(yīng)用，所以采用傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機械手類型。此機械手易于操作，性能可靠。并且根據(jù)要求，我們設(shè)計的是氣動機械式。3 硬件電路設(shè)計及描述3.1操作方式設(shè)備的操作方式一般可分為手動和自動兩大類，手動操作方式主要用于設(shè)備的調(diào)整，自動操作方式用于設(shè)備的自動運行。1) 手動操作方式手動操作

13、：用單個按鈕接通或斷開各自對應(yīng)的負(fù)載?；卦c：按下回原點按鈕，使設(shè)備自動回歸到原點位置。2) 自動操作方式單步運行：每按一次啟動按鈕，設(shè)備前進(jìn)一個工步。單周期運行：在原點位置時，按下啟動按鈕設(shè)備自動運行一個周期后停止原位；途中按下停止按鈕，設(shè)備停止運行；再按下啟動按鈕時，設(shè)備從斷點處繼續(xù)運行，直到原位停止。連續(xù)運行：在原點位置按下啟動按鈕，設(shè)備按既定工序連續(xù)反復(fù)運行。中途按下停止按鈕，設(shè)備運行到原位停止。3.2 輸入和輸出點分配表及I/O分配接線表1 機械臂傳送系統(tǒng)輸入和輸出點分配表名 稱代號輸入名 稱代號輸入名 稱代號輸出啟動SB1X0左限位SQ1X8單周期SB13X16停止SB2X1右限位

14、SQ3X9回原點啟動SB14X17上升SB3X2上限位SQ2X10電磁閥下降YV1Y0下降SB4X3下限位SQ4X11電磁閥上升YV2Y1左移SB5X4手動SB9X12電磁閥左行YV3Y2右移SB6X5自動SB10X13電磁閥右行YV4Y3放松SB7X6回原點SB11X14電磁閥夾緊YV5Y4夾緊SB8X7單步SB12X15 圖3 I/O分配及接線圖4 軟件電路設(shè)計及描述4.1 機械手的操作系統(tǒng)程序 操作系統(tǒng)包括回原點程序，手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖4所示。圖4 手動單步操作和自動連續(xù)操作圖其原理是把旋鈕置于回原點，X16接通，系統(tǒng)自動回原點，Y5驅(qū)動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，

15、則X6接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ為一跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動，則跳到指針P所指P0處），執(zhí)行手動程序。之后，由于X7常閉觸點，當(dāng)執(zhí)行CJ指令時，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動位置，（既X6常閉閉合、X7常閉打開）則程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。4.2 回原位程序回原位程序如圖5所示。用S10S12作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用S10S19作回零操作時，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。圖5 回位狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.3 手動單步操作程序手動單步操作程序如圖6所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。圖6 手動單步操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.4 自動操

16、作程序自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖7所示。當(dāng)機械臂處于原位時，按啟動X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動下降Y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動復(fù)位。S21驅(qū)動Y1置位，延時1秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動Y2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動Y3右移。移到最右位，X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降。下降到最低位，X1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時1秒。延時時間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動作。

17、在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強。圖7 自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.5 機械臂傳送系統(tǒng)梯形圖機械臂傳送系統(tǒng)梯形圖如圖8所示。圖中從第0行到第27行為回原位狀態(tài)程序。從第28行到第66行，為手動單步操作程序。從第67行到第129行為自動操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖3的操作系統(tǒng)運行的。回原位程序和自動操作程序，是用步進(jìn)順控方式編程。在各步進(jìn)順控末行，都以RET結(jié)束本步進(jìn)順控程序塊。但兩者又有不同。回原位程序不能自動返回初始態(tài)S1。而自動操作程序能自動返回初態(tài)S2。圖8 機械手傳送系統(tǒng)梯形圖5 指令語句表表2 指令語句表6 心得體會可編程控制器機械手操作控制裝置設(shè)計是課程當(dāng)中一個重要環(huán)節(jié)，通過了這段時間的設(shè)計，我對plc設(shè)計過程有進(jìn)一步了解，對plc產(chǎn)品的有關(guān)的控制知識有了深刻的認(rèn)識。由于理論知識的有限，小組在設(shè)計遇到了不少問題，通過理論與實際的結(jié)合，進(jìn)一步提高觀察、分析和解決問題的實際工作能力。運用學(xué)習(xí)成果，把理論運用