廣州城市職業(yè)學院

1、廣州城市職業(yè)學院學生畢業(yè)論文（設計）手冊畢業(yè)論文（設計）題目 plc控制機械手設計教學單位 信息與汽車工程學院 專業(yè)/年級 電氣自動化技術(shù)（08級） 姓 名 盧 格 學 號 1506080129 指導教師姓名/職稱 梁富華 助教 日 期 2011年4月6日 教務處 制獨 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的畢業(yè)論文（設計）是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文（設計）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得廣州城市職業(yè)學院或其他教育機構(gòu)的證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本論文（設計）所做的任何貢獻均已在論文中作了

2、明確的說明并表示謝意。論文（設計）作者簽名：盧 格 簽字日期：2011 年 4 月 6日坐標式機械手的plc梯形圖控制程序設計與調(diào)試摘 要在工業(yè)生產(chǎn)和其他領域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。在本設計中介紹了國內(nèi)外機械手研究現(xiàn)狀及plc的研究發(fā)展趨勢，描述了機械手控制系統(tǒng)的工作原理和動作實現(xiàn)過程。研究了基于plc的機械手模型控制系統(tǒng)的設計，還研究了mcgs在機械手控制系統(tǒng)中的應用。利用組態(tài)軟件mcgs設計了機械手模型控制系統(tǒng)監(jiān)控界面，提供了較為直觀、清晰、準確的機械手運行狀態(tài)，進而

3、為維修和故障診斷提供了多方面的可能性，充分提高了系統(tǒng)的工作效率。關鍵詞： 機械手；plc；mcgs 課程設計任務書一、設計任務：plc機械手控制的實現(xiàn)二、設計要求：1. 闡述機械手的工作原理2. 如何實現(xiàn)plc對機械手的控制3. 機械手控制程序設計三、設計期限 年 月 日至 年 月 日目 錄一、設計任務：4plc機械手控制的實現(xiàn)4二、設計要求：4三、設計期限4摘 要21 前言51.1機械手的概述51.2 機械手的工作方式61.3 i/o點數(shù)的確定及plc類型的選擇71.4編程指令的選擇72 機械手控制程序設計72.1 輸入和輸出點分配表及原理接線圖7表1 機械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點分配表72.

4、2 控制程序83 梯形圖及指令表123.1 梯形圖123.2 指令表144 plc程序的調(diào)試154.1 plc控制的安裝與布線154.2 機械手控制程序的調(diào)試155 課程設計總結(jié)以及體會166 參考文獻167 致謝16第一章 前言1.1機械手的概述 機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。 機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人

5、手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用，例如： (1)機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍 (2)在裝配作業(yè)中應用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。 (3)可在勞動條件差，單調(diào)重復易于疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動 （4)可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。 (5宇宙及海洋的開發(fā)。 (6)軍事工程及生物醫(yī)學方面的研究和試驗。 1.2 機械手的工作方式 機械手電氣控制系統(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

6、上表示出來。當旋鈕打向回原點時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現(xiàn)。以下是設計該機械手控制程序的步驟和方法。1、機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。 圖1 機械手傳送示意及操作面板圖1.3 i/o點數(shù)的確定及plc類型的選擇本次設計使用的是thwjx-1型機械手實物教學實驗裝置。本裝置需采用晶體管輸出型可編程控制器，可同時輸出兩路脈沖到步進電機驅(qū)動器，控制步進電機運行。由于機械手系統(tǒng)的輸入/輸出點少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計算機對plc進行監(jiān)控和管理，該機械手的控制為純開關

7、量控制，且i/o點數(shù)不多，僅需11個輸入點和9個輸出點，考慮留有一定的裕量。故選用日本三菱公司生產(chǎn)的多功能小型fx1n-24mt-d主機，該機輸入點為14個，輸出點為10個。1.4編程指令的選擇方案一：使用起保停電路的編程方式。用輔助繼電器代表步，僅僅使用與觸電和線圈有關的指令。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯的優(yōu)點，但因為存在大量的自保持觸點，使程序代碼較長。方案二：采用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式。這種編程方式與轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴格的對應關系，用它編制復雜的順序功能圖的梯形圖時，會有很大幫助。方案三：采用stl指令的編程方式。stl指令（步進梯形指令）是三菱廠家設計的專門用于順序控

8、制的指令，使用該指令可以使編制順序控制程序更加方便，而且易于調(diào)試和維護，且代碼較短。經(jīng)論證本次設計采用的編程方式選用方案三。第二章 機械手控制程序設計 2.1 輸入和輸出點分配表及原理接線圖表1 機械手傳送系統(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夾緊sb5x10電磁閥下降yv1y0下限行程sq1x1放松sb6x11電磁閥夾緊yv2y1上限行程sq2x2單步上升sb7x12電磁閥上升yv3y2右限行程sq3x3單步下降sb8x13電磁閥右行yv4y3左限行程sq4x4單步左移sb9x14電磁閥左行yv5y4停止sb2x5單步右移sb10x15原點指示ely5

9、手動操作sb3x6回原點sb11x16連續(xù)操作sb4x7工件檢測sq5x172.2 控制程序操作系統(tǒng) 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3所示。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，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。回原位程序回原位程序如圖4所示。用s10s12作回零操作

10、元件。應注意，當用s10s19作回零操作時，在最后狀態(tài)中在自我復位前應使特殊繼電器m8043置1。手動單步操作程序如圖5所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護。自動操作程序 自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖6所示。當機械手處于原位時，按啟動x0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s20，驅(qū) 動下降y0，當?shù)竭_下限位使行程開關x1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s21，而s20自動復位。s21驅(qū)動y1置位，延時1秒，以使電磁力達到最大夾緊力。當t0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s22，驅(qū)動y2上升，當上升到達最高位，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

11、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。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。因此步進順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強。7、機械手傳送系統(tǒng)梯形圖如圖7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?；卦怀绦蚝妥詣硬僮鞒绦颉Ｊ怯貌竭M順控方式編程

12、。在各步進順控末行，都以ret結(jié)束本步進順控程序塊。但兩者又有不同?；卦怀绦虿荒茏詣臃祷爻跏紤B(tài)s1。而自動操作程序能自動返回初態(tài)s2。第三章 梯形圖及指令表3.1 梯形圖 3.2 指令表第四章 plc程序的調(diào)試由于plc是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設計的控制裝置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但環(huán)境過于惡劣、電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，都將不能保證plc正常、安全、可靠的運行。因此，討論plc設計調(diào)試就具有十分重要的意義。4.1 plc控制的安裝與布線1、 輸入接線（1）輸入接線一般不要超過30m。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。 （2）輸入

13、、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。 （3）利用普通二極管恰當?shù)拇釉趐lc輸入回路中，防止信號干擾，使plc輸入信號大大增強。2、電源接線電源是plc引入干擾的主要途徑之一，plc應盡可能取用電壓波動較小、波形畸變較小的電源，這對提高plc的可靠性有很大幫助。plc的供電線路應與其他大功率用電設備或強干擾設備（如高頻爐、弧焊機等）分開。為了提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力，可編程序控制器供電回路一般可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開關電源等。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來抗干擾。隔離變壓器是初級和次級之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或同等非導磁材料組成，電器回路上不允許短路，兩極各引

14、出一個接地抽頭。初級與次級之間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點。在選用交流穩(wěn)壓器時，一般可按照實際最大需求容量的130%計算。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠16。plc供電電源為50hz、220v10%的交流電。由于本設計使用的是fx1n系列可編程控制器，所以有直流24v輸出接線端。該接線端可為輸入及傳感器（如光電開關或接近開關）提供直流24v電源。3、接地正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是plc控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對

15、plc控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。良好的接地是保證plc可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。4.2 機械手控制程序的調(diào)試在程序調(diào)試過程中出現(xiàn)了一系列的問題，但最終都一一解決了。在使用stl指令編程時，剛開始由于對stl指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯誤，加上機械手模型裝置本身存在的一些問題，所以在調(diào)試程序時，機械手動作不符合控制要求。經(jīng)過不斷查閱資料，研究、改進，最終程序調(diào)試成功。機械手運行良好，動作正確、符合控制要求。第五章 課程設計總結(jié)以及體會 在本次課題設計中，機械手模型控制系統(tǒng)采用plc進行控制，大

16、大提高了該系統(tǒng)的自動化程度，減少了大量的中間繼電器、時間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時，使用plc進行控制可方便地更改生產(chǎn)流程，增強控制功能。還可以根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參數(shù)，實現(xiàn)機械手控制系統(tǒng)不同的工作需求。另外，采用plc進行控制還使機械手控制系統(tǒng)具有了很大的靈活性和可操作性，使機械手的控制能滿足很多場合的需求。簡而言之，機械手高效的工作效率，準確的定位精度，以及簡單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，機械手的使用會將越來越廣泛。另外，在本次課程設計中我還利用了組態(tài)軟件mcgs對機械手控制系統(tǒng)進行監(jiān)控，通過利用這個軟件對機械手控制系統(tǒng)進行監(jiān)控，可以以最少的

17、人員配置來加強對機械手的管理，還能夠提供較為直觀、清晰、準確的機械手運行狀態(tài)，進而為維修和故障診斷提供多方面的可能性，充分提高系統(tǒng)的工作效率。mcgs是一種比較新穎的軟件，將mcgs應用于機械手的自動控制對我來說是一次新的體驗。本文中介紹的機械手模型控制系統(tǒng)對于教學有很好的輔助作用。機械手控制技術(shù)是一項綜合型的技術(shù)，機械手控制系統(tǒng)又是一個復雜的隨機系統(tǒng)，本次設計的機械手模型控制系統(tǒng)與真正的機械手控制系統(tǒng)之間還有很大的差距。由于對組態(tài)軟件mcgs掌握的不熟練，軟件的一些功能沒有能應用到監(jiān)控系統(tǒng)中。另外，本文中的機械手模型控制系統(tǒng)比較簡單，還需要不斷改進和加強。第六章 參考文獻吳麗梅楊 電氣控制與plc應用技術(shù) 機械工業(yè)出版社許志軍工業(yè)控制組態(tài)軟件及應用北京：機械工業(yè)出版社2005，192-198王承義機械手及其應用北京：機械工業(yè)出版社，1981，12-25彭商賢、趙臣、張啟先試論國內(nèi)外機器人機械學的發(fā)展趨向j，機器人，1991，13 陳懇，楊向東，劉莉，楊東超機器人技術(shù)與應用北京：清華大學出版社，2006，27-35吳建強可編程控制器原理及其應用哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1998，12-60林小峰可編程序控制器及應用北京：高等教育出版社，1991，17-26王