第一篇：基于PLC控制的工件搬運機械手設計畢業(yè)設計
本科畢業(yè)論文（設計）
基于PLC控制的自動生產線工件搬運機械手設計
學院：機械工程學院
專業(yè)：機械設計制造及其自動化 班級： 08 級 學號： 學生姓名：
第二篇：搬運機械手PLC控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計
搬運機械手PLC控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計
摘 要
隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運機械手的應用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機械加工、食品、醫(yī)藥等領域的生產流水線或貨物裝卸調運, 可以更好地節(jié)約能源和提高運輸設備或產品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經濟發(fā)展的要求。
本機械手的機械結構主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實現(xiàn)機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉速不同的電動機分別通過兩線圈控制電動機的正反轉，從而實現(xiàn)小車的快進、慢進、快退、慢退的運動運動；其動作轉換靠設置在各個不同部位的行程開關(SQ1---SQ9)產生的通斷信號傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內部程序輸出不同的信號，從而驅動外部線圈來控制電動機或電磁閥產生不同的動作，可實現(xiàn)機械手的精確定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進、快進、慢進、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產中的各種操作要求。
關鍵詞：搬運機械手，可編程控制器（PLC），液壓，電磁閥
ABSTRACT With the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, 1
第三篇：搬運機械手PLC控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計
設計題目 搬運機械手PLC控制系統(tǒng)設計 學生姓名 孫飛龍 學 號 02030801013 專業(yè)班級 機電一體化（1）班 指導老師 張?zhí)m仙
機電工程系
搬運機械手PLC控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計
摘 要
隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運機械手的應用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機械加工、食品、醫(yī)藥等領域的生產流水線或貨物裝卸調運, 可以更好地節(jié)約能源和提高運輸設備或產品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經濟發(fā)展的要求。
本機械手的機械結構主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實現(xiàn)機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉速不同的電動機分別通過兩線圈控制電動機的正反轉，從而實現(xiàn)小車的快進、慢進、快退、慢退的運動運動；其動作轉換靠設置在各個不同部位的行程開關(SQ1---SQ9)產生的通斷信號傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內部程序輸出不同的信號，從而驅動外部線圈來控制電動機或電磁閥產生不同的動作，可實現(xiàn)機械手的精確定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進、快進、慢進、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產中的各種操作要求。
關鍵詞：搬運機械手，可編程控制器（PLC），液壓，電磁閥
目 錄
前 言………………………………………………………………………………….1
第一章 機械手的概況
1.1 搬運機械手的應用簡況…………………………………………………2
1.2 機械手的應用意義………………………………………………………3
1.3 機械手的發(fā)展概況………………………………………………………3
第三章 搬運機械手PLC控制系統(tǒng)設計
3.1 搬運機械手結構及“ title=”下一頁">> >> >>| 其動作………………………………………………
3.2 搬運機械手系統(tǒng)硬件設計………………………………………………
3.3 搬運機械手控制程序設計……………………………………………… 操作面板及動作說明…………………………………………………… I/O分配………………………………………………………………… 梯形圖的設計……………………………………………………………
1）梯形圖的總體設計……………………………………………………
2）各部分梯形圖的設計…………………………………………………
3）繪制搬運機械手PLC控制梯形圖…………………………………… 結 論………………………………………………………………………………
謝 辭………………………………………………………………………………
參考文獻………………………………………………………………………………….附：語句表
梯形圖 I/O接線圖
前言
機械手：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。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
機械手主要由手部、運動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。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)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。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 械手設計的關 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。
機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。
機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產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械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)展鍛造設備的生產能力，改善熱、累等勞動條件。
機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。
第一章 機械手概況
1.1搬運機械手的應用簡況
在現(xiàn)代工業(yè)中，生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題。在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產自動化的有效辦法，程控機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效解決多品種小批量生產自動化的重要辦法。
但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。據(jù)資料介紹，美國生產的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產；金屬加工生產批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生 5 產時間的5％。從這里可看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產生的。機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線。
國內外機械工業(yè)、鐵路部門中機搬運械手主要應用于以下幾方面：
1.熱加工方面的應用
熱加工是高溫、危險的笨重體力|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機械手操作。
2.冷加工方面的應用
冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。進而在程序控制、數(shù)字控制等機床上應用，成為設備的一個組成部分。最近更在加工生產線、自動線上應用，成為機床、設備上下工序聯(lián)接的重要于段。
3.拆修裝方面
拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進了機械手的發(fā)展。目前國內鐵路工廠、機務段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內噴漆通用機械手，可用以對客車內部進行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質量和效率。
近些年，隨著計算機技術、電子技術以及傳感技術等在機械手中越來越多的應用，工業(yè)機械手已經成為工業(yè)生產中提高勞動生產率的重要因素。
1.2機械手的應用意義
在機械工業(yè)中，機械手的應用意義可以概括如下：
1.可以提高生產過程的自動化程度
應用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產率，降低生產成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產機械化和自動化的步伐。
2.可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。在一些動作簡單但又重復作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。
3.可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產
應用機械手代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產線上，目前幾乎都設有機械手，以減少人力和更準確地控制生產的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產。
綜上所述，有效地應用機械手是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。1.3.3機械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢
1.3機械手的發(fā)展概況
專用機械手經過幾十年的發(fā)展，如今已進入以通用機械手為標志的時代。由于通用機械手的應用和發(fā)展，進而促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎知識，而且還應用一些電子技術、電視技術、通訊技術、計算技術、無線電控制、仿生學和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術。目前國內外對發(fā)展這一新技術都很重視，幾十年來，這項技術的研究和發(fā)展一直比較活躍，設計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應用領域也在不斷地擴大。
早在40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關節(jié)式的第一代機械手。
50～60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。如尤尼曼特(Unimate)機械手即屬于這種類型。
60～70年代，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產自動線上，亦即是第二代機械手這一新技術進入了應用階段。
80-90年代，裝配機械手處于鼎盛時期，尤其是日本。
90年代機械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應用外，農、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務業(yè)、軍事領域上有較大的應用。
90年代以后，隨著計算機技術、微電子技術、網絡技術等的快速發(fā)展，機械手技術也得到飛速的多元化發(fā)展。
總之，目前機械手的主要經歷分為三代：
第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 識別能力；改進的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機械手設有電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。
1.4機械手的發(fā)展趨勢
目前國內工業(yè)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產發(fā)展的需要。
因此，國內主要是逐步擴大機械手應用范圍，重點發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。在應用專用機械手的同時，相應地發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等。
將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構，以及適于不同類型的夾緊機構，設計成典型的通用機構，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。既便于設計制造，又便于改換工作，9 擴大了應用的范圍。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機械手，并考慮于計算機聯(lián)用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。
在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機械手本身的損壞。為此，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時，即能更正，并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。
視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計算機。工作時，電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。
觸覺功能即在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內的壓力敏感元件產生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。
手的抓力大小可通過裝在手指內側的壓力敏感元件來控制，達到自動調整握力的大小。總之，隨著傳感技術的發(fā)展，機械手的裝配作業(yè)的能力將進一步提高。到1995年，全世界約有50%的汽車由機械手裝配。
現(xiàn)今機械手的發(fā)展更主要的是將機械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。1.5 PLC概況及在機械手中的應用
1.可編程序控制器的應用和發(fā)展概況
可編程序控制器（programmable controller），現(xiàn)在一般簡稱為PLC（programmable logic controller），它是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數(shù)字技術、通 信網絡技發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。以其顯著的優(yōu)點在冶金、化工、交通、電力等領域獲得了廣泛的應用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。
在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領域中是繼電器控制占主導地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結構簡單、易于掌握、價格便宜等優(yōu)點，在工業(yè)生產中應用甚廣。但是控制裝置體積大、動作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構成系統(tǒng)，接線繁雜，當生產工藝或控制對象改變時，原有的接線刻控制盤（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。
2.PLC的應用概況
PLC的應用|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 領域非常廣，并在迅速擴大，對于而今的PLC幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來PLC的性價比不斷提高已被廣泛應用在冶金、機械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。
按PLC的控制類型，其應用大致可分為以下幾個方面。
1）.用于邏輯控制
這是PLC最基本，也是最廣泛的應用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機床的電氣控制、包裝機械的控制、自動電梯控制等。
2）.用于模擬量控制
PLC通過模擬量I/O模塊，可實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉換，并對模擬量控制。
3）.用于機械加工中的數(shù)字控制
現(xiàn)代PLC具有很強的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機械加工中的數(shù)字控制（NC）及計算機控制（CNC）緊密結合，實現(xiàn)數(shù)字控制。
4）.用于工業(yè)機器人控制
5）.用于多層分布式控制系統(tǒng)
高功能的PLC具有較強的通信聯(lián)通能力，可實現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠程I/O之間、PLC與上位機之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動化網絡。
3.PLC的特點
1）.可靠性高、抗干擾能力強
PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動、機械振動、溫度變化等中可靠地工作，PLC的平均無故障間隔時間高，日本三菱公司的F1系列PLC平均無故障時間間隔長達30萬h，這是一般微機所不能比擬的。
2）.控制系統(tǒng)構成簡單、通用性強
由于PLC是采用軟件編程來實現(xiàn)控制功能，對同一控制對象，當控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時，不必改變PLC的硬件設備，只需相應改變軟件程序。
3）.編程簡單、使用、維護方便
4）.組合方便、功能強、應用范圍廣
PLC既可用于開關量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機控制，又可用于組成多級控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復雜系統(tǒng)。因此，PLC應用范圍很廣。
5）.體積小、重量輕、功耗低
PLC采用了半導體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時功耗也很低，空載功耗約1.2KW。
5.PLC在機械手中的應用
機械手通常應用于動作復雜的場合來代替人的反復的操作，從而節(jié)省人的勞動，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經常被應用于動作簡單的電氣及流水線控制，而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強;控制系統(tǒng)構成簡單、通用性強;編程簡單、使用、維護方便;組合方便、功能強、應用范圍廣;體積小、重量輕、功耗低等有點被廣泛應用于類似機械手的控制動作復雜的場合，本設計正是以PLC控制為基礎從而實現(xiàn)機械手的各種動。
第二章 搬運機械手總體設計方案
2.1搬運機械手結構及其動作
本機械手用于生產線上工件的自動搬運，根據(jù)對機械手的工藝過程及控制要求分析，機械手的動作過程如圖3—1所示：
圖2—1機械手的動作周期
2.2機械手的控制過程
如圖3—2所示由A、B兩個液壓缸完成工件的夾緊和提升的動作，A缸通過一個單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松，B缸通過一雙電兩位四通電磁閥控制機械手的升降；由小車實現(xiàn)機械手的移動。該小車由兩臺電動機驅動，一臺是高速，一臺是慢速。當小車前進時以慢—快—慢的形式進行，返回時按慢—快—慢的形式后退。當工件從傳送帶傳輸?shù)綑C械手下方時，工件碰壓行程開關SQ1，B缸活塞桿伸出，帶動機械手下降，下降至終點碰壓行程開關SQ3與機械手夾鉗相連的A缸活塞桿收進，機械手將工件夾緊；當工件夾緊到位時，行程開關SQ5動作，B缸的活塞桿收進，把工件提升；當工件提升到最高位置時碰壓行程開關SQ4，啟動小車慢速右行；當小車碰壓行程開關SQ7時轉為快速行走；接近終點時小車碰壓 14 行程開關SQ8，轉為慢速行走；行至右端行程開關SQ9，小車停止前進；停留5秒后，B缸活塞桿再次外伸，機械手下降至終點，A缸活塞桿外伸帶動夾鉗松開，將工件放下；然后機械手上升，小車以慢—快—慢的形式沿原路返回，恢復到圖示所示的原點位|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 置。
2.3機械手的控制要求
為了便于生產加工、維修、調整設置的工作方式選擇開關。分為手動和自動操作，其中自動操作中包括了：單步、單周期、連續(xù)；手動操作包括手動和回原位的操作。
手動操作：供維修用，即用按鈕對機械手的每一步動作單獨控制。例如，當選擇手動操作時，按下上升/下降按鈕，機械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應的動作，其它動作以此類推。
回原位：當由于斷電或其它原因導致機械手運行中途停止時，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復位按鈕，機械手即可按最短路徑的原則返回到原點位置。
單步運行：供試用，即沒按一次啟動按鈕機械手向前執(zhí)行一個動作后停止。
單周期運行：供首次檢驗用，當機械手在原點時按下啟動按鈕，機械手自動執(zhí)行一個周期后停止在原點位置
連續(xù)運行：正常使用，當機械手在原點并按下啟動按鈕時，機械手周而復始的執(zhí)行各工步動作。
該機械手在自動工作狀態(tài)時，應先將其工作方式選擇開關放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對狀態(tài)器進行置位，然后再將工作方式選擇開關放置自動工作方式下。若自動工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開關放置于“手從操作”位置。
第三章 搬運機械手硬件系統(tǒng)設計
硬件系統(tǒng)設計包括機械部分和電氣控制部分的設計。
3.1機械手的結構
設計其結構如圖3—2所示
圖3—2：機械手的結構示意圖
圖中設置9個行程開關SQ1—SQ9用于檢測工件、小車、機械手的位置及機械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài)，并對系統(tǒng)實施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測開關；SQ2為小車原位檢測開關；SQ3、SQ4分別為機械手下降上升是否到位檢測開 16 關；SQ5、SQ6分別為機械手夾緊放松檢測開關；SQ7、SQ8分別為小車速度轉換開關；SQ9為小車運動停止開關。
3.2電氣控制的設計
包括主電路和控制電路的設計。主電路由兩臺電動機，即慢速電機和快速電機，分別拖動小車慢行和快行，其控制如下：慢速電動機M1由接觸器KM1、KM2分別控制其正傳和反轉；快速電動機M2由接觸器KM3和KM4分別控制其正傳和反轉。機械手的夾緊放松動作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個液壓缸完成的，在通電情況下，機械手松開，得電時松開，可以防止在設備運行過程中突然斷電導致的機械手松開，工件脫落的情況發(fā)生。
3.3操作面板及動作說明
根據(jù)控制和生產工藝的要求，控制操作包括手動和自動，手動又包括手動步進、回原位操作，自動控制包括單步、單周期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開關設置有五個檔位。手動工作方式下，手動動作包括上升、下降、放松、快進、慢進、快退、慢退和復位，故設置六個動作看官按鈕。各個動作進行的同時均設有動作指示燈。另外設有啟動停止按鈕。
其操作面板如圖3—3所示：
圖3—3機械手操作面板示意圖
3.4 I/O分配
I/O設備即所需的I/O點數(shù)如下表所示：
信
I/O設備
號
操作方式選擇旋鈕開關 手動時運動選擇按鈕
輸 入
啟動停止按鈕 行程開關 9 5 8
輸 出
動作指示 原點指示 1
交流接觸器控制線圈 電磁閥 3
I/O點數(shù) 信號
I/O設備
I/O點數(shù)
根據(jù)I/O點的分配要求及考慮10%到15%的I/O裕量，本設計PLC采用F1—60MR 36/24型，樣圖見圖3-4所示：
圖3—4 F1-40MR樣圖
控制電路設計主要是PLC輸入、輸出接線的設計，其I/O分配如圖3—5所示。
電氣接線圖見附圖
圖3—5 PLC I/O接線控制圖
第四章 搬運機械手的軟件系統(tǒng)設計
機械手動控制屬順序控制，故其手動程序采用普通的PLC控制指令控制，自動程序采用步進梯形指令控制
4.1梯形圖的總體設計
按照機械手控制和工藝流程的要求，在選擇“手動方式”時應執(zhí)行手動程序；在選擇“回原位”時應執(zhí)行回原|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位程序；在選擇自動程序時應執(zhí)行自動程序。其中自動程序要在啟動按鈕按下時才執(zhí)行。故梯形圖的總體構成如圖3—6所示。
圖3—6搬運機械手PLC控制梯形圖總體構成
4.2各部分梯形圖的設計
1.通用部分梯形圖設計
通用部分梯形圖分為三部分：
1）.狀態(tài)器的初始化。初始化狀態(tài)器S600在手動方式下被置位、復位。當方式選擇開關置于“返回原位”（X514接通）時，按下復位按鈕（X507）時被置位，在“手動操作”（X510）接通時，S600復位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動做復位操作，即在方式選擇開關位于“手動操作”或“返回原位”時，中間狀態(tài)器同步復位。故初始化梯形圖如圖3—7所示，（如果狀態(tài)器要在供電時從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要M71）。
圖3—7 狀態(tài)器初始化梯形圖
2）.狀態(tài)器轉換啟動。若機械手工作在自動工作方式下，當初始狀態(tài)器S600被置位后按下啟動按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步一步的向下傳遞，即可進行轉換。在執(zhí)行“連續(xù)程序” 時，轉換啟動繼電器M575一直保持到 22 停機按鈕按下為止。另一面采用M100檢查機器是否處于原位。當M575和M100都接通時，從初始狀態(tài)器開始進行轉換，故其梯形圖如圖3—8所示。
圖3—8狀態(tài)器轉換啟動梯形圖
3）.狀態(tài)器轉換禁止梯形圖。激活特殊輔助繼電器M574并用步進梯形指令控制狀態(tài)器轉換時，狀態(tài)器的轉換就被自動禁止。
在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時，M574應被激勵并自保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當按下停止按鈕時，從現(xiàn)行工步重新開始工作，M574應復位，即重新允許新轉換。
在“步進”工作方式時，M574應始終工作，此時，禁止任何狀態(tài)轉換。但沒按下一次啟動按鈕時，M574斷開一次，允許狀態(tài)器轉換一次。
在“手動”工作方式時禁止進行狀態(tài)轉換。在手動方式解除之后，按下啟動按鈕，則狀態(tài)轉換禁止解除，M574復位。
PLC在啟動時，用初始化脈沖M71和M574自保持，以此禁止狀態(tài)轉換，直到按下啟動按鈕。故狀態(tài)器轉換禁止梯形圖如圖3—8所示。
圖3—8 狀態(tài)器轉換禁止梯形圖
通過對3—7和3—8的分析可得出：在執(zhí)行“手動操作”和“返回原位”程序時，M575一直不能被接通，而M574長期被接通，（按下啟動按鈕時除外）；執(zhí)行“步進”程序時沒按一次啟動按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態(tài)器轉換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時，按下啟動按鈕，M574斷開，M575接通，狀態(tài)器的轉換可一步一步向下轉換，直至按下停止按鈕時，M574自鎖，狀態(tài)器的轉換被禁止，操作停止在現(xiàn)行工序（再次按下啟動按鈕時從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)程序”時，M575一直接通到按下停止按鈕，此時M574一直不能接通。
2.手動操作梯形圖
手動操作方式由于不需要任何復雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方式來設計梯形圖?！笆謩硬僮鲿r”按下放松按鈕時，機械手卡抓松開，當松開放松按鈕時，機械手卡爪在液壓缸作用下自動加緊并保持；按下上升按鈕，上升輸出Y435保持 24 接通；按下下降按鈕，Y436保持接通；在上限位按下慢進按鈕，慢進輸出Y430接通，至行程開關SQ7閉合，小車停止；快進、快退、慢退情況同慢進。
手動操作梯形圖設置有互鎖，只有在小車處于左限位（即X403閉合）或右限位（即X412閉合）時機械手的上升下降動作才能進行，只有當機械手處于下限位（即X404接通）機械手的加緊放松動作才可以手動控制；為了安全，同一個電動機的正反轉線圈不能同時接通，設計中設計了自鎖開關，防止線圈同時接通造成的短路。故手動操作時梯形圖如圖3—9所示。
圖3—9 手動操作梯形圖
3.返回原位梯形圖 在“返回原位”狀態(tài)下，“夾緊”與“下降”動作應被停止，上限位未動作時，應進行“上升”；上限位動作時，“右行”動作應停止，并左行至左限|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位位置。故返回原位梯形圖如圖3—10所示：
圖3—10 返回原位梯形圖
4.“自動”狀態(tài)梯形圖 圖3—11表示了機械手自動工作時執(zhí)行各工步的情況，表示了各工步的實現(xiàn)和轉換的條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥Y436接通。自下限位置時，X404接通，轉換為“夾持”過程；夾持電磁閥Y434復位，至加緊限位X406接通，轉換為上升動作；當上限為開關SQ4閉合，X405接通，小車開始慢進動作?？爝M、慢進、延時、下降、加緊、上升、慢退、快退、慢退動作依次類推，如上所述一步一步按順序驅動各個負載動作，稱為順序控制或過程步進型控制。26
圖3—11搬運機械手自動工作流程圖
用狀態(tài)器代替自動工作流程圖的各工步，可得到3—12所示的功能表圖：
圖3—12 搬運機械手自動工作功能表圖
根據(jù)圖3—12所示的自動工作功能表圖，可設計出自動操作時的梯形圖如圖3—13所示。
圖3—13搬運機械手自動工作梯形圖
5、繪制搬運機械手PLC控制梯形圖
將從初始化開始的一系列梯形圖，按照總體結構圖（圖3—6）的形式組合在一起，得到機械手PLC控制的梯形圖（見附圖），其語句表見附錄。
附圖：
搬運機械手結構圖
搬運機械手控制梯形圖
搬運機械手動作流程圖
搬運機械手控制接線圖
結 論
本設計主要應用于機加工生產，貨物調運等場合。
搬運機械手采用PLC控制，體積小，重量輕，控制方式靈活，可靠性高，操作簡單，維修容易。使用該機械手代替人工搬運工件，既安全，又準確，提高了勞動生產率，保證了工件的質量，降低了工人的勞動強度，具有較好的經濟效益和社會效益。
可編程控制器PLC以其豐富的I/O接口模塊、高可靠性,可以在機械手的控制系統(tǒng)的設計中起到了十分重要的作用。
本文就設計過程中的幾項關鍵的問題提出了自己的一些看法,可以有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力,對PLC讀、寫,事件響應等通信時間可進行精確的控制,取得了良好的效果.隨著機械手應用的普及，機械手向著專用化，機械結構向模塊化、可重構化的方向發(fā)展，機械手的動作更加靈活多樣，其控制方式也在向著多元化的方向發(fā)展，在PLC控制的過程中,還有許多的問題需要解決，PLC在機械手開發(fā)中的開發(fā)應用還有很大的空間。
謝 辭
此次設計是在張?zhí)m仙老師的悉心指導下完成的。導師為論文課題的研究提出了許多指導性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導和幫助。張?zhí)m仙老師的嚴謹治學、不斷探索的科研作風，敏銳深邃的學術洞察力，孜孜不倦的敬業(yè)精神，給我留下了深刻的印象，使我受益良多。生活中張?zhí)m仙老師就是我的朋友，她的態(tài)度讓我對生活有了新的認識。在本文結束之際，特向我敬愛的導師致以最崇高的敬禮和深深的感謝！
通過此次設計，一方面讓我認識到自己的不足，發(fā)現(xiàn)了學習中的錯誤之處；另一方面又積累豐富的知識，吸取別人好的方法和經驗，增強對復雜問題的解決能力，摸索出一套解決綜合問題的方法，為自己以后的工作和學習打下堅實的基礎。再一方面也加強了我和老師的交流，認識到知識的淵博度。
經過這次的努力，使我順利的完成了畢業(yè)設計。這份畢業(yè)設計既是對過去三年所學知識的總結，又是自己知識的積累，也大大加深了對單片機技術的了解。
畢業(yè)設計中既動腦、，又動手，是一個理論與實際結合的過程。僅僅有理論是不夠的，更重要的是實際的，是我們所設計的實物，具有設計合理，經濟實用的優(yōu)點。這就需要我們設計者考慮問題是要仔細、周密，不能有絲毫的大意。對設計方案的優(yōu)越化，也需要我們綜合各方面的因素考慮，尤其是實際。再次像教育指導我的老師及同學表示誠摯的感謝！
鑒于本人所學知識有限，經驗不足，又是初次研究這種復雜的設計，在此過程中難免存在一些錯誤和不足之處，懇請各|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位老師給予批評和指正。
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附錄：語句表 步序 1 2 3 4 5 6 7 指 LD AND S LD R LD OUT
令 X514 X507 S600 X510 S600 X510 F671 34 8 K 9 OUT 10 K 11 OUT 12 K 13 LD 14 AND 15 OR 16 ANI 17 LD 18 OR 19 OR 20 ANB 21 OUT 22 LD 23 AND 24 ANI 25 OUT 26 OUT 27 LD 28 PLS 29 LD 30 AND 31 OR 32 OR 33 OR 34 OR 35 OR 36 ANI 37 OUT 38 LDI 39 CJP 40 LD 41 ANI 42 LD 43 OR 44 ANB 45 ANI 46 OUT 47 OUT 48 LD 49 ANI 50 LD 51 OR
601 F672 610 F670 103 X501 M575 X400 X501 X501 X512 X513 M575 X405 X403 Y434 M100 Y540 X400 M101 X401 X502 X511 X512 X514 M71 M574 M101 M574 X510 700 L500 X405 X430 X412 Y435 Y436 Y530 X500 X405 X430 X412
52 ANB 53 ANI 54 OUT 55 OUT 56 LD 57 ANI 58 AND 59 OUT 60 OUT 61 LDI 62 ANI 63 AND 64 OUT 65 LD 66 ANI 67 ANI 68 AND 69 ANI 70 OUT 71 OUT 72 LD 73 ANI 74 ANI 75 AND 76 ANI 77 OUT 78 OUT 79 LD 80 ANI 81 AND 82 ANI 83 OUT 84 OUT 85 LD 86 ANI 87 AND 88 ANI 89 OUT 90 OUT 91 EJP 92 LD 93 CJP 94 LD 95 S
Y436 Y535 Y531 X502 X407 X404 Y434 Y533 X402 X406 X404 Y532 X504 X410 X412 X405 Y431 Y430 Y534 X506 X411 X403 X405 Y430 Y431 Y535 X530 X411 X405 Y433 Y432 Y530 X505 X410 X405 Y432 Y433 Y537 700 X517 701 X507 M200
96 LD 97 OUT 98 R 99 OUT 100 AND 101 R 102 R 103 OUT 104 AND 105 R 106 EJP 107 LD 108 OR 109 OUT 110 MC 111 STL 112 LD 113 AND 114 S 115 STL 116 OUT 117 AND 118 S 119 STL 120 OUT 121 AND 122 S 123 STL 124 OUT 125 AND 126 S 127 STL 128 OUT 129 AND 130 S 131 STL 132 OUT 133 AND 134 S 135 STL 136 OUT 137 AND 138 S 139 STL
M200 Y434 Y436 Y435 X405 Y430 Y432 Y433 X403 M200 701 X400 M102 M102 M102 S600 M575 M100 S601 S601 Y436 X404 S602 S601 Y434 X406 S603 S603 Y435 X405 S604 S604 Y430 X410 S605 S605 Y432 X411 S606 S606 Y430 X412 S607 S607
140 OUT T450 141 K 5 142 AND T450 143 S S610 144 STL S610 145 OUT Y436 146 AND X404 147 S S611 148 STL S611 149 OUT Y437 150 AND X407 151 S S612 152 STL S612 153 OUT Y435 154 AND X405 155 S S613 156 STL S613 157 OUT Y431 158 AND X411 159 S S614 160 STL S614 161 OUT Y433 162 AND X410 163 S S615 164 STL S615 165 OUT Y431 166 AND X403 167 S S600 168 RET 169 MCR M102 170 END
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搬運機械手結構圖
搬運機械手控制梯形圖
搬運機械手動作流程圖
搬運機械手控制接線圖
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第四篇：PLC控制機械手設計畢業(yè)論文
XXX學校
XX辦學點畢業(yè)論文
課題名稱：PLC控制機械手設計
專 業(yè)： 班 級： 學 籍 號： 學生姓名： 導師姓名： 提交日期：
PLC控制機械手設計
（姓名）
摘 要：機械手是能夠模仿人手動作，并按設定程序、軌跡和要求代替人手抓（吸）取、搬運工件或工具或進行操作的自動化裝置，它能部分的代替人的手工勞動。較高級型式的機械手，還能模擬人的手臂動作，完成較復雜的作業(yè)。在機械制造業(yè)中，機械手已被廣泛應用，從而大大地改善了工人的勞動條件，顯著的提高勞動生產率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產機械化和自動化的步伐。在我國，工業(yè)機械手近年來有較快的發(fā)展，投入了大量的人力物力加以研究和應用，并且很好的效果。本課題主要研究的問題是“近距離自動移動式機械手臂設計--氣壓驅動式”。設計包括兩大方面，其中之一是自動行走部分，另一部分為手臂的運轉。采用同一驅動能源--氣泵。行走部分可以采用氣壓馬達帶動兩輪轉動。氣壓泵固定在某處，用一根軟管將泵與馬達相連，馬達安裝在行走裝置中。運動手臂的直線運動用氣缸來實現(xiàn)，旋轉運動用氣壓馬達來實現(xiàn)。行走的時候手臂不動，手臂運動的時候，行走部分停止運動。關鍵詞：機械手，氣壓驅動，自動移動，氣泵
隨著我國工業(yè)生產的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、轉向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業(yè)的自動化，已愈來愈引起人們的重視。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。生產中應用機械手可以提高生產的自動化水平和勞動生產率；可以減輕勞動強度、保證產品質量、實現(xiàn)安全生產；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。
一、機械手組成
機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等組成。
（一）執(zhí)行機構
包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。
1、手部：即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。
2、手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，其調整或改變工件方位的作用。
3、手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。
4、立柱：是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切的聯(lián)系。
5、行走機構：機械手為了完成遠距離的操作和擴大使用范圍，可以增設滾輪行走機構。滾輪式行走機構可分為有軌的或是無軌的兩種。
6、機座：它是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于基座上，故起支承和聯(lián)接的作用。
（二）驅動系統(tǒng)
機械手的驅動系統(tǒng)是驅動執(zhí)行機構運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。
1、液壓傳動：是以油液的壓力來驅動執(zhí)行機構運動。其主要特點是：抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然有的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。
2、氣壓傳動：是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動。其主要特點是介質來源極方便、氣動動作迅速、結構簡單、成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性差，而且氣源壓力較低，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。
3、機械傳動：即由機械傳動機構（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等）驅動。其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠、動作頻率高，但結構較大，動作程序不可變。它常被用于為工作主機的上、下料。
4、電力傳動：即由特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅動執(zhí)行機構運動，因為不需要中間的轉換機構，故機械結構簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。
（三）控制系統(tǒng)
有電氣控制和射流控制兩種，一般常見的為電氣控制。它是機械手的重要組成部分，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給與機械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間），同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。
（四）位置檢測裝置
控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的進度達到設定位置。
二、設計內容
這里介紹我將要做的近距離自動移動式機械手臂設計--氣壓驅動。
（一）氣源系統(tǒng)
壓縮空氣是保證氣動系統(tǒng)正常工作的動力源，空氣壓縮機是將動力機供給的機械能轉換成氣體壓力能的一種能量轉換裝置。
（二）氣動執(zhí)行機構
氣動執(zhí)行機構由氣缸和氣動馬達。氣缸是利用壓縮空氣的壓力能轉換為機械能的一種能量轉換裝置。它可以輸出力，驅動工作部分作直線往復運動或往復擺動。氣缸可分為：單向作用式氣缸和雙作用式氣缸。氣動馬達是把壓縮空氣的壓力能轉變?yōu)闄C械能的能量轉換裝置，其作用同于液壓傳動的油馬達。它輸出力矩，驅動機構作回轉運動。
（三）空氣控制閥
1、壓力控制閥分為：調壓閥、安全閥和順序閥等。
2、流量控制閥是用來調節(jié)和控制壓縮空氣的流量、流速以改變執(zhí)行機構的工作速度。流量控制閥主要有節(jié)流閥、單向截流閥和排氣節(jié)流閥等。
3、方向控制閥是用來控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執(zhí)行機構的動作發(fā)生變化的氣動原件。方向控制閥在整個氣動元件中數(shù)量占有相當大的比例，并在氣動系統(tǒng)中起著神經中樞的作用。
（四）氣動基本回路
1、方向控制回路主要有：單作用氣缸中間停止回路，雙作用氣缸換向回路，雙作用氣缸的活塞可在任意位置停止的回路，延時控制回路。
2、速度控制回路主要有：單作用氣缸的速度控制回路，雙作用氣缸單向速度控制回路，雙作用氣缸雙向速度控制回路，雙作用氣缸速回運動控制回路，雙缸同步動作的速度控制回路，緩沖回路。
（五）其他部分
行走機構有：車輪式行走機構，履帶式行走機構，步行式行走機構。
三、機械手的發(fā)展趨勢
機械手目前多數(shù)應用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按事先制訂的程序完成操作，但普通不具備傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，將引起零件甚至機械手本身的損壞。
為此，機械手發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手，設它擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化作相應的變更，如位置發(fā)生稍些偏差時即能更正，并自行檢測。重點是研究視覺功能，將機械手和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前的機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。
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第五篇：PLC在物料搬運機械手控制中的應用
引言
機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線[1>。筆者開發(fā)的用于熱處理淬火加工的物料搬運機械手，采用PLC控制，是一種按預先設定的程序進行工件分揀、搬運和淬火加工的自動化裝置，可部分代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行單調持久的作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化以及淬火工藝的要求隨時更改相關控制參數(shù)。物料搬運機械手結構
如圖1所示，物料搬運機械手為三自由度氣壓式圓柱坐標型機械手，主要由機座、腰部、水平手臂、垂直手臂、氣爪等部分組成。其中，腰部采用步進電機驅動旋轉，手臂及氣爪采用氣缸等氣動元件。對應的物料分揀裝置由4個普通氣缸構成，用以將不同長度的工件經分揀后送至各自的軌道中，并在軌道終端進行淬火加工，加工完畢后再由機械手抓取、搬運和分類堆放。機械手抓取長、短工件的順序不是固定的，要視物料分揀裝置的分揀結果以及長、短工件哪一個先到達軌道終端來定。但機械手對工件的堆放順序卻是固定的，要按照一定的規(guī)律堆放(如圖1中，長、短工件各放一邊，以4個為一組進行堆放)，并且堆放工件的位置精度也是有要求的。
圖1 物料搬運機械手裝置結構示意圖 機械手控制系統(tǒng)組成
由于取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在機械手控制中，除了要對垂直手臂滑塊氣缸、氣爪等普通氣缸進行控制外，還要涉及到對水平手臂氣缸以及機械手腰部回轉的伺服控制。其中，機械手水平手臂氣缸的伺服控制采用氣動比例伺服控制系統(tǒng);機械手的回轉控制則采用三相混和式步進電機及其控制系統(tǒng)?？紤]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，對這種混合驅動機械手采用PLC作為核心控制器，上述各控制對象都必須在PLC的統(tǒng)一控制下協(xié)同工作(如圖2所示)，PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16點輸入、16點輸出)。
圖2 基于PLC的機械手控制系統(tǒng)硬件原理圖
步進電機選用深圳白山機電公司的BS110HB3L142-04型三相混合式步進電機，最大扭矩:12Nm;保持轉矩:13.5Nm;額定電流4.2A。步進電機驅動器性能的優(yōu)劣，直接關系到步進電機的正常運行，必須合理選配。為此，我們仍選擇白山公司與BS110三相混合式步進電機配套的Q3HB220M等角度恒力矩細分型驅動器，定位精度可達30000步/轉。為了確保步進電機控制的穩(wěn)定性、可靠性以及便于日后維護，我們選擇與FX2N系列PLC配套的脈沖發(fā)生單元FX2N-1PG作為步進電機驅動器的控制單元[2>。PLC通過擴展電纜、控制信號以及FROM/TO指令對1PG進行控制，向1PG發(fā)出定位命令，然后由1PG通過向步進電機驅動器輸出指定數(shù)量的脈沖(最大100KPPS)來具體執(zhí)行這個定位命令，從而最終實現(xiàn)PLC對步進電機的伺服定位控制，既提高了控制的靈活性和可靠性, 又便于控制程序的編寫。
在圖2中，F(xiàn)X2N-1PG的FP和RP分別與步進電機的DR-和PU-端子相連，表示輸出脈沖類型分別為前向脈沖和反向脈沖。1PG的DOG端為確定步進電機原點位置時所用。在調試時，當步進電機接近原點位置時，應通過此端對應的按鈕接通24V電源，從而使步進電機開始以原點返回速度(爬行速度)轉動，以便在到達設定的原點位置時方便于PG0端的控制。PG0+和PG0-為步進電機到達原點位置時的停轉控制信號，需外加一個5V電源，正端接PG0+，負端通過開關K與PG0-相連。當步進電機在DOG信號的控制下緩慢轉動到達設定的原點位置時，可通過手動或行程開關觸發(fā)PG0+和PG0-，使兩端接通5V電源，于是電機停轉，并將原點位置記錄下來，存貯在1PG的BFM#26和#27這2個寄存器中，作為PLC對步進電機進一步控制的基準和重要參數(shù)。
氣動比例伺服控制系統(tǒng)采用德國Festo公司的相關產品，主要由HMP坐標氣缸、伺服定位控制器SPC200以及與之配套的內置位移傳感器MLO-POT-0225、氣動伺服閥MPYE-5-1/8-LF-010-B和伺服定位控制連接器SPC-AIF-POT等裝置組成。在圖2的控制系統(tǒng)硬件接線中，主要涉及其中SPC200的DIO數(shù)字量I/O模塊的接線[3>。從該圖中可見，一方面PLC通過輸出端Y0-Y3控制SPC200的定位指令(Record Select工作方式)記錄號選取，并通過Y6啟動伺服定位;另一方面SPC200又通過定位任務完成信號Q0.4(MC-A)將定位執(zhí)行情況反饋到PLC的輸入端X12，以便于PLC 的程序控制。
在滑塊氣缸和氣爪上都安裝有磁性開關傳感器，用于檢測氣缸活塞的位置。通過這些傳感器的信號，并結合步進電機和氣動伺服的啟停信號，在PLC的控制下，就能夠對滑塊氣缸和氣爪對應的電磁閥進行控制，進而實現(xiàn)氣缸的動作?？刂葡到y(tǒng)PLC程序設計 4.1 步進電機初始化控制程序
PLC與1PG間通過FROM/TO指令進行聯(lián)系。通過TO指令，PLC將控制命令及參數(shù)寫入1PG的緩存，而在1PG控制下，步進電機的運行狀態(tài)則由PLC通過FROM指令讀入，以便程序處理。在圖3所示的部分步進電機初始化程序中，PLC一旦通電運行，便在每一個循環(huán)執(zhí)行周期中將其M0～M15寄存器的內容寫入1PG的操作命令緩存“BFM#25”中，控制1PG的工作。同時，PLC還不斷從1PG的“BFM#28”、“BFM#27”和“BFM#26”緩存中讀入步進電機的運行狀態(tài)和當前位置值，以便在邏輯控制中通過對這些輸入值的處理來進一步控制機械手的動作。
圖3 步進電機初始化控制程序
按設計要求，同類型工件每4個為一組放置，兩種工件各自的堆放順序不能互相干擾。因此，同類型的4個工件搬運為一個基本循環(huán)，在各自的工件循環(huán)中分別設置了相應的工件計數(shù)標志位。
4.2 機械手綜合控制程序
綜合前述的步進電機和氣動伺服控制技術，同時結合對垂直手臂滑塊氣缸、氣爪的控制要求, 下面給出機械手完成一次定位并抓取工件的部分PLC程序(如圖4所示):
圖4 機械手綜合控制程序
該程序表明:當工件分揀加工完畢后，機械手首先轉動一定的角度指向取工件位置，待步進電機定位結束后，垂直手臂滑塊氣缸活塞落下，然后水平手臂氣缸在氣動伺服控制下伸出設定的定位位移。定位位移是由PLC的輸出端子(Y2～Y0)控制SPC200輸入端子(I0.2～I0.0)的狀態(tài)來決定的，如附表所示，從而實現(xiàn)了PLC對氣動伺服定位的控制。當氣動伺服定位結束后，氣爪動作,夾緊工件。后續(xù)的搬運和放置工件的控制程序原理與之類似。
附表 PLC輸出端子與SPC200輸入端子接口狀態(tài)對應表結束語
上述針對機械手的控制方法充分利用了PLC和其它控制裝置的特性，結構緊湊、控制可靠，目前在現(xiàn)場運行良好。作為一個相對獨立的PLC控制系統(tǒng)，它還可以通過RS-485總線或CC-Link總線與生產線上的其它PLC及控制器組成工業(yè)控制網絡, 實現(xiàn)更進一步的自動化生產控制。
參考文獻
[1> 張建民.工業(yè)機器人[M>.北京:北京理工大學出版社,1996.[2> 三菱公司.FX2N-1PG PULSE GENERATOR UNIT USER’S MANUAL[Z>.2003.[3> FESTO公司.Pneumatic positioning system Smart Positioning Controller SPC200 Manual[Z>.2002
來源：[http://www.tmdps.cn]機電之家·機電行業(yè)電子商務平臺！
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