第一篇：機械手運行控制系統設計

機電系畢業設計任務書

（二）指導教師：張國同

一、設計題目機械手運行控制系統設計

（二）二、設計目標

1）掌握機械手動作流程。

2）以PLC為系統控制核心

3）掌握正確選擇PLC的方法

4）掌握電氣控制元件的選擇與計算方法。

3）掌握液壓元件選擇與應用。

三、設計內容

機械手由液壓元件驅動，左，右運行采用雙伸出桿液壓缸。機械手的基本動作： 機械手原位→下降→抓物→上升→右行→下降→放物→上升→左行→到原位結束。

1）選擇正確的電氣控制器件

2）選擇正確的液壓元件（包括液壓泵和電機型號）。

3）有各步的工作狀態指示。

4）有必要的電、液保護和聯鎖。

5）繪制電氣控制原理圖和液壓原理圖。

6）繪制元件安裝布置圖。

7）繪制接線圖、控制方框圖、控制流程圖。

四、畢業設計說明書格式要求（15000字以上）。以機電系畢業設計要求為準。

1）設計題目

2）控制原理說明設計方案論證

3）主要器件選擇依據與計算

4）元件明細表

5）設計總結及改進意見

6）主要參考資料

五、參考文獻

工廠電氣控制技術機械工業出版社 主編方承遠

工廠電氣控制設備機械工業出版社 主編許廖

機床電氣控制技術機械工業出版社 主編王炳實

可編程序控制器的應用技術機械工業出版社 主編 王兆義

可編程序控制器的原理及程序設計電子工業出版社 主編崔亞軍

第二篇：基于plc機械手控制系統的設計

基于plc機械手控制系統的工程設計 課題背景及研究意義

機械手是工業自動化領域中經常遇到的一種控制對象。近年來隨著工業自動化的發展機械手逐漸成為一門新興學科，并得到了較快的發展。機械手廣泛地應用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機加、噴漆、熱處理等各個行業。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環境中，機械手由于其顯著的優點而受到特別重視。總之，機械手是提高勞動生產率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現工業生產自動化的一個重要手段。國內外都十分重視它的應用和發展。

可編程序控制器（PLC)是專為在工業環境下應用而設計的實時工業控制裝置。隨著微電子技術、自動控制技術和計算機通信技術的飛速發展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯網功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進步，已經成為工廠自動化的標準配置之一。

由于自動化可以節省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優越性，如通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程方法簡單易學，因此工業領域中廣泛應用PLC。機械手在美國、加拿大等國家應用較多，如用果實采摘機械手來摘果實、裝配生產線上應用智能機器人等。我國自動化水平本身比較低，因此用PLC來控制的機械手還比較少。本次課題設計的機械手就是通過PLC來實現自動化控制的。通過此次設計可以更進一步學習PLC的相關知識，了解世界先進水平，盡可能多的應用于實踐。

組態王是一套用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領域中有著廣泛的應用。本設計通過組態軟件對機械手進行監控，將機械手的動作過程進行了動畫顯示，使機械手的動作過程更加形象化。機械手

2.1 機械手介紹

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生產的機械化和自動化，能在有害環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。

2.2機械手的分類

機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業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規定的動作，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。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。

機械手是在機械化、自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。

2.3機械手的特點

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.在裝配作業中應用廣泛，在電子行業中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業中它可以用來組裝零部件。

3.可在勞動條件差，單調重復易子疲勞的工作環境工作，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。

6.軍事工程及生物醫學方面的研究和試驗。

2.4 機械手的構成

機械手簡述：機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執行機構、傳動系統、控制系統和輔助裝置組成。

1.執行機構 機械手的執行機構，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構，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，可以進行上下、左右和回轉動作。簡單的機械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根據需要做成移動。

2.傳動系統 執行機構的動作要由傳動系統來實現。常用機械手傳動系統分機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。

3.控制系統機械手控制系統的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進行動作，簡單的機械手一般不設置專用的控制系統，只采用行程開關、繼電器、控制閥及電路便可實現動傳動系統的控制，使執行機構按要求進行動作。動作復雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進行控制 機械手控制方式的選擇

3.1 控制方式的分類

傳統的工業設備自動控制主要由繼電器或分立的電子線路來實現，這種控制方式投資相對少一些，目前僅在一些舊式的、簡單的工業設備中還有一定市場，但該控制方式卻有以下致命缺陷：

(1)僅適合于簡單的邏輯控制；

(2)僅適合特殊的工程項目，而沒有通用性；

(3)沒有改動和優化的可能性。伴隨著工業自動化技術的迅速發展，我國工業領域的自動化已經基本實現了從繼電器控制到計算機控制的轉變，計算機控制方式具有以下兩個特點：

(1)硬件上至少有一個微處理器；

(2)通過軟件實現控制思想。

目前，工業自動化領域比較典型的控制方式有：

(1)可編程序邏輯控制器（PLC）；

(2)工業控制計算機（IPC）；

(3)集散控制系統（DCS）。

3.2 PLC與工業控制計算機（IPC）和集散控制系統（DCS）的比較及選型

1.各自技術發展的起源

計算機是為了滿足快速大量數據處理要求的設備。硬件結構方面，總線標準化程度高，兼容性強，軟件資源豐富，特別是有實時操作系統的支持，故對要求快速、實時性強、模型復雜和計算工作量大的工業對象的控制占有優勢。

集散系統從工業自動化儀表控制系統發展到以工業控制計算機為中心的集散系統，所以其在模擬量處理、回路調節方面具有一定優勢，初期主要用在連續過程控制，側重回路調節功能。PLC是由繼電器邏輯系統發展而來，主要應用在工序控制上，初期主要是代替繼電器控制系統，側重于開關量順序控制方面。

近年來隨著微電子技術、大規模集成電路技術、計算機技術和通信技術等的發展，PLC在技術和功能上發生了飛躍。在初期邏輯運算的基礎上，增加了數值運算、閉環調節等功能，增加了模擬量和PID調節等功能模塊；運算速度提高，CPU的能力趕上了工業控制計算機；通信能力的提高發展了多種局部總線和網絡(LAN)，因而也可構成為一個集散系統。特別是個人計算機也被吸收到PLC系統中。PLC在過程控制的發展將是一智能變送器和現場總線，暨向下拓展功能，開放總線。

2.相同點 在微電子技術發展的背景下，從硬件的角度來看，PLC、工業計算機、集散系統(DCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導體存儲器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點。

3.不同點由于PLC和計算機屬于兩類產品，經過幾十年的發展都形成了自身的裝置特點和軟件工具，實際上它們的區別仍然存在。

PLC用編程器或計算機編程，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統自身或用計算機結構形成組態構成開發系統環境。

特別需要提出的是，PLC與STD總線工控機的區別，無論從維修、安裝和模件功能都很相似。PLC更適用于黑模式下運行，但在線運行時若要進行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機，但是從開關量控制而言，PLC的性能優于STD工控機。

總的來說，在選擇控制器時，首先要從工程要求、現場環境和經濟性等方面考慮。沒有哪種控制器是絕對完善的，也沒有哪種產品絕對差，只能說根據不同的環境選擇更適用的產品。

本章小結

本章主要介紹了機械手的來源、研究背景及研究意義，機械手的分類、特點。由于機械手是在搬運中的應用，所以采用傳送帶加旋轉的機械手類型。此機械手易于操作，性 能可靠。機械手的控制方式可以有多種，本文主要研究通過PLC來控制機械手。

第三篇：搬運機械手PLC控制系統設計畢業設計

搬運機械手PLC控制系統設計畢業設計

摘 要

隨著工業自動化的普及和發展，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、醫藥等領域的生產流水線或貨物裝卸調運, 可以更好地節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，滿足現代經濟發展的要求。

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到PLC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；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

第四篇：關于研發機械手編程控制系統申請報告

關于研發機械手編程控制系統

申請報告

編制：

日期：2011年6月8日星期三

目 錄

前 言

機械手：mechanical hand，也被稱為自動手，auto hand 機械手是模仿人的手部和臂的某些動作功能，按固定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運物件和操作工具的自動裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環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三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業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規定的動作，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。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。機械手在鍛造工業中的應用能進一步發展鍛造設備的生產能力，改善熱、累等勞動條件。

在工業生產和其他領域內，由于工作的需要，人們經常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人們勞動強度，甚至危及生命。機械手就是在這種條件下誕生的，機械手是工業機器人系統中的傳統的任務執行機構，是機器人的關鍵部件之一。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環境中，以及笨重、單調、頻繁的操作中代替人作業。機械手雖然目前還不如然手那樣靈活，但它具有不斷重復工作和勞支，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此獲得日益廣泛的應用。

機械手是在機械化，自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。在現代生產過程中，機械手被廣泛的動用于自動生產線中，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。

結 論

研發設計機械手主要應用于機床加工生產，貨物、工具調運等生產場合。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，不但提高了勞動生產率，還保證了工件的質量，并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的設計中起到了十分重要的作用。可以有效地提高編程控制系統的抗干擾能力，并可進行精確的控制，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展，在PLC控制的過程中，還有許多問題需要解決，PLC在機械手開發中的開發應用還有很大的空間。

綜上所述，研發機械手編程控制系統是必然趨勢,為實現目標研發項目勢在必行，請求給予批準研發為盼。

商祺！

第五篇：基于PLC和組態王的搬運機械手控制系統的設計

基于PLC和組態王的搬運機械手控制系統的設計

首先分析了搬運機械手控制系統的要求，然后進行了可編程控制器I / O點的分配、編寫了PLC控制程序、繪制了原理圖;同時，實現了PLC與上位計算機組態王軟件的通訊、設備的連接與配置、數據庫的構造、圖形界面的設計和動畫連接的建立等;最后運行系統并調試成功。本設計利用工控組態軟件實現對搬運機械手的運行過程進行監控和管理，這對提高生產過程的自動化控制水平有著重大的意義。

引言

隨著我國社會主義市場經濟的發展，現代工業日新月異，流水生產線已基本普及，人工搬運或包裝貨物和產品不僅耗時費力，而且在環境惡劣、無法作業的條件下依然動用人工去作業已然不太現實。因此，傳統的工作方式必然不能適應我國社會主義市場經濟的快速發展，自動化生產模式則應運而生，而機械手自動化控制的研究與應用對實現自動化生產有著巨大的意義。

利用PLC 控制實現機械手的精準、快速地進行貨物的搬運、移動、打包和分揀等繁瑣或有害人體的工作，勞動強度得以大大減輕，生產的自動化程度也得到大幅度提高，并且機械手完全可以代替人工在環境惡劣、工人無法作業或有特殊要求的場合完成既定的工作任務。因此，利用組態軟件可實現遠程控制、可視畫面同步和實時監測從而構成一個集動作控制、過程監測與控制的網絡化、智能化、綜合化、組態化的機電一體化自動控制，在我國現代化工業發展進程中將起到巨大的推動作用。系統的控制要求

搬運機械手的機械結構采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸、氣夾等機械部件組成;電氣方面有步進電機、步進電機驅動器、傳感器、開關電源、電磁閥等電子器件組成。其結構示意圖如圖1 所示。

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圖1 搬運機械手示意圖

機械手轉盤部分由直流電機驅動，升降和伸縮部分由步進電機驅動，夾緊部分由氣泵和電磁閥控制。

機械手的工作過程為: 從原點開始，按下啟動按鈕，系統初始化，氣夾正轉，到位后機械手下降，下降到底時，碰到下限位開關，下降停止，同時機械手夾緊;夾緊后機械手上升，上升到頂時，碰到上限位開關，上升停止;基座正轉，到位后機械手右移，右移到位時，碰到右限位開關，右移停止;機械手下降，下降到底時，碰到下限位開關，下降停止;同時氣夾電磁閥斷電，機械手放松，放松后，機械手上升，上升到頂時，碰到上限位開關，上升停止;機械手開始左移，左移到位時，碰到左限位開關，左移停止，基座反轉，到位后回到原點位置。至此，機械手經過12 步動作完成了1 個動作周期。系統的PLC 控制部分設計

2．1 PLC 輸入輸出點分配

2．1．1 控制系統輸入輸出

控制系統輸入輸出分配如表1 和表2 所示。

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表1 可編程序控制器(PLC)輸入點

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表2 可編程序控制器(PLC)輸出點

2．1．2 PLC 外部接線圖的設計

PLC 外部接線圖如圖2 所示;氣夾電機接線圖如圖3 所示;基座電機接線圖如圖4 所示

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圖2 PLC 外部接線圖 點擊圖片查看大圖

圖3 氣夾電機接線圖 點擊圖片查看大圖

圖4 基座電機接線圖

2．2 系統的順序功能圖

系統的順序功能圖如圖5 所示

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圖5 系統的順序功能圖 組態部分的設計

在本設計中，交通信號燈監控系統的監控軟件采用了北京亞控公司的Kingview6． 5 組態王軟件。

3．1 定義I /O 設備

首先雙擊工程瀏覽器左側大綱項“設備 COM1”，彈出串口設置對話框，如圖6 所示。

要用www.tmdps.cn組態軟件進行實時監控首先要完成通訊連接，組態王通訊參數應與PLC 的通訊參數設置保持一致。由于本系統是PLC 與組態王間進行通訊，因此將PLC 的生產廠家、設備名稱、通訊方式等填入相應的對話框即可。

在本設計中采用的是三菱FX 系列可編程控制器，當使用RS232 與上位機相連時，PLC 與組態王連接的I /O 設備的缺省與推薦設置如表3 所示。按照表3 中給定參數設置串口設置對話框

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圖6 串口設置對話框

表3 I /O 設備的通訊參數

然后選擇工程瀏覽器左側大綱項“設備 COM1”，在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，運行“設備配置向導”，選擇PLC 三菱FX2 系列產品中“編程口”，如圖7 所示。

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圖7 設備配置向導對話框

單擊“下一步”，為外部設備取一個名稱，輸入“PLC”，再單擊“下一步”，為設備選擇連接串口;假設為COM1，單擊“下一步”，填寫設備地址為“1”，單擊“下一步”，設置通信故障恢復參數(一般情況下使用系統默認設置即可)，單擊“下一步”，彈出“設備配置向導—信息縱覽”。請檢查各項設置是否正確，確認無誤后，單擊“完成”。

3．2 構造數據庫

要在組態王中知道外部設備的狀態，以及能夠輸出控制信號到機械手，需要建立相應的變量。建立完成的數據庫如圖8 所示。

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圖8 構造好的組態王數據庫

然后是動畫連接，接著是腳本程序的編寫。

3．3 腳本程序的編寫

1)事件命令語言的編寫。在組態王工程瀏覽器窗口左側選擇命令語言目錄中的“事件命令語言”，在右側雙擊新建圖標，則出現“事件命令語言”對話框，在“事件描述”中輸入“停止按鈕= = 1”，在“發生時”語言編輯區域輸入: 停止標志= 1;運行標志= 0;∥本站點 復位按鈕= 0;∥本站點 啟動按鈕= 0;單擊右下方的“確認”按鈕，則完成第一段事件命令語言的編寫。

類似可編寫“復位按鈕”“下降”“啟動按鈕”“橫軸回縮”的事件命令語言。2)應用程序命令語言的編寫。在組態王工程瀏覽器窗口左側選擇命令語言目錄中的“應用程序命令語言”，雙擊右側圖標，則出現“應用程序命令語言”對話框，在這里編寫機械手動畫的主要控制程序。在“運行時”欄里輸入: if(運行標志= = 1){ if(次數＞ = 0＆＆ 次數＜ 50＆＆ 下降= = 1){ 機械手y = 機械手y + 2;次數= 次數+ 1;} if(次數＞ = 50＆＆ 次數＜ 60＆＆ 氣夾電磁閥 = = 1){ 次數= 次數+ 1;} if(次數＞ = 60＆＆ 次數＜ 110＆＆ 上升= =1)3．4 運行和調試

進入組態王運行系統。顯示出組態王運行系統畫面(如圖9 所示)，達到了預期的目標。

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圖9 搬運機械手的組態界面 結論

設計綜合了計算機和PLC 的長處: 計算機作為上位機提供良好的人機界面，進行全系統的監控和管理，PLC 作為下位機執行可靠有效的分散控制。監控系統不僅可以接受多種由PLC 發出的控制信號，亦可向PLC 發出各種命令信號，還可以與PLC 之間進行各種狀態數據的傳輸。基于組態王的搬運機械手的PLC 控制系統的設計正確，實現了搬運機械手的自動控制，加強了遠程監控的能力，提高了控制系統的準確性和穩定性。