第一篇：電器及PLC控制教學總結

汽車電子系顧 愷

PLC教學總結

這學期我擔任電子中專0901和機電中專0901在《電器及PLC控制》以及機電0901班在《機床與PLC控制》的教學工作。回顧一個學期來的PLC教學工作實踐，我本著全面培養學生的創新力、提高實踐水平的思想，全身心地投入到教學中，圓滿完成了教學任務。現將教學方面的體會和工作總結如下：

一、積極聽課，認真備課，善于反思

聽課，不僅開闊了思路，也為備課過程積累了豐富的素材。各種鮮活生動的事例，各種教學方法、模式的展示，微小細節之處的精彩處理，使我在豐富課堂教學的同時，也改變了學生對學習感到枯燥、單調、脫離實際的成見。為了能及時發現和改正教學過程中的問題，我有意識的進行階段性的工作反思，小到一節課，大到一個學期；近到上一節課說錯的一句話，遠到一種教學思想的深層次思考。雖然它們都還很膚淺，但我相信“九尺之臺，起于壘土”,“不積跬步，無以至千里”。

二、緊抓作業批改、注重后進生輔導

作業的檢查和批改，是檢測學生知識掌握情況的重要途徑。開學以來，我一直堅持作業的認真批改，這不僅有利于對學生知識落實的情況的更好掌握，更使我對學生課堂表現情況，有了一個更加全面的認識。從而能夠更好的根據學生的情況，調整教學。對于班里的后進生，我一直堅持個別知識輔導和思想教育相結合的方式，在給學生談理想、談目標的同時，激發學生的學習熱情。

三、積極參加學校組織在公開課

在這學期在10月份和11月份，我分別在中專和大專技師兩個層次在學生中上了兩堂公開課。聽取聽課老師在教學建議，從而進一步提高自己在教學水平，彌補自己在教學上在不足。

四、深入扎實的上好每一節課

PLC教學是電子和機電專業在專業課，因此扎實在上好每一節課對學生的發展以及將來的就業起著至關重要的作用。我在教學中主要以學生動手為主，在課堂上讓學生動起來是上好一節課的基礎。因為PLC主要以實踐操作為基礎，所以我采用了項目化教學，每次課都提出個項目，然后讓學生分組去完成這樣的項目，這樣既學習到了PLC課程的精髓，同時還增加了學生的學習興趣，活躍

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了課堂氣氛，讓學生在玩中學，學中玩，每當學生們完成一個項目后都有極大的成就感。例如在講到用PLC控制電機正反轉控制時，我就提出了設計全自動洗衣機的設計，讓學生分組討論學習動手等。

五、認真做好課程改革 通過對新課程改革的學習，使認識得到不斷地改革不斷地進步，因此新一輪的課改不僅是教育發展的需要，是時代發展的需求。今年課改其根本的目的是促進教育的發展，符合社會發展的需要。在課堂教學方面，我主要采用的是項目化教學，提出一個項目，讓學生分組討論學習，最終以其完成一個項目，這樣讓學生以后就業時更容易融入社會，融入以后的就業單位。教學是教師教學生學的過程，還是師生交往，積極互助、共同發展的過程教與學是教學過程的重點問題：傳統的，教師負責教，學生負責學，我講你聽，我問你答，我寫你抄，我給你收。本是雙邊活動變成了單邊活動。新課程強調教學是教與學的交往、互助，師生雙方相互交流、相互溝通、相互補充，在這個過程中，教師與學生分享彼此的思考、經驗、知識，交流彼此的情感，豐富教學內容，求得新的發現，師生間形成一個學習共同體，在這個共同體中，教師不再僅僅去教，而且也通過對話被教，學生在被教的同時，也同時在教；對教學而言，交往意味著人人參與，意味平等對話，意味著合作性意義建構，它不僅是一個認識活動過程，更是一種人與人之間平等的精神交流；對學生而言，交往意味著主體性的凸顯，個性的表現、創造性的解放；對教師而言，交往意味著上課不僅是傳授知識，而是一起分享理解，促進學習；教師在教學中主角轉向平等中的首席，困此教學是師生互助、互惠的關系。總而言之，彷如一把鑰匙打開一把堅鎖。課改恰如一陣春風，正應了那句古詩“忽如一夜春風來，千樹萬樹梨花開 ”。我們沐浴著課改的春風，定會邁向成功教育的彼岸。

第二篇：電器控制PLC 資料 基礎知識

演講稿 工作總結 調研報告 講話稿 事跡材料 心得體會 策劃方案

電器控制PLC 資料 基礎知識

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第一章 常用低壓電器

第一節 低壓電器的基本知識 第二節 開關電器 第三節 接觸器 第四節 繼電器 第五節 熔斷器 第六節 主令電器 本章小結

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第一節 低壓電器的基本知識

一、低壓電器的分類

按電器的動作性質分 ：手動電器和自動電器 按電器的動作性質分 動作性質 ? 按電器的性能和用途分：控制電器和保護電器 按電器的性能和用途分 性能和用途 ? 按有無觸點分：有觸點電器和無觸點電器 有無觸點分 ? 按工作原理分：電磁式電器和非電量控制電器。工作原理分 電磁式電器和非電量控制電器。

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第一節 低壓電器的基本知識

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二、電磁式電器

電壓線圈：并聯在電路中，匝數多、導線細。電壓線圈：硅鋼片疊加，匝數多、導線細。交流： 交流： 并聯在電路中 電流線圈：串聯在電路中，匝數少、導線粗。電流線圈：整塊鑄鐵或鑄鋼 直流： 串聯在電路中，匝數少、導線粗。直流： 電磁機構——將電磁能轉換為機械能并帶動觸頭動作。將電磁能轉換為機械能并帶動觸頭動作。1.電磁機構 將電磁能轉換為機械能并帶動觸頭動作 直動式 交流線圈：短而粗，有骨架。交流線圈：短而粗，有骨架。轉動式 鐵芯 直流線圈：細而長，無骨架。直流線圈：細而長，無骨架。

組成 銜鐵 線圈 原理：線圈通入電流，產生磁場，經鐵芯、原理：線圈通入電流，產生磁場，經鐵芯、銜鐵和氣 隙形成回路，產生電磁力，將銜鐵吸向鐵芯。隙形成回路，產生電磁力，將銜鐵吸向鐵芯。

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第一節 低壓電器的基本知識

二、電磁式電器

2.短路環 減小銜鐵吸合時產生的振動和噪音。2.短路環——減小銜鐵吸合時產生的振動和噪音。短路環 減小銜鐵吸合時產生的振動和噪音

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短路環

銜鐵 鐵芯 線圈

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第一節 低壓電器的基本知識

二、電磁式電器

3.觸頭系統 通過觸頭的開合控制電路通、3.觸頭系統——通過觸頭的開合控制電路通、斷。觸頭系統 通過觸頭的開合控制電路通 類型 橋式觸頭 指形觸頭 材料：一般采用銅材料制成； 材料：一般采用銅材料制成；對于小容量電器常用銀 質材料制成 點接觸 面接觸

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第一節 低壓電器的基本知識

二、電磁式電器

4.滅弧系統 4.滅弧系統 電弧：開關電器切斷電流電路時，電弧：開關電器切斷電流電路時，觸頭間電壓大于 滅弧柵片 10V，電流超過80mA 80mA時 10V，電流超過80mA時，觸頭間會產生藍色 的光柱，即電弧。的光柱，即電弧。電弧的危害 ： 延長了切斷故障的時間； 延長了切斷故障的時間； 電弧 高溫引起電弧附近電氣絕

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緣材料燒壞； 高溫引起電弧附近電氣絕緣材料燒壞； 形成飛弧造成電源短路事故。形成飛弧造成電源短路事故。

觸頭

滅弧措施：吹弧、拉弧、長弧割短弧、多斷口滅弧、滅弧措施：吹弧、拉弧、長弧割短弧、多斷口滅弧、利用介質滅弧、改善觸頭表面材料。利用介質滅弧、Date: 2011-4-5 Page: 6

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第二節 開關電器

一、刀開關

作用：隔離電源，作用：隔離電源，不頻繁通斷電路 分類： 分類： 按刀的級數分:單極、雙極和三極 按刀的級數分 單極、級數 滅弧裝置分 裝置分： 按滅弧裝置分：帶滅弧裝置和不帶滅弧裝置 按刀的轉換方向分為： 方向分為 按刀的轉換方向分為：單擲和雙擲 接線方式分為 方式分為： 按接線方式分為：板前接線和板后接線 操作方式分為 方式分為： 按操作方式分為：手柄操作和遠距離聯桿操作 按有無熔斷器 熔斷器分 按有無熔斷器分：帶熔斷器和不帶熔斷器

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第二節 開關電器

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一、刀開關

1.開關板用刀開關（不帶熔斷器式刀開關）開關板用刀開關（不帶熔斷器式刀開關）開關板用刀開關 作用：不頻繁地手動接通、斷開電路和隔離電源用。作用：不頻繁地手動接通、斷開電路和隔離電源用。結構圖和符號 ：

QS

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第二節 開關電器

一、刀開關

2.帶熔斷器式刀開關 用作電源開關、2.帶熔斷器式刀開關——用作電源開關、隔離開關和應 帶熔斷器式刀開關 用作電源開關 急開關，并作電路保護用。急開關，并作電路保護用。

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第二節 開關電器

一、刀開關

3.負荷開關 3.負荷開關(1)開啟式負荷開關(1)

用途：作不頻繁帶負荷操作和短路保護用。用途：作不頻繁帶負荷操作和短路保護用。結構：由刀開關和熔斷器

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組合成。結構：由刀開關和熔斷器組合成。瓷底板上裝有進線 靜觸頭、熔絲、出線座及刀片式動觸頭，座、靜觸頭、熔絲、出線座及刀片式動觸頭，工作部分用膠木蓋罩住，以防電弧灼傷人手。工作部分用膠木蓋罩住，以防電弧灼傷人手。分類： 分類：單相雙極和三相三極兩種

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第二節 開關電器

一、刀開關

3.負荷開關 3.負荷開關(2)封閉式負荷開關 鐵殼開關）封閉式負荷開關（(2)

作用：手動通斷電路及短路保護。作用：手動通斷電路及短路保護。

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第二節 開關電器

組合開關（轉換開關）

二、組合開關（轉換開關）

結構：靜觸頭一端固定在膠木盒內，結構：靜觸頭一端固定在精心收集

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膠木盒內，另一端伸 出盒外，與電源或負載相連。出盒外，與電源或負載相連。動觸片套 在絕緣方桿上，絕緣方軸每次作90° 在絕緣方桿上，絕緣方軸每次作90°正 90 或反方向的轉動，帶動靜觸頭通。

特點：結構緊湊，安裝面積小，操作方便。特點：結構緊湊，安裝面積小，操作方便。用途：電源的引入開關；通斷小電流電路； 用途：電源的引入開關；通斷小電流電路； 控制５ＫＷ以下電動機。控制５ＫＷ以下電動機。以下電動機

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（a）外形

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（b）符號

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（c)結構

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第二節 開關電器

三、低壓斷路器

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功能：不頻繁通斷電路，并能在電路過載、功能：不頻繁通斷電路，并能在電路過載、短路及失 壓時自動分斷電路。壓時自動分斷電路。特點：操作安全，分斷能力較高。特點：操作安全，分斷能力較高。分類：框架式（萬能式）塑殼式（裝置式）分類：框架式（萬能式）和塑殼式（裝置式）結構：觸頭系統、滅弧裝置、脫扣機構、傳動機構。結構：觸頭系統、滅弧裝置、脫扣機構、傳動機構。符號： 符號：QS

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1.天弧罩 2.開關本體 3.抽屜座 4.合閘按鈕 5.分閘按鈕 6.智能脫扣器 7.搖勻柄插入位置 8.連接/試驗/分離指示

萬能式低壓斷路器結構圖

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CH1 常用低壓電器7

1．主觸頭2．自由脫扣器 3．過電流脫扣器 4．分勵脫扣器 5．熱

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脫扣器6．失壓脫扣器 7．按鈕

塑殼式低壓斷路器原理圖

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線路短路 或嚴重過 載保護7

1．主觸頭2．自由脫扣器3．過電流脫扣器4．分勵脫扣器 5．熱脫扣器6．失壓脫扣器 7．按鈕

塑殼式低壓斷路器原理圖

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遠距離跳 閘，對電 路不起保 護作用

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1．主觸頭2．自由脫扣器3．過電流脫扣器4．分勵脫扣器 5．熱脫扣器6．失壓脫扣器 7．按鈕

塑殼式低壓斷路器原理圖

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線路過載 保護7

1．主觸頭2．自由脫扣器3．過電流脫扣器4．分勵脫扣器 5．熱脫扣器6．失壓脫扣器 7．按鈕

塑殼式低壓斷路器原理圖

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電動機的 失壓保護7

1．主觸頭2．自由脫扣器 3．過電流脫扣器 4．分勵脫扣器 5．熱脫扣器6．失壓脫扣器 7．按鈕

塑殼式低壓斷路器原理圖

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第三節 接觸器

一、交流接觸器 1．結構

觸頭系統：主觸頭、觸頭系統：主觸頭、輔助觸頭 常開觸頭（動合觸頭）常開觸頭（動合觸頭）常閉觸頭（動斷觸頭）常閉觸頭（動斷觸頭）電磁系統： 電磁系統：動、靜鐵芯，吸引線圈和反作用彈簧 靜鐵芯，滅弧系統： 滅弧系統：滅弧罩及滅弧柵片滅弧

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第三節 接觸器

主觸頭 滅弧裝置 動鐵心 常閉輔助觸頭 吸引線圈 常開輔助觸

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頭 靜鐵心

交流接觸器結構圖

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第三節 接觸器

2．工作原理

線圈加額定電壓，銜鐵吸合，常閉觸頭 斷開，常開觸頭閉合； 斷開，常開觸頭閉合 ； 線圈電壓消失，線圈電壓消失，觸頭 恢復常態。為防止鐵 心振動，需加短路 環。

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第三節 接觸器

二、直流接觸器

用途：遠距離通斷直流電路或控制直流電動機的頻繁起停。用途：遠距離通斷直流電路或控制直流電動機的頻繁起停。結構：電磁機構、觸頭系統和滅弧裝置。結構：電磁機構、觸頭系統和滅弧裝置。工作原理：與交流接觸器基本相同。工作原理：與交流接觸器基本相同。

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第三節 接觸器

三、接觸器的符號

KM

KM

KM

KM 線圈 主觸點 常開輔助觸點 常閉輔助觸點

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第三節 接觸器

四、接觸器的主要技術指標 額定電壓

交流接觸器： 127、220、380、交流接觸器： 127、220、380、500V 直流接觸器： 110、220、440V 直流接觸器： 110、220、額定電流

交流接觸器： 10、20、40、60、100、150、250、400、交流接觸器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A 直流接觸器：40、80、100、150、250、400、直流接觸器：40、80、100、150、250、400、600A

吸引線圈額定電壓

交流接觸器：

36、110（127）、220、380V 交流接觸器：

36、110（127）、220、）、220 直流接觸器：24、48、220、直流接觸器：24、48、220、440V

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第三節 接觸器

四、接觸器的使用選擇原則

根據電路中負載電流的種類選擇接觸器的類型； 根據電路中負載電流的種類選擇接觸器的類型； 接觸器的額定電壓應大于或等于負載回路的額定 電壓； 電壓； 吸引線圈的額定電壓應與所接控制電路的額定電 壓等級一致； 壓等級一致； 額定電流應大于或等于被控主回路的額定電流。額定電流應大于或等于被控主回路的額定電流。

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第四節 繼電器

作用：控制、放大、聯鎖、作用：控制、放大、聯鎖、保護和調節 分類： 分類： 按用途分 ：控制和保護繼電器 按動作原理分：電磁式、感應式、電動式、電子式、按動作原理分：電磁式、感應式、電動式、電子式、機械式 按輸入量分：電流、電壓、時間、速度、按輸入量分：電流、電壓、時間、速度、壓力 按動作時間分：瞬時、按動作時間分：瞬時、延時繼電器 特點：額定電流不大于5A 特點：額定電流不大于5A 符號： 符號：KA

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第四節 繼電器

一、電流繼電器

特點：線圈串接于電路中，導線粗、匝數少、阻抗小。特點：線圈串接于電路中，導線粗、匝數少、阻抗小。分類：過電流繼電器:正常工作電流時銜鐵釋放 銜鐵釋放，分類：過電流繼電器:正常工作電流時銜鐵釋放，觸點復位 欠電流繼電器:正常工作電流時銜鐵吸合 銜鐵吸合，欠電流繼電器:正常工作電流時銜鐵吸合，觸點動作

過流電流繼電器

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欠流電流繼電器

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第四節 繼電器

一、電流繼電器

I> KA

KA

KA

過電流繼電器

I< KA

KA

KA

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1.底 座 2.反力 彈 簧3、4.調 節 螺 釘 5.非 磁 性 墊 片 6.銜 鐵 7.鐵 芯 8.極 靴 9.電 磁 線 圈 10.觸 點 系 統

欠電流繼電器

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電磁式繼電器結構圖

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第四節 繼電器

一、電流繼電器 主要技術指標： 主要技術指標：

使電流繼電器開始動作所需的電流值； 動作電流Ｉq ：使電流繼電器開始動作所需的電流值； 電流繼電器動作后返回原狀態時的電流值； 返回電流Ｉf ：電流繼電器動作后返回原狀態時的電流值； 返回值與動作值之比，返回系數Ｋf ：返回值與動作值之比，Ｋf＝Ｉf /Ｉq。

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第四節 繼電器

二、電壓繼電器

特點：線圈并聯在電路中，匝數多，特點：線圈并聯在電路中，匝數多，導線細 分類： 分類：過電壓繼電器和欠電壓繼電器 結構原理： 結構原理：與電流繼電器類似

U< KA

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KA

KA

U> KA

KA

KA

欠電壓繼電器

過電壓繼電器

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第四節 繼電器

三、中間繼電器

中間繼電器實質上是一種電壓 繼電器，結構和工作原理與接觸器 繼電器，相同。但它的觸點數量較多，相同。但它的觸點數量較多，在電 路中主要是擴展觸點的數量。路中主要是擴展觸點的數量。另外 其觸頭的額定電流較大。其觸頭的額定電流較大。

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第四節 繼電器

利用雙金屬片受熱彎曲 去推動杠桿使觸頭動作 作用： 作用：電動機的過載保護

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四、熱繼電器

型式： 型式：雙金屬片式 熱敏電阻式 易熔合金式

利用電阻值隨溫度變化 而變化的特性制成 利用過載電流發熱使易熔 合金熔化而使繼電器動作

結構：由發熱元件、雙金屬 結構：由發熱元件、片和觸頭及動作機構 等部分組成。

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第四節 繼電器

四、熱繼電器

a）

外形 2復位按鈕

1-電流整定裝置 32動作機構 6常閉觸頭接線柱 公共動觸頭接線柱 33主雙金屬片

3推動導板 5動觸頭

6常開觸頭 8復位按鈕 11支撐件 13-彈簧

雙金屬片式熱繼電器原理示意圖

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第四節 繼電器

四、熱繼電器

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第四節 繼電器

四、熱繼電器

使用與選擇 使用：作為電動機的過載保護，注意與熔斷器的配合。使用：作為電動機的過載保護，注意與熔斷器的配合。選擇：Ｉ 選擇：ＩeR

ed 熱繼電器熱元件的額定電流； ＩeR：熱繼電器熱元件的額定電流； 電動機的額定電流。Ｉed：電動機的額定電流。電路符號

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五、時間繼電器

作用： 作用：按整定時間長短通斷電路 分類： 分類： 按構成原理分： 按構成原理分：電磁式 電動式 空氣阻尼式 晶體管式 數字式 按延時方式分： 按延時方式分：通電延時型 斷電延時型

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五、時間繼電器

符號： 符號：KT

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

(a)線圈一般符號(b)通電延時線圈(c)斷電延時線圈(d)通電延時閉 合動合（常開）觸點(e)通電延時斷開動斷（常閉）觸點（f）斷電延時斷 合動合（常開）通電延時斷開動斷（常閉）開動合（常開）斷電延時閉合動斷（常閉）觸點（開動合（常開）觸點（g）斷電延時閉合動斷（常閉）觸點（h）瞬動觸點

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五、時間繼電器

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五、時間繼電器

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六、速度繼電器

作用： 作用：根據速度的大小通斷電路 結構：定子、結構：定子、轉子和觸頭 原理： 原理：與異步電動機類似 參數：動作轉速：>120rpm 參數：動作轉速： 復位轉速： 復位轉速：<100rpm

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六、速度繼電器

轉子圓柱形永久磁 轉子圓柱形永久磁--符號 鐵，與電動機同軸連 定子由硅鋼片迭成 定子由硅鋼片迭成 接。籠型空心圓環套在轉子 上，裝有鼠籠型短路繞 組。

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六、速度繼電器

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七、其它繼電器

光電繼電器

溫度繼電器

壓力繼電器

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第五節 熔斷器

作用： 作用：短路和嚴重過載保護 應用： 應用：串接于被保護電路的首端

優

分類：瓷插式RC 分類：瓷插式RC 螺旋式RL 螺旋式RL 有填料式RT 有填料式RT 填料密封式RM 填料密封式RM 快速熔斷器RS 快速熔斷器RS 自恢復熔斷器RZ 自恢復熔斷器RZ 符號：FR 符號：

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第五節 熔斷器

瓷插式熔斷器RC 瓷插式熔斷器

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第五節 熔斷器

螺旋式熔斷器RL 螺旋式熔斷器

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第五節 熔斷器

有填料式熔斷器RT 有填料式熔斷器

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第五節 熔斷器

無填料密封式熔斷器RM 無填料密封式熔斷器

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第五節 熔斷器

快速熔斷器RS 快速熔斷器

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CH1 常用低壓電器

第五節 熔斷器

自恢復熔斷器RZ 自恢復熔斷器

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第六節 主令電器

作用： 作用：發送控制命令或信號的電器 分類：按鈕 萬能轉換開關 主令控制器 行程開關 接近開關

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第六節 主令電器

控制按鈕： 控制按鈕：SB

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第六節 主令電器

控制按鈕： 控制按鈕：SB

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分類：控制

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第六節 主令電器

行程開關： 行程開關：SQ

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滾輪式行程開關

a)

SQ

1-滾輪 2-上轉臂 3-盤形彈簧

b)

行程開關符號

4-推桿 5-小滾輪 6-擒縱件 7、8-壓板 9、10-彈簧 11-動觸頭 12-靜觸頭

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第六節 主令電器

接近開關： 接近開關：SQ

1-常開靜觸頭 2-動觸頭 3-常閉靜觸頭 4-殼體 5-推桿 6-弓簧片

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第六節 主令電器

萬能轉換開關： 萬能轉換開關：QS

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CH1 常用低壓電器 萬能轉換開關 縱向虛線表示手柄位置，縱向虛線表示手柄位置，圖中

Ⅰ 0 1 2 3 4 5 6 Ⅱ

有三個位置Ⅰ、有三個位置Ⅰ、0、Ⅱ 橫向圓圈表示觸點對數，圖中 橫向圓圈表示觸點對數，有6對觸點 對觸點 縱橫交叉處圓黑點為手柄在此 位置對應的觸點接通 Ⅰ位：1、4、6觸點通、、觸點通

QS 轉換開關觸點通斷展開圖

0位：2、3、5觸點通 位、、觸點通 Ⅱ位：3、4、5觸點通、、觸點通

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CH1 常用低壓電器 萬能轉換開關

觸點號 1 2 3 4 5 6 × × × Ⅰ × × × × × × 0 Ⅱ

縱向表示手柄位置，縱向表示手柄位置，表中有三個 位置Ⅰ、位置Ⅰ、0、Ⅱ； 橫向為觸點對數，圖中有 對 橫向為觸點對數，圖

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中有6對； ×為手柄在此位置接通的觸點 Ⅰ位：1、4、6觸點通、、觸點通 0位：2、3、5觸點通 位、、觸點通 Ⅱ位：3、4、5觸點通、、觸點通

轉換開關觸點通斷表

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本章小結

開關電器、主令電器、接觸器、繼電器、開關電器、主令電器、接觸器、繼電器、熔斷器等低 壓電器的作用、結構、工作原理； 壓電器的作用、結構、工作原理； 低壓電器圖形和文字符號； 低壓電器圖形和文字符號； 每種低壓電器的技術參數； 每種低壓電器的技術參數； 低壓電器的使用和選擇方法。低壓電器的使用和選擇方法。

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第三篇：PLC控制技術

關于PLC控制技術一體化教學方法的探索

摘要：通過對PLC控制技術一體化教學方法的探索，以學生在學習過程中的具體作品為例，闡述了在職業中學PLC控制技術課程教學中運用理論實習操作一體化教學方法的可行性。

關鍵詞：PLC控制技術；一體化教學方法；探索

現行的職業中學課堂教學，大多數專業還是把理論教學和實習操作分開進行，而這種做法對于機電專業來講，專業教師不好教，學生無心學。為扭轉這一被動局面，我在PLC控制技術教學過程中運用了理論與實習操作一體化的教學方法，收到了較好的教學效果。

傳統職中教學方法存在的主要問題及原因

其一為“填鴨式”教學。職中學生文化知識基礎普遍較差，學習缺乏想象力，要掌握PLC控制技術所遇到的困難是可想而知的。“填鴨式”教學從頭講到尾，照搬書本；即使使用多媒體教學，也只是把原先寫在黑板上的內容搬上了屏幕，教學手段雖有變化，但教學內容和效果并沒有本質變化。

其二為理論與實習操作分離，不重視專業訓練。上理論課時，學生對教師講授的知識只是死記硬背，學生普遍感到似懂非懂、難學易忘；對于專業實習操作課，學生雖感興趣，但專業技術理論知識已遺忘甚多，往往只限于模仿性的操作訓練，而無法觸類旁通，自然也就無法形成系統的操作技能。由于理論和實習操作相脫節，學生對機電專業的學習興趣得不到激發，學習積極性難以調動，學習專業技術的方法和能力很難得到有效培養。

其三為理論課教學安排時間跨度大，學生對理論的認識是斷續、分散的，整體認識不清楚、理解不透徹，學習難度加大。

其四為專業技術理論教學和實習操作教學分段實施，理論教師與實習操作指導教師各負其責，造成了相互脫節，在教學目標、教學內容和教學方法等方面難以形成有機結合。教學過程中往往出現“各自為戰”和“相互推諉”的現象，專業教材之間的內在聯系得不到協調，教學內容沒辦法合理統籌。以專業理論為中心的傳統教學模式，容易產生偏重理論教學而輕實習操作的不良傾向，教師很難完成機電專業PLC控制技術編程的教學任務，也不能滿足學生學習的需要。

理論與實習操作一體化教學的具體做法

針對職業中學傳統教學模式存在的實際問題，我在機電專業PLC控制技術教學過程中進行了“理論與實習操作一體化”教學探索。具體做法是：

第一，以國家中等職業教育規劃教材為藍本，在機電專業教學大綱的指導下，將機電專業的PLC控制技術教材根據學校具體的實習實訓儀器設備情況，劃分為電工基礎，電力拖動引入，可編程控制器的認識，“啟、停、反”的可編程控制的認識訓練，PLC控制技術的邏輯編程技術等五個部分，把電工基礎知識融入到電力拖動技術中，電力拖動技術為可編程控制服務，遵循這樣的教學思路來安排教學內容。讓學生多次訓練“啟、停、反”的直接控制，甚至教師可以有意識讓學生接錯一條控制線，以引起學生的注意，最后讓學生自己來修改，通過修改過程引入PLC控制技術的可編程控制，讓學生進行對比，再多次訓練“啟、停、反”的邏輯控制程序，使學生在操作過程中認識可編程控制的優點，從而實現由直接控制向邏輯控制的過渡。學生的主要學習場所就在實訓室，各階段的教學內容是實訓穿插相關理論，講完相關理論后，學生可以馬上根據教師所講進行“模擬”訓練，以達到強化理論的效果。另外，在教學過程中，大量運用實物、教具、多媒體等手段，達到理論與實習操作相結合的一體化教學，從而實現理論指導實踐，實踐檢驗理論的目的。

第二，針對職中機電專業學生知識基礎較差的特點，在教學過程中，盡量利用實際簡單電路進行直觀演示，將電機用實物模型展現在學生面前，以激發學生的學習興趣，縮短認識過程。同時，在教師指導下，學生動手按電力拖動的要求接線，實現對電動機的直接控制，將書本理論與實踐相結合，促進理解，加深記憶，學習效率得到明顯提高。

第三，在理論實習操作一體化教學中，不要求學生掌握繁瑣的理論，學生通過電力拖動的實習操作很快就能建立一個清晰、直觀的概念，大大提高了教學效率。教師講授時可從電力拖動知識需要引入課題，明確電動機啟動的工作條件，使學生很快理解電動機的正轉與反轉，還可以用多媒體和實物進行演示，在學生進一步理解控制和被控制之間的關系后，學生在教師指導下立刻進行動手操作，從而加深認識。這樣，相對所需課時縮短了，可安排學生進行實習操作練習，進一步加強學生的動手能力培養。

第四，職中機電專業PLC控制技術教學運用理論實習操作一體化教學方法，對教師的教學水平提出了更高、更新的要求。它要求專業教師除了必須具備相關專業系統的理論知識外，還必須具備高級電工維修技能以上的操作水平，才能在授課過程中進行規范、準確的操作演示和指導學生進行實習操作。

PLC控制技術教學實行理論實習操作一體化的案例

教學單元為五人搶答器的程序編寫（共8學時，每次課2學時）。

（一）教學目標

知識目標：掌握PLC控制技術的基本程序編寫方法（先用梯形圖，然后用指令表）。能力目標：初步具有能實現可編程控制的邏輯編程能力。

（二）教學流程

提出要解決的問題以一次知識搶答活動為例，請你用PLC可編程控制器編寫一個五人搶答器的程序，并調試模擬運行。要求：在主持人宣布開始以后才可以搶答，20秒以后，還沒有任何一組搶答，則自動停止本題的搶答；任何一個人搶到以后，其他選手不能再搶（有鎖定功能）；一次搶答完成以后，主持人要復位，再準備進行下一次搶答。任務給出以后，教師引導學生。不能理解題意、甚至無法動手操作的學生，可以聽教師講解、指導；能理解題意、有一定思路的學生可以動手完成。這樣，每位學生都有事可做，教學氣氛活躍了很多。

自主探究學生完成教師給出的任務后交指導教師點評，教師指出學生編寫的程序哪些地方需要修改，為什么要修改等等。要求學生從實際出發，思考符合實際工程要求的、邏輯思路清晰的程序。

利用實物演示編程效果把學生所編寫的程序通過接口電路引到學生自己焊接的搶答器模擬電路板上，由5位學生進行現場模擬搶答，看看還有哪些沒有考慮到，還要做哪些相應的修改。例如，有學生提到：第一個人搶到以后應有聲音，要增加揚聲器的控制輸出端；搶到的組號還應有閃爍等。這樣，學生的學習興趣和積極性被激發出來，相關的理論知識也得到了補充。學生不僅學會了PLC控制技術的邏輯編程，還自然學習了電子技術的相關知識，使理論與操作達到了完美結合。

討論教師和幾位學生組成“專家組”，對每一位學生的作業進行點評，然后學生共同討論，對每一題評出“編程之星”，學期末可根據“編程之星”的獲得次數評定平時成績。

作業要求學生把搶答器程序編寫的邏輯思維“移植”到對交通燈、自動售貨機等的控制上，這樣更加有效地激發了學生的學習積極性，在自習課、活動課時間，有的學生也自覺到實訓室進行編程練習，真正實現了“要我學”到“我要學”的轉變。

（三）教學效果

通過理論與實習操作一體化教學模式的具體運用，原來在職中沒法完成的功能指令部分的教學也收到了很好的教學效果。當學生看到簡單的邏輯編程實現了復雜的功能以后，對功能指令產生了強烈的學習興趣，對他們繼續學習專業課起到了很好的激勵作用。

理論實習操作一體化教學的啟示和體會

幾年來，理論實習操作一體化教學的探索在實踐中取得了良好的效果，學生看得見、摸得著，生動而不呆板，既容易理解，又記得牢固。在實踐中我有如下幾點體會：（1）理論實習操作一體化教學方法可以使技能操作訓練與相關專業理論緊密銜接，實現了理論與實踐密切結合、理性認識與感性認識同步提高。（2）職中機電專業理論教學和操作訓練的有機結合，使學生有較多機會將專業理論知識與實際反復對照理解。由于這種教學方法運用了感知記憶、理解記憶、運動記憶等記憶方法，所以學生容易在大腦中較快地形成總體結構的全方位表象，技能形成較快。（3）理論學習與技能訓練反復交叉進行，內容不斷更新，學生有新鮮感。理論指導下的技能訓練，使學生感覺學到了實在的本領，自信心增強，技能形成進程加快。（4）理論實習操作一體化教學方法增加了師生的直接接觸，教師能比較直觀地了解學生掌握專業知識和操作能力的程度，有利于切合實際地對學生加以指導，因材施教，滿足不同層次學生的需求。

參考文獻：

[1]鄭鳳翼，等.圖解PLC控制系統梯形圖和語句表[M].北京：人民郵電出版社，2006.[2]田明，等.觸摸式可編程終端[M].北京：機械工業出版社，2006.[3]高勤.電器及PLC控制技術[M].北京：高等教育出版社，2002.

第四篇：工業控制與PLC應用總結

工業控制與PLC應用總結

經過一段時間的學習、使用，對可編程邏輯控制器（PLC）在工業領域中的應用有了比較深刻的理解，PLC為我們實現某種流程或過程的自動化搭建了一種控制系統硬件平臺，其實際上與傳統的DCS系統已經沒有嚴格的區分，是工控領域中最基本、最常用的控制設備，也是我們最應該會使用的一種控制器。

從本質上講，PLC僅僅是實現控制目的的一種工具，一種具有特殊功能和特點的工具，工具本身的使用方法很簡單，大部分功能通過“傻瓜式”的組態設置而實現，重要的是在使用此工具完成某種任務的過程中所體現的思想和技巧。我認為實現一臺機器自動化的過程，就是賦予此機器“靈魂”的過程，而PLC是我們賦予機器靈魂的工具，“靈魂”即是在實現工藝要求的控制程序中所體現的編程者的思想，顯然，相比而言重點是“靈魂”而不是工具。

下面是我在編寫程序和調試過程中的一些體會和思考，供大家參考。

一、理解工藝

實現工藝要求是控制的核心目的，因此工藝的要求即是我們編寫程序的根本依據和衡量程序質量的最終標準，對工藝特點理解的深淺程度也就決定了編寫程序框架的完善程度。需要強調的是，要站在控制的角度去分析工藝，要精確到每一個輸入輸出控制點，每一個設備的執行動作及對其他設備或動作的影響，而不是僅僅停留在宏觀的、整體的流程，因為控制人員得到的幾乎所有工藝流程資料都是工藝人員要求的最佳運行狀況，也是所要實現的控制目的，它僅僅是一個目標狀態，而要實現這種目標運行狀態還需要考慮大量的非理想情況，這就需要思考在工藝流程中，哪些地方、環節會出現哪些異常情況，這些信息對于控制人員而言，算是工藝要求中的隱含信息，需要去分析尋找，分析的越細越好，總之，沒有最細只有更細。

因此，理解工藝的重點就是去思考那些可能的異常情況，它與確定的工藝要求有著直接的關系，這種對工藝的認識思想是必要的。比較重要的思考方向大體有以下幾點：

1、根據整體工藝和設備特點，需要將整體流程細分為哪些子工序。

2、子工序之間是否存在接口不統一的問題。

3、整個工藝中的控制難點是什么。

4、哪些設備或動作之間存在著嚴格的互鎖，或者說是哪些動作必須考慮安全因素。

5、生產如何連續進行，需要整體考慮循環運行的狀況。

以上內容僅僅列出了一部分，不容否認，對工藝特點和各種狀況的思考深淺程度是和經驗有關系的，應該在學習中逐漸積累經驗并培養這種思考習慣。

二、順序控制法編程

順序控制法是相對于經驗控制法而言的，使用順序控制法編寫梯形圖程序的優點是邏輯縝密、思路清晰、可讀性好，同時便于維護和差錯修改，這種特點在工程中是非常重要的，尤其對于邏輯復雜的大型項目，沒有順序控制思想，很難實現編寫高質量的程序。

其實順序控制的原理很簡單，很容易理解，即當前步有效的條件是上一步有效且滿足當前步有效的其他條件，當前步無效的條件是下一步變為活動步，并且要求在程序中的某一順序邏輯段中只有一個活動步，且步有效與否不直接對應輸出，只體現工藝要求的具體執行邏輯。這種用步來體現程序執行過程的方式的特點就是邏輯非常清晰。然而需要指出的是，只分析兩步之間的順序控制并不能完整體現順序控制法的好處，最好便是在一個控制邏輯復雜一些的大程序中去體會這種編寫方法的優點。我認為順序控制法是一種思想，其表現形式也沒有像書上所表述的那么嚴格，非得下一步有效即關閉上一步，或者只有一個活動步，主要還是看程序的具體內容，步是一種概念，并不一定就是指一行梯形圖程序，它們之間可以理解為是本質和表現形式的關系，只要在程序中思路清晰，可以多行程序表示為一步；相反，對步的認識不全面，反而會限制編寫程序的靈活性。

在閱讀或調試程序中去理解順序控制法的思想會更加深刻，否則很難體會到其優點，也很難變為自己的編程習慣，容易出現這種現象：談及順序控制方法很簡單，但是編寫梯形圖程序卻又體現不出這種思想。所以只看資料無助于養成使用順序控制法的編程習慣，應該多實踐和經驗交流。

另外，關于程序的組織方式并不固定，有很多不同的模式，實驗室以往做過的工控項目主要使用了西門子系列PLC的S7-300，并形成了統一的編程方法和模式，主要思想是：輸入輸出點統一映射到PLC內部存儲器中，所有的輸出信號以“起保停”的方式在單獨的功能塊中統一處理，這樣也便于應用順序控制法編寫程序；在控制功能實現方式上，將整體工藝細分為不同的子工藝，即可以在手動模式下單獨執行，也可以由另一程序在自動運行模式下按照某種邏輯調用。有些專業公司的編程模式會不同，也是由其編程人員在實踐中總結形成的，但是，目前實驗室的這種模式是相對很成熟和規范的，我們應該繼續發展和完善，程序組成如圖1所示，具體情況可了解實際工程案例。

輸入映射自動/手動程序其他OB檢修程序OB1/主程序系統功能塊子程序1子程序n數據塊輸出程序輸出映射 圖1 程序一般組成內容

三、程序編寫

當其他工作已經準備就緒，開始著手編程，編程期間的主要工作就是完成控制流程圖繪制，寫流程圖的本質就是寫程序，其好處就是在一段時間內集中思考如何實現工藝流程的控制要求，并以文本形式記錄下來，這樣便于保持在思考如何實現控制要求時的思維連續性和縝密性，同時也生成了一份控制程序詳細文檔，為程序的后續修改、維護提供了直接技術資料，完整的流程圖應該體現控制所需的全部程序。據我了解，很多從事工控職業的控制人員并不知道流程圖概念，他們是直接上機編程，問題就是程序質量比較低，也許是項目太簡單，或者是工藝太熟悉，總之，給人的感覺很不正規。編寫流程圖是我們實驗室的優良傳統，其是完成工控項目的核心步驟之一，通過流程圖編程也應該是工控領域的正統做法。

在工藝熟悉后，要根據具體的工藝特點劃分出若干個子工藝，做到這些子工藝組合起來即是整體工藝，關于如何劃分子工藝的問題，沒有固定的規范，因編程者、工藝特點等而不同，但是一般而言，子工藝劃分的越多，程序會越靈活，而程序越靈活，對一些條件的要求也會相應增多。因此，工藝劃分的粗細程度可以視情況具體權衡。

子工藝劃分完成后，可以編寫與其一一對應的子程序了，細分后的子工藝對應的子程序一般不會有太復雜的邏輯，因此寫起來會容易的多，子程序在整個控制程序中是一個個具體的主體程序，之所以是主體程序，是因為設備的有序運行是由它們實際控制的，自動程序也不過是組織這些子程序按照某種邏輯或時間順序執行而已，所以子程序的編寫質量對控制系統的性能十分重要。鑒于此，在寫子程序時需要特別注意一些問題，主要體現在以下幾點。

1、程序執行的條件

一般稱為程序入口條件，考慮這一點時，主要判斷依據對工藝的深刻理解，對當前子程序對應的子工藝包含哪些設備和輸入輸出點，是如何動作的，運行時需要哪些機構處在哪些狀態，是否存在程序互鎖等，必須有清晰明確的認識，在確定啟動條件時一定要找到關鍵條件，其實關鍵條件的確定貫穿于編寫程序的整個過程。需要強調的是要考慮其他子工藝的結束狀態，如果其他工藝與當前工藝有直接關聯且其結束狀態不滿足當前工藝的啟動條件，這時要考慮如何處理，是在其他工藝結束時處理還是在當前工藝執行時處理或是其他的處理方式，依據實際情況而定。另外，需要判斷子程序手動模式單獨執行同自動模式調用是不是使用同一入口，有時是需要不同入口的。

2、程序的結束狀態

跟入口條件類似，程序的結束狀態有可能會影響到其他子工藝的啟動，所以結束狀態也是需要考慮權衡的，與程序執行條件類似，不再詳述。需要注意的是，結束狀態同樣存在手動模式程序退出與自動模式程序退出是否使用同一出口的問題，根據工藝特點，有可能需要設置自動模式和手動模式從不同出口退出程序。

3、程序體編寫

重要的工作是考慮程序如何處理異常情況，僅僅按照工藝流程寫出程序邏輯是很簡單的事情，應該考慮到各種各樣的狀況，而不是僅僅停留在“如果A則B，如果B則C”這樣的思路上，這種邏輯是不嚴密的，應該考慮到所有的條件可能性并編寫與其對應的處理程序，我覺得可以形象地比喻為把一個“房子”的漏洞都堵上，僅留下固定的入口和出口。

另外，寫子程序時，每寫一步都應該知道設備會如何動作，我覺得與其說是編寫程序控制設備不如說是構思設備的工作流程后映射出程序，這樣有利于考慮問題更加全面。當子程序編寫完成時，其一般具有這樣的特性：

（1）程序啟動后退出以前，任何信號都無法再次啟動它。（2）程序運行結束后，可以再次啟動，或者說是可以反復啟動。（3）程序運行結束后，程序內沒有任何活動步。

（4）急停信號有效時，除非有特殊設置，否則必須立刻清掉所有活動步，即使有特殊設置，最終也必須清掉所有活動步，并且不影響下次啟動。

（5）如果程序內存在循環，當程序停止信號有效時，若正在執行循環程序段，應該跳出當前循環程序段，執行完剩余程序后退出。

（6）至于程序的功能性，考慮到設備有可能處在任何狀態下，除非出現特殊情況，否則必須在滿足工藝要求的基礎上，保證在程序上做到安全可靠。

以上幾條特點，基本上反映了對子程序的要求，但是絕不局限于這些，所有的程序都是為工藝服務的，一切要以具體工藝而定。

子程序編寫完成后，就要考慮如何使它們組合起來完成整體工藝的要求，這就需要另外編寫一個程序以確定他們執行的節拍，這個程序即是所謂的自動程序，有時候也不一定單獨編寫一個程序塊，可以在主程序中去處理，當遇到子程序較多且邏輯復雜的時候，為了使程序結構清晰一些，一般會單獨編寫自動程序。自動程序與子程序沒有本質的區別，但是有一些特點：程序段之間往往沒有嚴密的順序邏輯，具有關鍵條件的單獨指令比較多，沒有直接的輸出信號而主要是反復地調用子程序等。這時就需要整體考慮工藝流程了，比較重要的工作就是尋找流程中的一些關鍵條件，這也是難點，這些條件與子程序的劃分有關系，如果關鍵條件找的恰當，在功能實現上就會容易的多，編寫思路也會清晰的多。

自動程序的實現方式多種多樣，某些細節體問題的處理完全取決于編程者的思想，但同時也受子程序的影響，最好由編寫子程序的人員一并完成自動程序。由于工藝的不同，自動程序會體現出截然不同的特點，所以對于具體的技巧、方法問題很難概括，一般需要注意的問題有以下幾條。

（1）調用子程序脈沖時序問題

也許這種問題不經常遇到，但是在編寫時需要有意識地去分析，尤其對于初學者，其出現時序問題的原因會是多樣的，主要存在子程序的啟動條件中。比如如果某一子程序的某一啟動條件同樣與自動程序發出的啟動脈沖有關，則容易出現時序問題，還跟此條件位在程序掃描過程中處于那一子程序的前后有關，具有不確定性，時序問題與簡單的邏輯問題相比一般不容易被發現，因此寫程序時盡量不要使用這種邊緣的、不確定的方法。

（2）異常情況處理問題

這一點還是體現在關鍵條件的確定上，也就是調用子程序的條件，由于自動程序包含了所有的工藝流程，為了達到某些環節的穩定和可靠，需要考慮異常情況的處理，體現為邏輯條件往往會相對比較復雜。比如如果在執行自動程序過程中，某一工藝流程受條件限制必須結束但又沒有完成相應的功能任務，造成下面的環節無法進行，可是考慮到自動程序的循環特點，在下一循環周期，沒有完成任務的工藝流程會繼續工作并完成功能任務，所以在這種異常情況下，需要考慮某些子程序不執行對整體程序運行的影響。異常情況可能是多種多樣的，總之，希望自動程序能夠自動處理并保持生產的連續性。

（3）效率問題

整體工藝流程是由自動程序調用子程序來實現的，應該盡可能地保證程序執行的緊湊性，以提高生產效率。效率問題實現起來沒有難點，應該是一種意識問題，關鍵是要有對實際生產的理解，站在生產人員的角度考慮問題。

（4）初始化問題

自動程序運行時，必須首先對設備進行初始化操作，對設備進行初始化是基于這樣一種考慮：自動運行時，設備有可能處于任何一種狀態下，必須使設備回到符合自動運行條件的初始位置，這也是基于安全考慮。

（5）循環執行

關于自動程序的循環執行，不能簡單地理解為“A—B—C?D—A—B?”模式，有的情況可以那樣去處理，有的情況則不能那樣去處理，要擺脫這種思維的限制，這種簡單的理解也許可以通過一些處理解決大部分自動程序中的邏輯，但是會使程序變得很僵硬，并且不穩定不靈活，有時候這種思維也會影響子程序的編寫質量，這是我個人體會。

（6）靈活性

靈活性可以理解為根據設備運行的不同狀態作出不同的調整，簡單地調整一些參數或設置就可以自動適應，無需修改程序本身，這種功能對實際生產來說非常有價值，實現起來相對會比較困難一些，但是是程序編寫質量的一個重要標準，也應該是編程者的努力方向。

靈活性可以體現為整體程序具有可組態功能，算是一種比較新的編程思想，為了實現這種可組態功能，需要搭建一個“組態平臺”，這種“平臺”即是經過分析得出的所有子工藝的邏輯組合，由操作人員具體選擇當前運行哪種組合，由于每個子工藝都由子程序去控制完成的，所以每種組合都一一對應著一種自動程序。

實現這種功能應該從以下幾個方向考慮：

a.必須根據工藝特點在滿足安全生產的條件下，統計出所有可能的運行工況。

b.子程序的調用條件必須重新考慮，因為調用條件中增加了工況組合內容。c.要保證每種組合都能順序執行，甚至考慮組合的靈活、實時切換。d.靈活性高也一定程度上意味著可靠性低，所有尤其要思考程序的安全性。總之，自動程序運行后，整體上應該具有以下特點；

（1）自動程序運行后，除非急停信號有效，否則操作人員無法停止程序執行。

（2）自動程序運行后，為了避免不穩定因素，除非某些特殊參數，否則不應該支持在線參數修改。

（3）自動程序運行后，可以正常退出程序和自動運行模式，沒有任何活動步保留，并且不能影響程序再次啟動。

（4）自動程序運行后退出以前，無法再次啟動，或者說再次給出啟動信號是無效的。

（5）急停信號有效時，除非有特殊設置的保護條件，否則應該立刻依次清除所有活動步和狀態位，并且任何時候急停后，都不能影響程序的再次啟動。

（6）一次正常運行不能說明程序是穩定的，自動程序尤其具有這樣的特點，至少需要連續自動循環運行10次以上。

四、關于程序運行模式和停止、急停

1、運行模式

整體程序依據調試和生產要求會設置成不同的運行模式，基本上都會設置成檢修、手動和自動三種運行模式，某些簡單工藝的程序也會設置為手動和自動兩種運行模式，這時的手動模式和檢修模式效果是一樣的。

檢修模式。檢修運行模式下，操作人員只能操作單一的輸出點對應的設備，只能一個一個地去動作控制對象。需要注意的是要考慮動作之間的關聯情況，不當操作會造成事故的設備應該設置程序互鎖，但也并不是互鎖越嚴密越好，那樣會影響檢修操作的靈活性，如何平衡是情況而定。手動模式。手動運行模式下，可以單獨啟動事先編寫的子程序，也就是說可以運行某一子工藝，設備會有一連串的動作按照相應邏輯在執行，在不相互影響的前提下可以同時運行多個子程序，需要根據工藝在子程序之間做嚴格的互鎖條件。

自動模式。自動運行模式下，設備完全按照自動程序進行動作，無需人員參與。

2、停止與急停

在多種程序運行模式中，會有不同的啟動、停止及急停信號，程序在不同狀態下應對停止、急停信號有不同的反應，具體的實現方法不在此詳述，只明確停止信號的分類、名稱和停止或急停信號有效時的常規要求。

系統停止，即是運行模式的停止，包括“檢修停止”、“手動停止”和“自動停止”；“程序停止”即是手動運行模式下的子程序停止；“系統急停”是程序運行中的緊急停止。可以通過以下描述來體現停止或急停信號有效時的常規要求：

（1）無論程序運行于哪種模式下，“系統急停”有效時，除非有設置的特殊保護功能，應該立刻、依次清除所有活動步和狀態標志位。

（2）檢修運行模式下，“檢修停止”與“系統急停”的效果完全一樣。（3）手動運行模式下，是否設置“程序停止”信號，取決于子程序的特點，往往在程序包含循環時設置“程序停止”，當“程序停止”有效時，要求子程序執行結束后退出，若還沒執行到循環程序段，則不再體現循環特點，若正在執行循環程序段，則跳出循環，其他不變。若某個或某幾個子程序正在執行，這時“手動停止”有效時，不影響當前子程序的執行，程序也不會立刻退出手動運行模式，而是等所有子程序運行結束后，才退出手動運行模式，并且在退出手動運行模式之前，無法啟動其他沒有運行的子程序，“手動停止”兼有“程序停止”的功能。

（4）自動運行模式下，“自動停止”有效時，與手動運行模式下的“程序停止”有些類似，可以當所有子程序運行標志位無效時退出，也可以執行完一個整體工藝流程后退出，依據具體情況而定，方式方法可以討論，集思廣益。

另外，關于“系統急停”的實現方法需要特別說明，一般而言，系統急停信號來自為了應對突發事件而設置的緊急停止按鈕，因此還不能將急停的作用簡單等同為清除所有活動步、輸出位和狀態標志位，其最終目的是設備發生異常情況時，按下此按鈕使得設備、人員安全，損失最小，清除活動步或狀態位只是實現設備、人員安全目的的程序變化情況之一。為了實現急停功能，主要考慮程序結構及生產工藝特點，與之對應的處理方法是使用分步急停和設置急停附加流程。

（1）分步急停。由于程序中存在運行模式的選擇和嵌套調用，所以不能在同一時刻清除所有活動步、輸出位和狀態標志位等，這會影響下一次程序的運行，解決的方法是使用分步急停，依據嵌套順序由里向外依次清除活動步和狀態標志等。

（2）急停附加流程。考慮的具體工藝要求和實際控制對象特點，可能存在不能保證任意時刻復位所有輸出位是安全的，這與上述的“設備、人員安全，損失最小”的目標相違背，所以這就需要判斷急停信號有效時所處的生產階段，根據不同階段希望系統做出不同的反應，有時必須在急停信號清除其他所有活動步和狀態位的同時適時啟動急停附加流程以應對急停信號在生產的特殊階段有效時所產生的不良后果。

五、程序調試

程序編寫完成需要經過全面調試才能應用于生產，程序調試即是在保證安全的前提下，按照要求逐一檢驗系統功能，由于程序是第一次聯機控制設備運行，這時可能會遇到各種各樣的問題，所以安全因素就變得尤其重要，最基本的原則是不管以哪種方式進行調試，必須保證設備和人員是安全的。

調試應該按照從簡單到復雜的順序有序進行，按照預先制定的調試計劃從控制系統接線情況到程序功能實現效果等逐一進行，具體步驟為：檢修→手動→自動。除驗證程序功能之外，程序調試需要做的工作和注意事項還有：

1、制定調試計劃

制定調試計劃是為了避免沒有針對性和目的性的盲目調試，需要分析程序的關鍵部分并有針對性地去驗證，這樣可以在最短的時間內發現程序中的問題。調試計劃一般包括調試時間、調試內容等，即便沒有書面的調試計劃，調試人員至少要有清晰的調試思路，方式方法依據個人經驗和能力而定，但是應該養成制定調試計劃的習慣。

2、完成調試記錄

在調試過程中，需要將調試的效果和出現的問題詳細記錄下來，以便于繼續完善程序，同時也總結了實踐經驗。調試記錄一般包括調試時間、參加人員、調試內容及實際效果、出現的問題及原因等。

3、雖然控制臺/柜在出廠之前一般已經測試完畢，但是在系統從新運行之前，必須再次測試，內容是檢查所有電源線路是否存在短路情況，保證控制系統設備安全，其他信號線可以等系統運行后測試。

4、一定要和現場人員保持密切、流暢的溝通，根據實時工況合理設置參數，并且必須得到現場人員的認可后才能進行操作。

5、應該首先調試系統急停功能，系統急停有效是最基本的要求，而且要驗證任意時刻的系統急停功能，要保證在調試其他功能出現異常時，系統急停的有效性。

6、調試中發現有程序編寫錯誤或其他問題，若需修改程序，要盡量做到程序與流程圖同步修改，并且務必做到程序備份，并記錄備份程序的內容。

調試過程中的其他事宜會根據工藝的不同而不同，但是必須強調的是，要時刻將安全因素放在首位，要盡可能全面、完整地模擬實際生產的工況，以檢驗程序的穩定性、可靠性。

六、控制系統設計流程

以上內容主要是總結了在控制系統設計各階段中需要特別注意的事項，跟實踐經驗的關系比較密切，下面從整體的角度概括控制系統設計的流程，其一般步驟為：

1、制定控制系統總體方案

控制系統總體方案主要是明確項目的控制功能、控制指標、工藝流程分析、控制對象及I/O點統計、需求分析、設計思路、系統總體框架、設備選型、程序設計思路、控制柜設計思路、現場布線思路和其他接口等，要以文本的形式明確以上內容。

2、繪制控制系統電氣接線原理圖

圖紙內容主要包括圖紙目錄、設計說明、電機設備、電氣設備、系統框圖、控制柜正面組合圖、控制柜電氣原理圖、系統DI原理圖、DO原理圖、AI原理圖、AO原理圖、儀表原理圖等，要求圖紙設計必須清晰、規范，是第三方加工控制柜的技術依據，也是向甲方提供的竣工資料之一。

3、繪制控制系統現場施工圖

主要是依據現場實際情況，確定控制柜與現場設備之間的線纜連接情況，一般與甲方人員會商后根據現場情況確定。

4、明確控制系統采購清單

以上內容確定之后，就應該確定所有的系統材料采購清單，主要包括名稱、品牌型號、單價、數量、有無附件、供貨周期等。

5、編寫控制系統程序流程圖 其實本質是開始編寫程序，不再詳述

6、編寫控制系統上位機設計說明書

內容是介紹上位機監控界面的設計原則，主要包括組態軟件介紹、系統畫面組成和畫面設計風格，另外還需詳細介紹操作畫面的功能設置。

7、程序調試

8、整理其他技術資料

主要內容有控制系統編程資料，包括內存分配、通信設置、IO點地址分配等，除此之外，還有操作說明書和維護說明書。

以上內容主要體現了工控領域編程的大體要求以及某些工程思想，對寫程序流程圖、繪制電氣接線原理圖和編程方法、技巧等具體問題涉及不多，主要是我認為工控思想的建立比編程本身要高一個層次。總之，控制領域入門簡單卻又深不可測，上述有不妥、不對之處，望能給予指正，彼此學習，共同進步！

陳成瑞 2012.08.27

第五篇：plc機械手控制拓展

機械手論文

專業：

機電一體化

學 生 姓 名：

學 號：

指 導 教 師：

完 成 日 期： 2011.3.15

目錄

摘要??????????????????Ⅱ 1 2 3

緒論????????????????????????????????1 機械手設計要求???????????????????????????1 機械手總體設計方案?????????????????????????1

3.1 機械手的組成??????????????????????????1

3.1.1 執行機構??????????????????????????1

3.1.2 驅動機構??????????????????????????2

3.1.3 控制機構??????????????????????????2

3.2機械手在生產中的應用?????????????????????2

3.3 機械手的主要特點????????????????????????2

3.4機械手的技術發展方向??????????????????????3

3.5機械手坐標形式與自由度選擇???????????????????3

3.5.1 機械手坐標形式選擇?????????????????????3

3.5.2 機械手自由度選擇??????????????????????4

3.6 3.7 機械手的規格參數?????????????????????4 機械手手部設計計算???????????????????????5

3.7.1 手部設計基本要求??????????????????????5

3.7.2 手部力學分析????????????????????????5

3.7.3 夾緊力與驅動力的計算????????????????????7

3.7.4 手抓夾持范圍計算??????????????????????9

3.7.5 手抓夾持精度的分析計算??????????????????10

3.8 機械手腕部設計計算??????????????????????11

3.8.1 腕部設計基本要求?????????????????????11

3.8.2 腕部的結構選擇??????????????????????12

3.8.3 腕部回轉力矩計算?????????????????????12

3.8.4 腕部工作壓力計算?????????????????????14

3.8.5 液壓缸蓋螺釘計算?????????????????????15

3.8.6 動片和輸出軸聯接螺釘計算?????????????????16

3.9 機械手臂部設計計算??????????????????????17-III-

3.9.1 臂部設計的基本要求????????????????????17

3.9.2 臂部的結構選擇??????????????????????17

3.9.3 手臂伸縮驅動力計算????????????????????18

3.9.4 手臂伸縮液壓缸參數計算??????????????????19

3.10 機身升降機構計算???????????????????????21

3.10.1 手臂偏重力矩計算????????????????????21

3.10.2 升降導向立柱不自鎖條件?????????????????22

3.10.3 手臂升降驅動力計算???????????????????23

3.10.4 手臂升降液壓缸參數計算?????????????????24

3.11 機身回轉機構計算???????????????????????25

3.11.1 手臂回轉液壓缸驅動力矩計算???????????????25

3.11.2 手臂回轉液壓缸參數計算?????????????????26

3.11.3 液壓缸蓋螺釘計算????????????????????27

3.11.4 動片和輸出軸聯接螺釘計算????????????????28 結論?????????????????????????????29 致謝??????????????????????????????30 參考文獻????????????????????????????31

緒論

機械手結構優化設計

摘 要

在機械制造業中，機械手已被廣泛應用，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯 著的提高勞動生產率，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐，本設計通過對機械 手各主要組成部分（手部、手腕、手臂和機身等）分析，從而確定各主要組成部分的 結構，在此基礎上對機械手進行設計計算，從而確定裝配總圖。通過此次機械手設計，掌握相關機械手設計的主要步驟，對于 CAD/CAM 軟件應用方面有了進一步的提高。

關鍵詞：機械手，設計，手部，手腕，手臂，機身，結構

工業機械手設計是機械制造、機械設計等方面的一個重要的教學環節，是學完技 術基礎課及有關專業課以后的一次綜合設計，通過這一環節把有關課程中所獲得的理 論知識在實際中綜合的加以應用，使這此知識能夠得到鞏固和發展，并使理論知識和 生產密切的結合起來，通過設計培養學生獨立思考能力樹立正確的設計思想，掌握機 械產品設計的基本方法和步驟，為自動機械設計打下良好的基礎。機械手設計要求

要求本設計能鮮明體現設計構思，并在規定的時間內完成以下工作：

（1）擬定機械手的整體設計方案，特別是機械手各主要組成部分的方案。

（2）根據給定的自由度和技術參數選擇合適的手部、腕部、臂部和機身的結構。

（3）各主要部件（手部、腕部、臂部）的設計計算。

（4）工業機械手裝配圖的繪制。

（5）編寫設計計算說明書。機械手總體設計方案

3．1 機械手的組成工業機械手由執行機構、驅動機構和控制機構三部分組成。

3．1．1 執行機構

（1）手部 即直接與工件接觸的部分，一般是回轉型或平移型，（多為回轉型，因其結構簡單），手部多為二指（也由多指），根據需要分為外抓式和內抓式兩種，也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤和電磁吸盤。傳力機構形式也很多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、齒輪齒條式、絲杠 螺母式、彈簧式、重力式。

（2）腕部 是聯接手部和手臂的部件，并可用來調整被抓物體的方位，以擴大機 械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應性更強。目前，應用最為廣泛的手腕回轉運動機構為回轉液壓缸，它的結構緊湊、靈巧，但回轉角度小，并且要求嚴格密封，否則就難保證穩定的輸出扭矩。

（3）手臂

是支撐被抓物體手部、腕部的重要部件，并帶動它們做空間運動，它的主要作用是帶動手指去抓取工件，并按預定要求將其搬運到給定的位置，一般手臂 需要三個給定自由度才能滿足要求，即手臂的伸縮、左右旋轉、升降運動。

（4）行走機構

3．1．2 驅動機構 驅動機構是工業機械手的重要組成部分，根據動力源的不同大致可分為氣動、液 壓、電動和機械式四種。采用液壓機構速度快，結構簡單，成本低，臂力大，尺寸緊 湊，控制方便。

3．1．3 控制機構 在機械手控制上，有點動控制和連續控制兩種，大多數用插銷板進行點動控制，也有用 PLC 進行控制，主要控制的是坐標位置。有的工業機械手帶有行走機構，我國正處于仿真階段。

3．2 機械手在生產中的作用

機械手在工業生產中的應用極為廣泛，可以歸納為以下幾個方面：（1）（2）建造旋轉體零件（軸類、盤類、環類）自動線。在實現單機自動化方面：

a 各類半自動車床，有自動夾緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，仍需人工 上下料，裝上機械手，可實現自動生產，一人看管多臺機床。b 注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環，裝上機械手自動裝卸工 件，可實現自動生產。c 沖床有自動上下料沖壓循環，裝上機械手上下料，可實現沖壓生產自動化。

3．3 機械手的主要特點

（1）對環境的適應性強，能代替人從事危險、有害的操作，在長時間工作對人類 有害的場所，機械手不受影響，只要根據工作環境進行合理設計，選擇適當的材料和 結構，機械手就可以在異常高溫或低溫、異常壓力和有害氣體、粉塵、放射線作用下，以及沖壓、滅火等危險環境中勝任工作。

（2）機械手能持久、耐勞，可以把人從繁重單調的勞動中解放出來，并能擴大和 延伸人的功能。

（3）由于機械手的動作準確，因此可以穩定和提高產品的質量，同時又可避免人 為的操作錯誤。

（4）機械手通用性、靈活性好，能較好的適應產品品種的不斷變化，以滿足柔性 生產的需要。

（5）采用機械手能明顯的提高勞動生產率和降低成本。

3．4 機械手的技術發展方向

國內外使用的實際上是定位控制機械手，沒有“視覺”和“觸角”反饋。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸角”的工業機械手，使它能對所抓取的工件 進行分辨，選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進而精確的在機器中定位、定向。為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零件，它由視覺 傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進行圖形分辨，判別是否是所要抓 取的工件。為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法： 一種是檢測把握物體手臂的變形，以選擇適當的能力，另一種是直接檢測指部與物件 的滑落位移，來修正握力。因此這種機械手具有以下幾方面的性能：

（1）能準確的抓住方位變化的物體。

（2）能判斷對象的重量。

（3）能自動避開障礙物。

（4）抓空或抓力不足時能檢測出來。

這種具有感知能力并能對感知的信息做出反應的工業機械手稱為智能機械手，它

是有發展前途的。現在工業機械手的使用范圍只限于在簡單重復的操作方面節省人力，代替人從事 繁重、危險的工作，在惡劣環境下尤其明顯，至于在汽車業和電子工業之類的費工的 工業部門，機械手的應用情況不能說是很好的，原因之一是，工業機械手的性能還不 能滿足這些工業部門的要求，適合機械手工作的范圍很狹小，另外經濟性問題也很重 要，利用機械手節約人力從經濟上看不一定總是合算的。然而利用機械手實現生產合 理化的要求，今后還會持續增長，只要技術方面和價格方面存在的問題獲得解決，機 械手的應用必將飛躍發展。

3．5 機械手坐標形式與自由度的選擇

3．5．1 機械手坐標形式選擇

機械手一般包括圓柱坐標式、球坐標式、直角坐標式、多關節式。直角坐標式機 械手，占用空間大，工作范圍小，慣性大，一般不多用，只有在自由度較少時才考慮 用。圓柱坐標式機械手，占用空間小，工作范圍大，慣性大，結構簡單。多關節式機 械手，占用空間小，工作范圍大，慣性小，能抓取底面物體，但多關節式結構復雜，所以也不多用。球坐標式機械手，占用空間小，工作范圍大，慣性小，所需動力小，能抓取底面物體。由以上敘述可以看出圓柱坐標式和球坐標式比較適合，但由于圓柱坐標式比球坐 標式在結構方面簡單一些，所以最后決定選擇圓柱坐標式機械手。

3．5．2 機械手自由度選擇

3．6 機械手的規格參數

抓重：300N 手臂運動參數： 自由度：4 個 坐標形式：圓柱坐標式

伸縮行程（X）：400mm 伸縮速度： 升降速度： 回轉范圍： 回轉速度： 手腕運動參數： 回轉范圍： 回轉速度： 位置檢測： 驅動方式： 控制方式： 0°~180°

重復定位精度：3mm

3．7 手部設計基本要求

3．7．1 手部設計基本要求

（1）應具有適當的夾緊力和驅動力，應考慮到在一定的夾緊力下，不同的傳動 機構所需的驅動力大小是不同的。

（2）手指應具有一定的張開范圍，以便于抓取工件。

（3）在保證本身剛度、強度的前提下，盡可能使結構緊湊、重量輕，以利于減 輕手臂負載。

（4）應保證手抓的夾持精度。

3．7．2 手部力學分析 通過綜合考慮，本設計選擇二指雙支點回轉型手抓，采用滑槽杠桿式，夾緊裝置 采用常開式夾緊裝置，它在彈簧的作用下手抓閉合，在壓力油作用下，彈簧被壓縮，從而手抓張開。下面對其結構進行力學分析： 在杠桿 3 的作用下，銷軸 2 向上的拉力為 F，并通過銷軸中心 O 點，兩手指的滑 槽對銷軸的反作用力為 F1 和 F2 其力的方向垂直于滑槽的中心線 OO1 和 OO2 并指向 O 點，交 F1 和 F2 的延長線于 A 和 B。又因為 所以a ——— 手指的回轉支點到對稱中心線的距離（mm）α——— 工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉支點的夾角 由分析可知，當驅動力 F 一定時，α角增大，則握力 FN 也隨之增大，但α角過 大會導致拉桿行程過大，以及手部結構增大，因此最好α=30o~40o。

3．7．3 夾緊力與驅動力的計算 手指加在工件上的夾緊力，是設計手部的主要依據，必須以其大小，方向與作用 點進行分析、計算。一般來說，夾緊力必須克服工件重力所產生的靜載荷以及工件運 動狀態變化所產生動的載荷，以使工件保持可靠的加緊狀態。手指對工件的夾緊力可按下式計算： 2—— 銷軸 3—— 杠桿式中K1——安全系數，通常 1.2~2.0； K2——工作情況系數，主要考慮慣性力的影響，可按 K2=1+a/g,其中 a 是重力方向的最大上升加速度，a=Vmax /t 響，g 是重力加速度，g=9.8m/s2。Vmax——運載時工件最大上升速度； t 響——系統達支最高速度的時間，一般選取 0.03~0.5； K3——方位系數，根據手指與工件位置不同進行選擇； G——被抓取工件所受重力； 表 1 驅動力與液壓缸工件壓力關系圖

作用在活塞上外力 F(N)50000 2.0~4.0 4.0~5.0 5.0~8.0

液壓缸工件壓力 MPa

液壓缸工作壓力 MPa

設 a=40mm,b=80mm,α=30o,機械手達到最高響應時間 0.5s,夾緊力 FN,驅動力 F 和驅動 液壓缸的尺寸。（1）設 K1=1.6 K2=1+a/g 設 Vmax=70mm/s t 響=0.5s 根據以上公式得：

（2）根據驅動力公式得：

由于實際所采取的液壓缸驅動力要大于計算，考慮手爪的機械效率η，一般取η =0.85~0.9。

（3）取 η=0.85

（4）確定液壓缸的直徑 D

選取活塞直徑 d=0.5D,選擇液壓缸工作壓力 P=0.8~1Mpa.所以

根據液壓缸內徑系列（JB826-66）,選取液壓缸的內徑為：D=50mm 則活塞桿直徑為：d=0.5D=0.5×5=25mm.所以手部夾緊液壓缸的主要參數為：

液壓缸內徑 D 50mm 活塞桿直徑 d 25mm 工作壓力 p 0.8MPa 驅動力 F 859.06N

3.7.4 手抓夾持范圍計算

為了保證手抓張開角為 120o，設手抓長為 100mm，當手抓沒有張開角的時候，根 據機構設計，它的最小夾持半徑 Rmin=40mm,當張開角為 120o 時，根據雙支點回轉型 手抓的誤差分析，取最大夾持半徑 Rmax=60mm。所以機械手的夾持半徑為 40~60mm。3．7．5 手抓夾持精度的分析計算 機械手的精度設計要求工件

定位準確，抓取精度高，重復定位精度和運動穩定性 好，并有足夠的抓取能力。機械手能否準確夾持工件，把工件送到指定位置，不僅取 決于機械手的定位精度（由臂部和腕部等運動部件來決定），而且也與機械手夾持誤 差大小有關，特別是在多品種的中、小批量生產中，為了適應工件尺寸在一定范圍內 的變化，一定要進行機械手的夾持誤差分析。以棒料來分析機械手的夾持誤差精度。機械手的夾持半徑為 40~60mm,一般夾持誤差不超過 1mm,分析如下： 工件的平均半徑： 手抓長 L=100mm,取Ｖ型夾角 2θ=120 偏轉角β按最佳偏轉角確定： 計算得 式中 因為

Ro——理論平均半徑 Rmax>Ro>Rmin

所以

△=0.939

夾持誤差滿足設計要求。

3．8 機械手腕部設計計算

3．8．1 腕部設計的基本要求

（1）力求結構緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由臂部承擔，顯然，腕部的 結構、重量和動力載荷，直接影響著臂部的結構、重量和運轉性能，因此，在腕部設 計時，必須力求結構緊湊，重量輕。

（2）結構考慮，合理布局 腕部作為機械手的執行機構，又承擔聯接和支撐作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應綜合考慮，合理布局，解決好腕部與臂部和手部的聯接。

（3）工作條件 對于本設計，機械手的工作條件是在工作場合中搬運加工的棒料，因此不太受環 境影響，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質中，所以對機械手的腕部沒有太多不利因 素。

3．8．2 腕部的結構選擇 腕部的結構有四種，分別為：

（1）具有一個自由度的回轉缸驅動腕部結構 直接用回轉液壓缸驅動，實現腕部的回轉運動，因具有結構緊湊、靈活等優點而 被廣泛使用。

（2）用齒條活塞驅動的腕部結構 在要求回轉角大于 270o 的情況下，可采用齒條活塞驅動腕部結構。

（3）具有兩個自由度的回轉缸驅動腕部結構 它使腕部具有繞垂直和水平軸轉動的兩個自由度。

（4）機—液結合的腕部結構 此手腕具有傳動簡單、輕巧等特點，但結構有點復雜。本設計要求手腕回轉 180o，綜合以上分析考慮，腕部結構選擇具有一個自由度的回轉 缸驅動腕部結構。3．8．3 腕部回轉力的計算 腕部在回轉時一般需要克服以下三種阻力：

（1）腕部回轉支承處的摩擦力矩 M 摩 為簡化計算，一般取 M 摩=0.1M 總力矩

（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩 M 偏式中G1——夾持工件重量（N）。e——工件重心到手腕回轉軸線的垂直距離（m）。

（3）克服啟動慣性所需的力矩 M 慣 啟動過程近似等加速運動，根據手腕回轉的角速度ω及啟動所需時間 t 啟，按下式計 算：或者根據腕部角速度ω及啟動過程轉過的角度φ啟計算：

式中 J 工件——工件對手腕回轉軸線的轉動慣量（N.m.s2）。J—— 手腕回轉部分對腕部回轉軸線的轉動慣量（N.m.s2）。ω—— 手腕回轉過程的角速度（rad/s）。t 啟——啟動過程中所需時間，一般取 0.05~0.3s。φ啟——啟動過程所轉過的角度（rad）。手腕回轉所需的總的阻力矩相當于上述三項之和，即：設抓取一根軸，其直徑 D=100mm,長度 l=500mm,m1=50kg,當手抓夾持在工件中間位 置回轉 180o，將手抓、手抓驅動液壓缸和回轉液壓缸轉動件等效為一個圓柱體，長 h=150mm,半徑為 50mm，其所受重力為 G，啟動過程所轉過的角度φ啟=0.314rad,等速 轉動角速度ω=2.616rad/s。圓柱體重力 因為手抓夾持在工件中間位置，所以工件重心到手腕回轉軸線的垂直距離為 0，即 e 等于 0，所以 M 偏=G1e=0。由于又因為 所以即 3．8．4 腕部工作壓力計算 表 2 標準液壓缸內徑系列（JB826-66）20 70 110 25 75 125 32 80 130 40 85 140 50 90 160 55 95 180 63 100 200 65 105 250

設定腕部的部分尺寸： 根據上表設缸體內孔半徑 R=55 mm,外徑選擇 133mm,考慮到實 際裝配問題后，其外徑為 180mm，動片寬度 b=66mm,輸出軸半徑 r=22.5mm。表 3 標準液壓缸外徑系列（JB1068-67）液壓缸內徑 20 鋼 P≤160MPa 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200

168 146 180 194 219 245

鋼 P≤200 MPa 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 由于實際回轉液壓缸所產生的驅動力矩必須大于總的阻力矩 M 總力矩，即：

式中 M 總力矩——手腕回轉時的總的阻力矩（N.m）P——回轉液壓缸工作壓力（Mpa）R——缸體內孔半徑（mm）r——輸出軸半徑（mm）b——動片寬度（mm）所以 所以腕部回轉液壓缸主要參數為： 工作壓力 P 1MPa 缸體內徑 R 110mm 輸出軸半徑 r 22.5mm 回轉力矩 M 13.1N.m 動片寬度 b 66mm

3．8．5 液壓缸蓋螺釘計算 表 4 螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關系 工作壓力 P（MPa）0.5~1.5 1.5~2.5 2.5~5.0 5.0~10.0 螺釘的間距 t(mm)

直徑（mm）FQs′——動片和輸出軸間聯接螺釘的預緊力（N）b——動片寬度（mm）P——回轉液壓缸工作壓力（Pa）螺釘的強度條件為：螺釘材料選擇 Q235,取σs=240MPa,則即動片和輸出軸間聯接螺釘的直徑選擇 d1=6mm,選擇 M6 的開槽盤頭螺釘。式中［σ］——螺釘材料的許用拉應力（MPa）d 1——螺釘的直徑（mm）

3．9 機械手臂部設計計算

3．9．1 臂部設計的基本要求

（1）臂部應承載能力大、剛度好、自重輕

（2）臂部運動速度要高，慣性要小

（3）手臂動作應該靈活

（4）位置精度要高 3．9．2 臂部的結構選擇 常見的手臂伸縮機構由以下五種：

（1）雙導向桿手臂伸縮機構手臂的伸縮缸安裝在兩根導向桿之間，由導向桿承受彎曲作用，活塞桿均受拉 壓，故受力簡單傳動平穩。

（2）雙層液壓缸空心活塞桿單桿導向機構 其特點是工作液壓缸容積小、運動速度快、外形整齊、活塞桿直徑大、增加 手臂剛性。

（3）采用花鍵套導向的手臂升降機構 內部導向，活塞桿直徑大、剛度大、傳動平穩，花鍵軸端部的定位裝置值得注 意，必須保證手臂安裝在正確的初始設計位置上。

（4）雙活塞桿液壓缸結構 活塞桿速度先慢后快，是用短液壓缸實現大行程的結構。

（5）活塞桿和齒輪齒條機構 手臂的回轉運動是通過齒輪齒條機構實現的，齒條的往復運動帶動與手臂聯接 的齒輪做往復回轉而使手臂左右擺動。通過以上，綜合考慮，本設計選擇雙向導向桿手臂伸縮機構，使用液壓驅動，液 壓缸選取雙作用液壓缸。3．9．3 手臂伸縮驅動力計算 伸縮液壓缸活塞驅動力的計算公式為： F 驅=F 摩+F 密+F 回+F 慣 式中 F 摩——手臂運動時，為運動件表面間的摩擦阻力。F 密——密封裝置處的摩擦阻力。F 回——液壓缸回油腔低壓油液所造成的摩擦阻力。F 慣——啟動或制動時，活塞桿所受平均慣性力。

（1）F 摩的計算 經計算 式中 G 總——參與運動的零部件所受的總重量（N）。L——手臂參與運動的零部件的總重量的重心到導向支撐前端的距離（mm）a—— 導向支撐的長度（mm）μ′——當量摩擦系數，其值與導向支撐的截面形狀有關。對于圓柱面：μ——摩擦系數，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取

μ=0.1~0.15 鋼對鑄鐵：取μ=0.18~0.3 計算： 導向桿的材料選擇鋼、導向支撐選擇鑄鐵，L=700mm,導向支撐 a=420mm,帶入數據得：

（2）F 慣的計算 經計算

式中Δv——由靜止加速到常速的變化量（mm/s）。Δt——啟動過程時間（t），一般取 0.01s~0.5s。手臂啟動速度Δv=83mm/s,啟動時間Δ

t=0.02s,g=9.8N/kg,帶入數據得：

（3）F 密的計算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設計中，采用 O 型密

封圈，當液壓缸工作壓 力小于 10MPa 時，液壓缸密封處的總的摩擦阻力為：F 密=0.03F 驅

（4）F 回的計算 一般背壓阻力較小，為了計算方便，將其省略。經過以上分析計算，液壓缸的驅動力為： F 驅=F 摩+F 密+F 回+F 慣=3640+0.03 F 驅

+338.8 所以手臂伸縮驅動力 F 驅= 4102N 3．9．4 手臂伸縮液壓缸參數計算 經過上面計算，確定了液壓缸的驅動力 F P=1MPa。

（1）液壓缸內徑計算

驅= 4102N，因此選擇液壓缸的工作壓力當油進入無桿腔： 當油進入有桿腔： 所以式中 F 驅—— 手臂伸縮液壓缸驅動力（N）

D ——液壓缸內徑（mm）d——活塞桿直徑（mm）η——液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取η=0.95 P1——液壓缸的工作壓力（MPa）帶入數據得： 根據液壓缸內徑系列（JB826-66）,選取液壓缸的內徑為：D=80mm

（2）活塞桿直徑計算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度的要求，對于桿長 l 大于 直徑 15 倍（l>15d）的活塞桿，還必須具有足夠的穩定性。按強度條件決定活塞桿直徑 d 按拉壓強度計算：

設活塞桿材料為碳鋼，碳鋼［σ］=100~120 MPa,取［σ］=100 MPa 即 表 5 活塞桿直徑系列（JB826-66）18 40 75 5 20 45 80 5 22 50 85 8 25 55 90 10 28 60 95 12 30 63 14 32 65 16 35 70

根據活塞桿直徑系列（JB826-66）選取活塞桿直徑 d=8mm。所以手臂伸縮液壓缸主要參數為：液壓缸內徑 D 80mm 工作壓力 P 1MPa 活塞桿直徑 d 8mm 驅動力 F 4720N

3．10 機身升降機構計算

3．10．1 手臂偏重力矩的計算

圖 5 手臂各部件重心位置圖 設 所以 設

所以偏轉力矩 式中ρ——重心到回轉軸線的距離(mm)3．10．2 升降導向立柱不自鎖條件 手臂在 G 總的作用下有向下的趨勢，而立柱導套則防止這種趨勢。由力平衡條件得：

所謂不自鎖條件為：

即因此在設計中必須考慮到立柱導套長度大于 391mm。式中 f——摩擦系數 h——立柱導套的長度 3．10．3 手臂升降驅動力的計算 由手臂升降驅動力的公式得： F 驅=F 摩+F 密+F 回+F 慣±G 總

（1）F 摩的計算

所以

（2）F 慣的計算 經計算 式中Δv——由靜止加速到常速的變化量(mm/s)。Δt——啟動過程時間(t),一般取 0.01s~0.5s。

手臂啟動速度Δv=83mm/s,啟動時間Δt=0.02s,g=9.8N/kg,帶入數據得：

（3）F 密的計算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂設計中，采用 O 型密封圈，當液壓缸工 作壓力小于 10MPa 時，液壓缸密封處的總的摩擦阻力為：F 密=0.03F 驅

（4）F 回的計算 一般背壓阻力較小，為了計算方便，將其省略。經過以上分析計算，液壓缸的驅動力為：所以當液壓缸向上驅動時 當液壓缸向下驅動時

3．10．4 手臂升降液壓缸參數計算 經過上面計算，確定了液壓缸的驅動力 F 驅，因此選擇液壓缸的工作壓力 P=1MPa,為 了滿足要求，此時取 F 驅=1999.2N 進行計算。

（1）液壓缸內徑計算：當油進入無桿腔：當油進入有桿腔：液壓缸的有效面積：所以式中 F 驅——手臂升降液壓缸驅動力(N)D——液壓缸內徑(mm)d——活塞桿直徑(mm)η——液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取η=0.95 P1——液壓缸的工作壓力(MPa)帶入數據得： 根據液壓缸內徑系列（JB826-66），選取液壓缸的內徑為：D=55mm

（2）活塞桿直徑計算 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強度的要求，對于桿長 l 大于直 徑 15 倍（l>15d）的活塞桿，還必須具有足夠的穩定性。按強度條件決定活塞桿直徑 d 按拉壓強度計算：設活塞桿材料為碳鋼，碳鋼［σ］=100MPa 即根據活塞桿直徑系列（JB826-66）選取活塞桿直徑 d=6mm 所以手臂升降液壓缸主要參數為：工作壓力 P 1MPa 液壓缸內徑 D 55mm 活塞桿直徑 d 6mm 驅動力 F 1999.2N

3．11 機身回轉機構的計算

3．11．1 手臂回轉液壓缸驅動力矩計算 手臂回轉液壓缸驅動力矩

（1）M 慣的計算 回轉部件可以等效一個高 1500mm,半徑為 60mm 的圓柱體，圓柱體重量為 G 總=800N，M 驅=M 慣+M 密+M 回設啟動角速度

Δω=0.314rad/s,啟動時間Δt=0.1s。所以

（2）M 密與 M 回的計算 為了計算方便，密封處的摩擦阻力矩 M 密=0.03M 驅，由于回油背差一般非常的小，故 在這里忽略不計，即 M 回=0。因此 3．11．2 手臂回轉液壓缸參數計算 設 b=60mm,液壓缸工作壓力 P=4MPa,d=50mm,則由 得 所以取液壓缸內徑為 140mm 式中 D——液壓缸內徑(mm)P——回轉液壓缸工作壓力(MPa)b——動片寬度(mm)d——輸出軸與動片聯接處的直徑(mm)所以手臂回轉液壓缸主要參數為：

工作壓力 P 4MPa

液壓缸內徑 D 140mm

動片寬度 b 60mm

輸出軸直徑 d 50mm

驅動力矩 M 476N.m

3．11．3 液壓缸蓋螺釘計算 由表 4 可以看出螺釘間距 t 與壓力 P 之間的關系： T 為螺釘的間距，間距跟工作壓力有關，每個螺釘在危險剖面上承受的拉力為： FQs=FQ+ FQs FQ 為工作載荷，FQs為預緊力 液壓缸工作壓力為 P=4MPa,所以螺釘間距 t 小于 100mm,試選擇 8 個螺釘所以選擇螺釘數目合適 Z=8 個，危險截面面積所以 螺釘的強度條件為：式中 D——動片外徑(mm)［σ］——螺釘材料的許用應力(MPa)d 1——螺釘螺紋內徑(mm)螺釘材料選擇 Q235，取σs=240MPa,則即螺釘的直徑選擇 d1=14mm 經過以上的計算，需要螺釘來聯接，最終確定液壓缸的截面尺寸，內徑為 140mm,外 徑為 240mm，輸出軸直徑為 50mm。3．11．4 動片和輸出軸之間的聯接螺釘由得式中 f——被聯接件配合面間的摩擦系數，鋼對銅取 f=0.15 D——動片外徑(mm)d——動片與輸出軸配合處直徑(mm)FQs——動片和輸出軸間聯接螺釘的預緊力(N)b——動片寬度(mm)P——回轉液壓缸工作壓力(Pa)

結論

通過此次畢業設計，使我了解了機械手的很多相關知識，使我了解了當前國內外 在此方面的一些先進生產和制造技術，了解了機械手設計的一般過程，通過對機械手 的結構設計作了系統的分析，掌握了一定的機械設計方面的知識，為以后的工作學習奠定了基礎。本次畢業設計只是對機械手的手部、腕部、臂部以及機身做了系統的設計計算，設計中沒有涉及到機械手的控制問題，對這方面有點模糊，需要在以后的工作學習中 了解和掌握，由于經驗知識水平的局限，設計難免有不到之處，望老師見量、指正。

致謝

非常感謝學院領導和老師給我提供了這次良好的深入學習的機會和寬松的學習環境，通過這次畢業設計，不但使我將大學期間所學的專業知識再次回顧學習，而且 也使我學到了專業領域中一些前沿的知識。非常感謝在本次設計中曾給予我耐心指導 和親切關懷的老師以及幫助過我的同學，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢 業設計過程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學識和為人也深深地影響著 我，在此，請允許我再次向曾經給予我多次指導的導師表示最忠誠的敬意！

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參 考 文 獻

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[5]蔡自興.機器人原理及其應用.長沙：中南工業大學出版社，1988

[6]馮香峰.機器人機構學.北京：機械工業出版社，1991

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[8]天津大學編.工業機械手設計基礎.天津：天津人民出版社，1980

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[10]孫恒 陳作模 葛文杰.機械原理.北京：高等教育出版社，2006

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