2022年机械手控制PLC设计 .pdf

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1、安徽机电职业技术学院毕业论文机械手控制系统的PLC 设计系 （部）电气工程系专业机电一体化班级机电 3082班姓名裴文佩学号 1302083119指导教师赵光艺2010 2011 学年第一 学期精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 27 页安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目机械手控制系统的PLC 设计学生姓名裴文佩学号1302083119 指导教师赵光艺系部电气工程系班级机电 3082 班顺序号第 1 次学生完成毕业论文（设计）内容情况11 月 16 日确定论文题目：“机械手控制系统的PLC设计” , 并咨

2、询了指导教师，经老师同意后进行论文的前期准备工作。学生签名：时间： 2010年 11 月 16 日教师指导内容记录教师签名：时间：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 27 页安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目机械手控制系统的PLC 设计学生姓名裴文佩学号1302083119 指导教师赵光艺系部电气工程系班级机电 3082 班顺序号第 2 次学生完成毕业论文（设计）内容情况11 月 17-18 日搜集资料：上网查找并整理有关资料, 到图书馆查书关于机械手控制系统和PLC设计的相关资料和图片。学生签名：

3、时间： 2010年 11 月 18 日教师指导内容记录教师签名：时间：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 27 页安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目机械手控制系统的PLC 设计学生姓名裴文佩学号1302083119 指导教师赵光艺系部电气工程系班级机电 3082 班顺序号第 3 次学生完成毕业论文（设计）内容情况11 月 19-20 日向指导老师咨询有关论文的格式、内容和要注意的地方，并开始进行论文的电子档的写作。学生签名：时间： 2010年 11 月 20 日教师指导内容记录教师签名：时间：年月日

4、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 27 页安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目机械手控制系统的PLC 设计学生姓名裴文佩学号1302083119 指导教师赵光艺系部电气工程系班级机电 3082 班顺序号第 4 次学生完成毕业论文（设计）内容情况11 月 21-27 日完成论文的电子档，并进行了初步的修改和完善。学生签名：时间： 2010年 11 月 27 日教师指导内容记录教师签名：时间：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 27

5、页安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目机械手控制系统的PLC 设计学生姓名裴文佩学号1302083119 指导教师赵光艺系部电气工程系班级机电 3082 班顺序号第 5 次学生完成毕业论文（设计）内容情况11 月 28 日把论文的电子档发给指导老师审阅，在指导老师的帮助下对论文进行再次修改。学生签名：时间： 2010年 11 月 28 日教师指导内容记录教师签名：时间：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 27 页安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目机械手控制系统的PLC 设计学生姓名

6、裴文佩学号1302083119 指导教师赵光艺系部电气工程系班级机电 3082 班顺序号第 6 次学生完成毕业论文（设计）内容情况11 月 30 日获指导老师许可，将论文打印出来。学生签名：时间： 2010年 11 月 30 日教师指导内容记录教师签名：时间：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 27 页摘 要在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展 , 自动化已经成为现代企业中的重要支柱, 无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，

7、如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。本文采用三菱公司的FX2N系列 PLC ，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械

8、抓手等；电气方面由交流电机、变频器、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，来控制机械手完成各种规定动作，从而简化了控制线路，达到节省成本，提高劳动生产率的目的。关键词 ：机械手 PLC 控制目 录目 录 . 第一章可编程控制 PLC . . 11.1 PLC简介. 1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 27 页1.2 PLC内部原理 . 2 1.3 PLC的工作原理 . 51.4 PLC机型的选择方法 8第二章机械手简况 . 102.1 搬运机械手的应用简况 . 10 2.2 机械手的应用意义 . 11

9、 2.3 机械手的发展简况 . 11 2.4 机械手的发展趋势 . 12 第三章 机械手控制系统的设计 . 143.1 控制系统的 PLC设计内容 . 14 3.2 PLC的程序设计 . 153.2 PLC的程序调试 18参考文献 . 20精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 27 页第一章可编程控制 PLC1.1 PLC 简介自 二 十 世 纪 六 十 年 代 美 国 推 出 可 编 程 逻 辑 控 制 器 （ Programmable Logic Controller，PLC ）取代传统继电器控制装置以来，PLC 得到了快

10、速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC 的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC 不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20% 30% 。随着工厂自动化程度的不断提高和 PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004 年全球 P

11、LC的销售收入为 100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。PLC 是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC 只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC 的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC 的 CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为 END

12、指令），然后再返回起始步循环运算。PLC 每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC ，循环扫描周期在1 微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1 毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16 位（也有 32 位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同 I/O 点数的系统，用PLC 比用 DCS ，其成本要低一些（大约能省40% 左右）。 PLC 没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC 的控制器，可以接

13、收几千个I/O点（最多可达8000 多个I/O ）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。 PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 27 页近 10 年来，随着 PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC 进行控制， PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC 在我国仍将保持高速增长势头。通用 PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，

14、但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制 PLC取代嵌入式控制器1.2 PLC 内部原理PLC 实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一体化的，其硬件的基本结构如图1 所示。图 1 PLC 硬件的基本结构图（1）中央处理单元（ CPU ）中央处理单元（ CPU ）是 PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能，接受并存储从编程器键入的用户程序和数据，检查电源、存储器、I/O以及警戒定编程器中央处理单元（CPU）输入电路输出电路系 统 程 序 存 储 区用 户 程 序

15、 存 储 区电源精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 27 页时器的状态，并能检查用户程序的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区 , 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务。并将逻辑或算术运算等结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕以后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行为止。（2）存储器与微型计算机一样，除了硬件以外

16、，还必须有软件。才能构成一台完整的PLC 。PLC 的软件分为两部分 : 系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。PLC存储空间的分配：虽然大、中、小型 PLC 的 CPU的最大可寻址存储空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区，系统 RAM 存储区（包括 I/O 映象区和系统软设备等）和用户程序存储区。A. 系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造厂商将其固化在 EPROM 中，用户不能够直接存取。它和硬件一起决定了该PLC

17、的各项功能。B. 系统 RAM 存储区系统 RAM存储区包括 I/O 映象区以及各类软设备（例如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）存储区。（A）I/O 映象区由于 PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要有一定数量的存储单元（ RAM ）以供存放 I/O 的状态和数据，这些存储单元称作I/O 映象区。一个开关量 I/O 占用存储单元中的一个位（bit ）, 一个模拟量 I/O 占用存储单元中的一个字（ 16 个 bit) 。因此，整个 I/O 映象区可看作由开关量的I/O 映象区和

18、模拟量的I/O 映象区两部分组成。（B）系统软设备存储区除了 I/O 映象区以外，系统 RAM存储区还包括PLC 内部各类软设备（逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 27 页内部的锂电子供电。使这部分存储单元内的数据得以保留；后者当PLC 停止运行时，将这部分存储单元内的数据全部置“零”。C用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC其存储容量各不相

19、同，一般来说，随着PLC 机型增大其存储容量也相应增大。不过对于新型的PLC ，其存储容量可根据用户的需要而改变。D常用的 I/O 分类常用的 I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC 、110VAC 、24VDC ，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA ）、电压型（ 0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用 I/O 外，还有特殊 I/O 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受CPU所能管

20、理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。（3）PLC电源PLC电源在整个系统中起着十分重要的作用。无论是小型的PLC ，还是中、大型的 PLC ，其电源的性能都是一样的，均能对PLC 内部的所有器件提供一个稳定可靠的直流电源。一般交流电压波动在正负10% （15% ）之间，因此可以直接将PLC接入到交流电网上去。可编程序控制器一般使用220V交流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。某些可编程序控制器可以为输入电路和少量的外部电子检测装置（如接近开关）提供24V 直流电源。驱动现场执行机构的电源一般由用户提供。可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，

21、它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 27 页1.3 PLC 的工作原理可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN ）状态与停止（ STOP ）状态，如图2 所示。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复

22、执行，直至可编程序控制器停机或切换到 STOP 工作状态。图 2 扫描过程除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可如上图编程序控制器还要完成，内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5 个阶段。可编程序控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入 - 输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。在内部处理联合阶段。可编程序控制器检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当可编程序控制器处于停止（STOP ）状

23、态时，只执行以上的操作。可编程序控制起处于（RUN ）状态时，还要完成另外3 个阶段的操作。在可编程序控制器的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。可编程序控制器梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接通/ 断开（ ON/OFF ）状态读入输入寄存器。外接的输入触点电路接通时，对应的输入映像寄存器为“1”状态，梯形图中对精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 27 页应的输入继电器的常

24、开触点接通，常闭触点断开。外接的输入触点电路断开，对应的输入映像寄存器为“ 0”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序的执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0/1 状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算结果写入到对应的元件映

25、像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。在输出处理阶段， CPU 将输出映像寄存器的0/1 状态传送到输出锁存器。体型图某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“1”状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出继电器线圈断电对应的输出映像寄存器为“0”状态，在输出处理阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。某一编程元件对应的映像寄存器为“1”状态时，称该编程元件为 ON ，映像寄存器为“

26、0”状态时，称该编程元件为OFF 。扫描周期可编程序控制器在RUN工作状态时，执行一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1100ms 。指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等。如图 3 所示。图 3 PLC的扫描运行方式第(N-1) 个扫描周期输出刷新第(N+1)个扫描周期输入采样第 N 个扫描周期输入采样输出刷新用户程序执行精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 27 页（1

27、）输入采样阶段在输入采样阶段， PLC以扫描方式依次读入所有的数据和状态它们存入 I/O映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入数据和状态发生变化I/O映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号，它的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC的 CPU总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统RAM存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如：算术运算、数据处

28、理、数据传达等。（3）输出刷新阶段在输出刷新阶段， CPU按照 I/O 映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存电路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是PLC真正的输出。(4) 输入/ 输出滞后时间输入/ 输出滞后时间又称系统响应时间，是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。输入模块的CPU滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作是产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为10ms左右。输

29、出模块的滞后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般在10ms 左右；双向可空硅型输出电路在负载接通时的滞后时间约为1ms ，负载由导通到断开时的最大滞后时间为10ms ；晶体管型输出电路的滞后时间约为1ms 。由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达到两个多扫描周期。可编程序控制器总的响应延迟时间一般只有几十ms ，对于一般的系统是无关紧要的。要求输入输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的可编程序控制器或采取其他措施。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 27 页1.4 PLC 机型的选择方法1.

30、PLC 的类型PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。2. 输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的

31、输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O 机架等。3. 电源的选择PLC 的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC 应根据产品说明书要求设计和选用外，一般 PLC的供电电源应设计选用220VAC 电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC 本身带有可使用电

32、源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC ，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。4. 存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用工程的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256 个 I/O 点至少选 8K 存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。5. 冗余功能的选择a控制单元的冗余（1）重要的过程单元： CPU （包括存储器）及电源均应1B1冗余。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - -

33、-第 17 页，共 27 页（2）在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2 重化或 3重化冗余容错系统等。b I/O接口单元的冗余（1）控制回路的多点I/O 卡应冗余配置。（2）重要检测点的多点I/O 卡可冗余配置。 3）根据需要对重要的I/O 信号，可选用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口单元。第二章机械手简况2.1 搬运机械手的应用简况在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身

34、外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50 件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面：1. 热加工方面的应用热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件

35、、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。2. 冷加工方面的应用冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。3. 拆修装方面拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 27 页缸、装卸轴箱、组装轮对

36、、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。2.2 机械手的应用意义在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：1. 可以提高生产过程的自动化程度应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。2. 可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低

37、温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3. 可以减少人力，便于有节奏地生产应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。综上所述，有效地应用机械手

38、是发展机械工业的必然趋势。1.3.3机械手的发展简况与发展趋势2.3 机械手的发展简况专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大。早在 40 年代，随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机

39、械手。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 27 页5060 年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(Unimate) 机械手即属于这种类型。6070 年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。80-90 年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。90 年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。90 年代以后

40、，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。总之，目前机械手的主要经历分为三代：第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell

41、)中重要一环。2.4 机械手的发展趋势目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高

42、精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 27 页些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某

43、些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发

44、展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。到1995 年，全世界约有50% 的汽车由机械手装配。现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。第三章机械手控制系统设计3.1 控制系统的 PLC设计内容1. 控制系统的设计要求：按启动按钮，输送带A 连续运行，机械手上升到位撞H1 ，停止上升左旋，到位撞 H2 ，停止左旋下降，到位撞H3 ，停止下降接通输送带B，移动零件零件通过检测器H6，输送带 B 停止机械手抓零件，抓紧撞H4 上升，到位撞H1 ，停止上升右旋，到位撞H5 停止右旋下降，到位撞H3，停止下降将零件放在输送带 A

45、上延时 5 秒上升，再次循环。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 27 页图2. 输入输出控制：输入输出X0 SB1 启动G 上升Y1 X1 H1 上限位K 下降Y2 X2 H2 左限位E 左旋Y3 X3 H3 下限位F 右旋Y4 X4 H4 抓紧限位C 抓紧Y5 X5 H5 右限位D 放松Y6 X6 H6 零件检测B 输 送 带B Y7 X7 SB2 停止A 输 送 带A Y10 3.1 程序设计1. 功能图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 27

46、页图2. 梯形图H6 H4 H1 H5 H3 H3 4 3 5 下降右旋7 6 上升抓紧下降精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 27 页图3. 指令表0 LD X000 OR Y010 OUT Y010 3 LD X000 OR X004 OR T0 OR Y001 ANI X001 ANI X007 OUT Y001 10 LD X001 OR Y003 OR Y004 ANI X002 MPS ANI M1 OUT Y003 MPP AND M1 ANI X005 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师

47、归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 27 页OUT Y004 21 LD X002 OR X005 OR Y002 ANI Y007 ANI X003 OUT Y002 27 LD X003 OR Y007 OR M0 ANI X006 MPS ANI M1 OUT Y007 MPP AND M1 OUT M0 37 LD M0 OR Y006 MPS ANI Y001 OUT Y006 MPP ANI Y001 OUT T0 K50 46 LD X006 OR Y005 ANI X004 OUT Y005 51 LD X006 精选学习资料 - - - - - - - -

48、- 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 27 页 OR M1 OUT M1 54 END 3.3 程序调试将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。我们在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通/ 断状态用 PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载 (如接触器、电磁阀等 ) 。根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，我们检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步

49、是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。在调试时我们充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都逐一检查。发现问题后及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。在设计和模拟调试程序的同时，设计、制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程循序渐进，从

50、PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。不符合要求时，对硬件和程序作调整，修改部分程序。全部调试完毕后，交付试运行。参考文献1 王炳实 . 机床电气控制 . 第三版 . 北京：机械工业出版社，2004 年2 王本轶 . 机床设备控制基础 . 北京：机械工业出版社，2005 年3 丁树模 . 液压传动 . 北京：机械工业出版社，2007 年4 林平勇 . 高崇. 电工电子技术 . 第二版：北京：高等教育出版社，2004 年精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 27 页5 熊幸明 . 曹才开 . 一种