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1、 摘要 機(jī)械手是工業(yè)控制和加工中經(jīng)常用到的執(zhí)行部件，具有能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境、效率高、安全穩(wěn)定和可進(jìn)行高強(qiáng)度工作的優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化生產(chǎn)線上有廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效的辦法；控制機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、 裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。機(jī)械手是能夠模仿人體上肢的部分功能，可以

2、對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。 自上世紀(jì)六十年代，PLC設(shè)計(jì)的機(jī)械手被實(shí)現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對(duì)它的開(kāi)發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展，它可以在減輕繁重的體力勞動(dòng)、改善勞動(dòng)條件和安全生產(chǎn)；提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力等方面起到及其重要的作用。 關(guān)鍵字：機(jī)械手 PLC 現(xiàn)代工業(yè) 目 錄 摘要 第1章 概述 1.1 課題設(shè)計(jì)意義 1.2 控制系統(tǒng)介紹 1.3機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟................

3、...................... 第2章 硬件設(shè)計(jì) 2.1控制系統(tǒng)I/O分配表 2.2 控制系統(tǒng)外部接線圖 第3章 軟件設(shè)計(jì) 3.1控制系統(tǒng)流程圖 3.2控制系統(tǒng)梯形圖 第4章 軟件及硬件調(diào)試 心得體會(huì) 參考文獻(xiàn) 第1章 概 述 1.1 課題設(shè)計(jì)意義 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。 機(jī)械手的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)，其一，它能部分地代替人的勞動(dòng)并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成

4、工件的傳送。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因此，受到各先進(jìn)單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近代幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門(mén)的重視。 1.2 控制系統(tǒng)介紹 在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，經(jīng)常用機(jī)械手完成工件的取放操作，如圖1-1是一機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖，其任務(wù)就是將傳送帶A上的物體搬送到傳送帶B上。機(jī)械手的每次循環(huán)動(dòng)作均從原位開(kāi)始。機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示： 圖1-1 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 機(jī)械手工作過(guò)程示意圖如

5、圖1-2所示： 原位 下降 夾緊 上升 右移 左移 上移 放松 下降 圖1-2機(jī)械手工作過(guò)程示意圖 1.3 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 根據(jù)工藝要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作,確定這些動(dòng)作之間的關(guān)系及完成這些動(dòng)作的順序。(2)分配輸入、輸出設(shè)備,即確定哪些外圍設(shè)備是送信號(hào)給PLC的,哪些外圍設(shè)備是接收來(lái)自PLC的信號(hào)的,同時(shí)還要將PLC的輸入、輸出點(diǎn)與之一一對(duì)應(yīng),對(duì)I/O進(jìn)行分配。在此基礎(chǔ)上確定PLC的選型。(3)根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和所選PLC的I/O點(diǎn)的情況及高功能模塊的情況,設(shè)計(jì)PLC用戶

6、程序,此時(shí)可采用梯形田、助記符或流程圖語(yǔ)言形式的用戶程序。PLC的用戶程序體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系,編程時(shí)可用編程器或計(jì)算機(jī)直接編程、修改,同時(shí)也可對(duì)PLC的工作狀態(tài)、特殊功能進(jìn)行設(shè)定。(4)對(duì)所設(shè)計(jì)的PLC程序進(jìn)行調(diào)試和修改,直至PLC完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的控制功能。(5)保存已完成的程序。 第二章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC硬件設(shè)計(jì)是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)重要進(jìn)行輸入設(shè)備的選擇（如控制按鈕、開(kāi)關(guān)、檢測(cè)裝置及計(jì)量保護(hù)裝置的輸入信號(hào)等），還有執(zhí)行元件的選擇

7、以及控制臺(tái)、柜的設(shè)計(jì)等。硬件設(shè)計(jì)還包括PLC輸入/輸出通道的分配，為便于程序設(shè)計(jì)和閱讀，常作出I/O通道分配表，表中包括有I/O編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱及功能等。機(jī)械手控制系統(tǒng)電器原理圖。 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。可根據(jù)應(yīng)用要求，合理選用

8、智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。考慮是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。 考慮到機(jī)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，采用PLC作為核心控制器，各控制對(duì)象都必須在PLC的統(tǒng)一控制下協(xié)同工作，所以PLC可采用西門(mén)子S7-200，S7-200系列是一類可編程邏輯控制器（Micro PLC）。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動(dòng)化控制需要。 2.1控制系統(tǒng)I/O分配表 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的生產(chǎn)控制要求，經(jīng)過(guò)認(rèn)真的研究考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)I/O分配表如下表2.1所示:

9、 表2.1 輸 入 輸 出 上限位開(kāi)關(guān) SQ1 I0.0 上行電磁閥 Q0.0 下限位開(kāi)關(guān) SQ2 I0.1 下行電磁閥 Q0.1 左限位開(kāi)關(guān) SQ3 I0.2 左行電磁閥 Q0.2 右限位開(kāi)關(guān) SQ4 I0.3 右行電磁閥 Q0.3 抓緊限位開(kāi)關(guān)SQ5 I0.4 抓緊電磁閥 Q0.4 光電開(kāi)關(guān)PS I0.5 放開(kāi)電磁閥 Q0.5 啟 動(dòng) 按鈕SB1 I0.6 傳送帶A的電動(dòng)機(jī)接觸器 Q0.6 停止按鈕 SB2 I0.7

10、 2.2 控制系統(tǒng)外部接線圖 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的生產(chǎn)控制要求，經(jīng)過(guò)認(rèn)真的研究考慮，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的外部接線圖如圖2-1所示: 控制系統(tǒng)的外部接線圖2-1 第 3 章 系 統(tǒng) 軟 件 設(shè) 計(jì) 軟件設(shè)計(jì)主要是指編寫(xiě)工藝流程圖，即將整個(gè)流程分解為若干步，確定

11、每步的控制要求及轉(zhuǎn)換條件，配合定時(shí)、計(jì)數(shù)、分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)及某些特殊功能指令便可完成滿足機(jī)械手控制系統(tǒng)生產(chǎn)要求的梯形圖的設(shè)計(jì)。 3.1 控制系統(tǒng)流程圖 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的生產(chǎn)控制要求，經(jīng)過(guò)認(rèn)真的研究和考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如圖3-1所示： 3-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 3.2控制系統(tǒng)梯形圖 根據(jù)控制系統(tǒng)生產(chǎn)要求以及機(jī)械手工作流程圖（圖3-1所示）經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究和考慮，控制系統(tǒng)的系統(tǒng)梯形圖如圖3-2所示：

12、 控制系統(tǒng)梯形圖3-2 (1)在機(jī)械手上、下、左、右行走的控制中，使用了一個(gè)軟件聯(lián)鎖觸電，替代了SM0.0。 (2) M0.0是一個(gè)選擇邏輯，其功能如上圖中網(wǎng)絡(luò)1所示，它相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)光，控制著系統(tǒng)是進(jìn)行單周期操作還是循環(huán)操作。 第 4 章 軟件及硬件調(diào)試 根據(jù)控制系統(tǒng)的硬件及軟件的設(shè)計(jì)最后對(duì)本控制

13、系進(jìn)行整體性的操作控制調(diào)試：首先用電腦在STEP-7-Micro/WIN編程軟件中將編輯的梯形圖寫(xiě)入軟件中，然后點(diǎn)擊運(yùn)行并對(duì)其指出的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，修改完最終運(yùn)行無(wú)誤后將其下載到可編程控制儀器中；其次按照設(shè)計(jì)的要求接好線，確定無(wú)誤后按下啟動(dòng)按鈕。啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)上行、下行、左行、右行燈均同時(shí)亮且一直亮著，這樣就不符合設(shè)計(jì)中每個(gè)動(dòng)作依次有序進(jìn)行操作的要求，務(wù)必對(duì)其進(jìn)行修正。在這種情況下我采取了以下方案： 方案一：在沒(méi)有確定設(shè)備是否曾在問(wèn)題的情況下，首先我們對(duì)設(shè)備進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不曾在任何問(wèn)題，在這種情況下我選擇了再一次用先前的步驟來(lái)完成整個(gè)過(guò)程以確定初次的接線過(guò)程是否有誤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運(yùn)行的

14、結(jié)果和先前一樣出現(xiàn)燈均亮。這樣方案一就以失敗告終。 方案二：通過(guò)對(duì)程序的再三檢查后，發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)語(yǔ)法上的錯(cuò)誤。會(huì)不會(huì)是運(yùn)行的速度太快而出現(xiàn)一個(gè)周期接一個(gè)周期的快速運(yùn)行呢？在帶著這個(gè)問(wèn)題的情況下把程序的每個(gè)動(dòng)作網(wǎng)絡(luò)多家了一個(gè)stop指令加以驗(yàn)證，然后將程序?qū)懭隨TEP-7-Micro/WIN編程軟件中運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果顯示沒(méi)有錯(cuò)誤；再下載到可編程控制儀后接好線按下啟動(dòng)按鈕，發(fā)現(xiàn)指示燈會(huì)按照設(shè)計(jì)動(dòng)作的要求依次亮起而且程序也能按照設(shè)計(jì)的要求完成指定的單周期和多周期操作。這樣利

15、用方案二就完成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的調(diào)試。 心 得 體 會(huì) 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)PLC的梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好地了解，也讓我進(jìn)一步了解了關(guān)于PLC設(shè)計(jì)原理，因?yàn)橛泻芏嘣O(shè)計(jì)理念來(lái)源于實(shí)際，從實(shí)際問(wèn)題中找出最合適的設(shè)計(jì)方法。這次的課程設(shè)計(jì)給予了我不同的學(xué)習(xí)方法和體驗(yàn)，讓我深刻的認(rèn)識(shí)到實(shí)踐的重要性，在以后的學(xué)習(xí)和工作過(guò)程中，我會(huì)更加注重鍛煉自己的操作能力和應(yīng)變能力。過(guò)這次機(jī)械手設(shè)計(jì)讓我知道了現(xiàn)代企業(yè)在完成自動(dòng)化控制中離不開(kāi)PLC的控制，它可以使企業(yè)在生產(chǎn)的同時(shí)減少勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本。目前我國(guó)很多地區(qū)的企業(yè)

16、整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備還比較落后且大部分工序都是通過(guò)人工來(lái)完成的，而機(jī)械手成本比較低且操作簡(jiǎn)單很適合中小企業(yè)的發(fā)展要求。但隨著科技不斷進(jìn)步我相信多功能復(fù)雜的機(jī)械手將會(huì)在不久的將來(lái)出現(xiàn)，所以在今后的學(xué)習(xí)和生活中我們還要不段的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，只有這樣才能設(shè)計(jì)出更符合現(xiàn)代社會(huì)所需求的產(chǎn)品。 在老師和同學(xué)的幫助下，使我能夠成功的完成這次設(shè)計(jì)并對(duì)電氣控制與PLC應(yīng)用這門(mén)課有了更深入的了解，同時(shí)也認(rèn)識(shí)到自己的不足之處，以后能夠更好的改正。在此，對(duì)老師和幫助我的同學(xué)說(shuō)聲謝謝！最后，衷心祝愿老師身體健康、萬(wàn)事如意。 參 考 文 獻(xiàn) 1. 張利平 液壓與氣壓設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2007 2. 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)氣壓傳動(dòng)單行本 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2010 3. 王啟義 中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典（電子版） 北京：中國(guó)機(jī)械工業(yè)學(xué)會(huì).2008 4. 程志紅 機(jī)械設(shè)計(jì) 南京：東南大學(xué)出版社.2006 5. 許褔玲 陳堯明 液壓與氣壓傳動(dòng) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2007 6. 徐炳輝 氣動(dòng)手冊(cè) 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.2007