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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)過程的機(jī)械化，自動化已成為突出的主題。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效的辦法；控制機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)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(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、對其進(jìn)行自動控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動化生產(chǎn)設(shè)備。 自上世紀(jì)六十年代，PLC設(shè)計的機(jī)械手被實(shí)現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對它的開發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展，它可以在減輕繁重的體力勞動、改善勞動條件和安全生產(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)的競爭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)計步驟................

3、...................... 第2章 硬件設(shè)計 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 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 參考文獻(xiàn) 第1章 概 述 1.1 課題設(shè)計意義 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)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(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，其一，它能部分地代替人的勞動并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成

4、工件的傳送。因此，它能大大地改善工人的勞動條件，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。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、噪聲的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。 1.2 控制系統(tǒng)介紹 在自動化生產(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)動作均從原位開始。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)械手工作過程示意圖 1.3 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 根據(jù)工藝要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動作,確定這些動作之間的關(guān)系及完成這些動作的順序。(2)分配輸入、輸出設(shè)備,即確定哪些外圍設(shè)備是送信號給PLC的,哪些外圍設(shè)備是接收來自PLC的信號的,同時還要將PLC的輸入、輸出點(diǎn)與之一一對應(yīng),對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PLC用戶

6、程序,此時可采用梯形田、助記符或流程圖語言形式的用戶程序。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,編程時可用編程器或計算機(jī)直接編程、修改,同時也可對PLC的工作狀態(tài)、特殊功能進(jìn)行設(shè)定。(4)對所設(shè)計的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 PLC硬件設(shè)計是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計。在硬件設(shè)計重要進(jìn)行輸入設(shè)備的選擇（如控制按鈕、開關(guān)、檢測裝置及計量保護(hù)裝置的輸入信號等），還有執(zhí)行元件的選擇

7、以及控制臺、柜的設(shè)計等。硬件設(shè)計還包括PLC輸入/輸出通道的分配，為便于程序設(shè)計和閱讀，常作出I/O通道分配表，表中包括有I/O編號、設(shè)備代號、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。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，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格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價格較貴，過載能力較差。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?？紤]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)過認(rèn)真的研究考慮，系統(tǒng)設(shè)計I/O分配表如下表2.1所示:

9、 表2.1 輸 入 輸 出 上限位開關(guān) SQ1 I0.0 上行電磁閥 Q0.0 下限位開關(guān) SQ2 I0.1 下行電磁閥 Q0.1 左限位開關(guān) SQ3 I0.2 左行電磁閥 Q0.2 右限位開關(guān) SQ4 I0.3 右行電磁閥 Q0.3 抓緊限位開關(guān)SQ5 I0.4 抓緊電磁閥 Q0.4 光電開關(guān)PS I0.5 放開電磁閥 Q0.5 啟 動 按鈕SB1 I0.6 傳送帶A的電動機(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)過認(rèn)真的研究考慮，控制系統(tǒng)設(shè)計的外部接線圖如圖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 軟件設(shè)計主要是指編寫工藝流程圖，即將整個流程分解為若干步，確定

11、每步的控制要求及轉(zhuǎn)換條件，配合定時、計數(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。 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)過認(rèn)真的研究和考慮，系統(tǒng)設(shè)計流程圖如圖3-1所示： 3-1系統(tǒng)設(shè)計流程圖 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，使用了一個軟件聯(lián)鎖觸電，替代了SM0.0。 (2) M0.0是一個選擇邏輯，其功能如上圖中網(wǎng)絡(luò)1所示，它相當(dāng)于一個開光，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)計最后對本控制

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入軟件中，然后點(diǎn)擊運(yùn)行并對其指出的錯誤進(jìn)行修改，修改完最終運(yùn)行無誤后將其下載到可編程控制儀器中；其次按照設(shè)計的要求接好線，確定無誤后按下啟動按鈕。啟動后發(fā)現(xiàn)上行、下行、左行、右行燈均同時亮且一直亮著，這樣就不符合設(shè)計中每個動作依次有序進(jìn)行操作的要求，務(wù)必對其進(jìn)行修正。在這種情況下我采取了以下方案： 方案一：在沒有確定設(shè)備是否曾在問題的情況下，首先我們對設(shè)備進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)不曾在任何問題，在這種情況下我選擇了再一次用先前的步驟來完成整個過程以確定初次的接線過程是否有誤，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：通過對程序的再三檢查后，發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)語法上的錯誤。會不會是運(yùn)行的速度太快而出現(xiàn)一個周期接一個周期的快速運(yùn)行呢？在帶著這個問題的情況下把程序的每個動作網(wǎng)絡(luò)多家了一個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)果顯示沒有錯誤；再下載到可編程控制儀后接好線按下啟動按鈕，發(fā)現(xiàn)指示燈會按照設(shè)計動作的要求依次亮起而且程序也能按照設(shè)計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實(shí)驗(yàn)的調(diào)試。 心 得 體 會 通過本次課程設(shè)計，讓我對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)計原理，因?yàn)橛泻芏嘣O(shè)計理念來源于實(shí)際，從實(shí)際問題中找出最合適的設(shè)計方法。這次的課程設(shè)計給予了我不同的學(xué)習(xí)方法和體驗(yàn)，讓我深刻的認(rèn)識到實(shí)踐的重要性，在以后的學(xué)習(xí)和工作過程中，我會更加注重鍛煉自己的操作能力和應(yīng)變能力。過這次機(jī)械手設(shè)計讓我知道了現(xiàn)代企業(yè)在完成自動化控制中離不開PLC的控制，它可以使企業(yè)在生產(chǎn)的同時減少勞動力和生產(chǎn)成本。目前我國很多地區(qū)的企業(yè)

16、整個生產(chǎn)設(shè)備還比較落后且大部分工序都是通過人工來完成的，而機(jī)械手成本比較低且操作簡單很適合中小企業(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)械手將會在不久的將來出現(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)計出更符合現(xiàn)代社會所需求的產(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)計并對電氣控制與PLC應(yīng)用這門課有了更深入的了解，同時也認(rèn)識到自己的不足之處，以后能夠更好的改正。在此，對老師和幫助我的同學(xué)說聲謝謝！最后，衷心祝愿老師身體健康、萬事如意。 參 考 文 獻(xiàn) 1. 張利平 液壓與氣壓設(shè)計手冊 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2007 2. 成大先 機(jī)械設(shè)計手冊氣壓傳動單行本 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2010 3. 王啟義 中國機(jī)械設(shè)計大典（電子版） 北京：中國機(jī)械工業(yè)學(xué)會.2008 4. 程志紅 機(jī)械設(shè)計 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 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2007 6. 徐炳輝 氣動手冊 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.2007